美國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展史觀《基本規(guī)則》
2016年底印發(fā)的《電力中長(zhǎng)期交易基本規(guī)則(暫行)》(以下簡(jiǎn)稱《基本規(guī)則》),可算是業(yè)內(nèi)市場(chǎng)派翹首以盼的“承接性”文件。國(guó)家相關(guān)部委通過《中長(zhǎng)期規(guī)則》明確表態(tài),通過規(guī)范現(xiàn)有或即將開展的各種中長(zhǎng)期交易行為,為下一步電力現(xiàn)貨交易落地、建設(shè)現(xiàn)代電力市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。美國(guó)電力工業(yè)的組織模式在經(jīng)歷了過去百年的演化、特別是過去二十多年的結(jié)構(gòu)性改革以后,各地都建立了包含現(xiàn)貨產(chǎn)品的現(xiàn)代電力交易機(jī)制。這既包括七個(gè)州級(jí)或跨州市場(chǎng)區(qū)域所屬、由區(qū)域輸電組織或獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)來組織的集中式電力市場(chǎng)(RTO/ISO run centralized market)模式,也包括剩余地區(qū)的傳統(tǒng)批發(fā)市場(chǎng)(traditional wholesale market)模式。對(duì)照美國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展史看如何提高行業(yè)效率,可以更好地解讀《規(guī)則》的內(nèi)涵和精神、展望電力市場(chǎng)化的后續(xù)改革方向與路徑。
一、最初的垂直一體化壟斷經(jīng)營(yíng)、規(guī)模效應(yīng)與效率最優(yōu)化
美國(guó)的電力工業(yè)在二十世紀(jì)九十年代以前的組織模式普遍為發(fā)輸配垂直一體化就地平衡。這既包括由自然擴(kuò)張與兼并形成、售電量占比最大、大中型規(guī)模為主、政府定價(jià)、壟斷經(jīng)營(yíng)的私人投資者所有公用事業(yè)公司(Investor Owned Utility, 簡(jiǎn)稱IOU), 也包括規(guī)模小、數(shù)目以千計(jì)的市鎮(zhèn)所屬公用事業(yè)單位(Municipal Utility,簡(jiǎn)稱Muni)和農(nóng)村電企合作社(Rural electric cooperative),還包括聯(lián)邦政府擁有的幾家聯(lián)邦電力營(yíng)銷機(jī)構(gòu)(Federal Power Marketing Agency)。起初,由于零售側(cè)缺乏競(jìng)爭(zhēng),IOU這些私有公司同意受到州立機(jī)構(gòu)監(jiān)管,他們也被準(zhǔn)許擁有獨(dú)營(yíng)的供電區(qū)域(exclusive service territory,又稱為franchise)。州立監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)公用事業(yè)公司在發(fā)電設(shè)施及配電設(shè)施上的投資進(jìn)行審批,這些審批可以在設(shè)施建設(shè)前,也可以在投產(chǎn)后公司要通過零售電價(jià)回收成本時(shí)。一些州甚至制定了詳細(xì)的綜合能源規(guī)劃(Integrated Resource Planning,簡(jiǎn)稱IRP)過程以確定需要新建哪些設(shè)施。
供電區(qū)域擴(kuò)張讓公用事業(yè)企業(yè)在發(fā)電技術(shù)上獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)。隨著發(fā)電廠規(guī)模越來越大,單位生產(chǎn)成本也在逐步下降。隨著發(fā)電廠數(shù)目的增長(zhǎng)和發(fā)電技術(shù)的多樣化,公用事業(yè)電力公司開始利用數(shù)學(xué)算法來優(yōu)化自身發(fā)電機(jī)組的啟停組合,采用經(jīng)濟(jì)調(diào)度的辦法來優(yōu)化這些機(jī)組的出力,以最小化實(shí)時(shí)供電成本(指以燃料為主的可變生產(chǎn)成本,不考慮固定成本分?jǐn)?,從而達(dá)到短期運(yùn)行效率最大化。制定綜合資源規(guī)劃時(shí),在持續(xù)滿足中長(zhǎng)期電力電量平衡和可靠性的原則下,依據(jù)公用事業(yè)單位的零售定價(jià)與營(yíng)利模式,以終端用戶平均電費(fèi)水平長(zhǎng)期期望值最小化為目標(biāo)來制定系統(tǒng)擴(kuò)展規(guī)劃。如果沒有技術(shù)創(chuàng)新和預(yù)測(cè)誤差,綜合資源規(guī)劃再加上競(jìng)爭(zhēng)性基建招標(biāo),也能實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期投資的社會(huì)效率最大化。此傳統(tǒng)模式下的短期和長(zhǎng)期效率最優(yōu)方案,都是僅僅單個(gè)企業(yè)控制區(qū)內(nèi)的效率最優(yōu)。
二、備用容量共享、電網(wǎng)互聯(lián)、經(jīng)濟(jì)電能交易和電力庫
機(jī)組大型化,導(dǎo)致自備備用容量非常昂貴。而相鄰的電力公司共享備用容量,就可將高昂的備用成本降下來。電力公司間開始建立聯(lián)絡(luò)線路,以保障發(fā)生緊急事故時(shí)能夠提供充足的容量備用;但畢竟事故很少發(fā)生,因此電力系統(tǒng)在平時(shí)擁有了過剩的輸電容量。這讓電力公司可以利用這些線路來交易電力。大型公用事業(yè)電力公司在一些情況下,其邊際發(fā)電成本可能高于或低于相鄰企業(yè)。有輸電線路容量可用時(shí),電力公司能夠在必要時(shí)購買電力以降低成本,或向其他邊際發(fā)電成本更高的電力公司出售電力。這在美國(guó)被稱為經(jīng)濟(jì)電能交易(economy energy trading),最初由各家電力公司調(diào)度中心負(fù)責(zé)洽談價(jià)格并在聯(lián)絡(luò)線上執(zhí)行。這種最原始的電力交易從一開始就是小時(shí)級(jí)的現(xiàn)貨交易和帶曲線的中長(zhǎng)期交易。機(jī)組可用性和電價(jià)在季節(jié)上以及區(qū)域上有差異,這讓雙邊交易市場(chǎng)(bilateral trading market)活躍了起來;通過價(jià)差套利,參與雙方同時(shí)提升了彼此的運(yùn)行效率。
容量共享協(xié)議的價(jià)值也導(dǎo)致了電力庫(powerpool)的誕生,這也是現(xiàn)如今區(qū)域輸電組織(RegionalTransmission Organizations,簡(jiǎn)稱RTO)的前身。電力庫是一種多邊協(xié)議,參與成員將自身的發(fā)電機(jī)組或輸電設(shè)施的運(yùn)營(yíng)權(quán)交由統(tǒng)一的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行管理。成員向運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)提交自身機(jī)組的增量成本數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的能量管理系統(tǒng)使用機(jī)組成本數(shù)據(jù),對(duì)機(jī)組啟停組合和經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行多方優(yōu)化,從而提高了整個(gè)電力庫區(qū)域里的短期運(yùn)行效率。優(yōu)化形成的電力交換計(jì)劃也是小時(shí)級(jí)的現(xiàn)貨交易。
為了讓公用事業(yè)電力公司開始共享其發(fā)電資源,1927年賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭互聯(lián)(PJM)成立,成為全世界第一家電力庫。1941年至1971期間,美國(guó)德州、西南、紐約、新英格蘭這四家電力庫也相繼成立
三、 發(fā)電側(cè)競(jìng)爭(zhēng)、電網(wǎng)開放與集中式市場(chǎng)
美國(guó)六七十年代的電力建設(shè)大熱潮慣性加上八九十年代負(fù)荷增速意外減緩,導(dǎo)致有大量富余產(chǎn)能的公用事業(yè)企業(yè)從八十年代末開始積極投身批發(fā)售電。聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)(FERC)也順勢(shì)批準(zhǔn)不具市場(chǎng)力的賣家可以按市場(chǎng)定價(jià),這可以替代傳統(tǒng)監(jiān)管模式下的電源投資并規(guī)避規(guī)劃失誤風(fēng)險(xiǎn),廣受業(yè)界歡迎。
同期,《1978年公用事業(yè)監(jiān)管政策法案》(Public Utility Regulatory Policies Act of 1978,簡(jiǎn)稱PURPA)建立了一項(xiàng)由美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)監(jiān)察、由各州實(shí)施的計(jì)劃,該計(jì)劃旨在鼓勵(lì)廢熱發(fā)電(利用工業(yè)余熱或其他余熱發(fā)電)和小型的可再生能源發(fā)電(qualifying facility,簡(jiǎn)稱QF)。各州行政性地制定對(duì)此類發(fā)電機(jī)組的補(bǔ)償價(jià)格,其中,加州、德州以及麻省制定得非??犊?,使得這些地方的QF產(chǎn)生了容量過剩。QF行業(yè)意外快速發(fā)展并漸成規(guī)模后,聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)于1988年出臺(tái)法案,準(zhǔn)許各州可以通過競(jìng)拍的方式設(shè)置可避免成本電價(jià)。對(duì)給定的所需容量,各州可以通過競(jìng)標(biāo)來確定電價(jià),而不是按照預(yù)設(shè)電價(jià)接收全部容量。該委員會(huì)同時(shí)提議,并不符合QF標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立發(fā)電廠(independent power producer,簡(jiǎn)稱IPP)也可參與到可避免成本的競(jìng)價(jià)中來。這樣,發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)就逐漸活躍起來。
在受監(jiān)管的壟斷模式下,公用事業(yè)電力公司擁有輸電線路產(chǎn)權(quán)和運(yùn)營(yíng)權(quán),沒有向其他機(jī)構(gòu)提供開放輸電線路的義務(wù)。這對(duì)獨(dú)立發(fā)電行業(yè)的發(fā)展造成了很大的阻礙。依據(jù)《1992年能源政策法案》(Energy Policy Act of 1992)授權(quán),聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)通過其第888號(hào)令,強(qiáng)制要求全體輸電企業(yè)開放其輸電網(wǎng)供人使用,通過第889號(hào)令建立了基于互聯(lián)網(wǎng)的開放實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)(Open Access Same-Time Information System,簡(jiǎn)稱OASIS),以公布小時(shí)級(jí)的可用輸電容量和預(yù)留輸電容量,用于服務(wù)短期現(xiàn)貨交易和中長(zhǎng)期交易的小時(shí)級(jí)曲線分解執(zhí)行。
在電力行業(yè)以雙邊合同或電力庫協(xié)議的形式進(jìn)行電力交易的基礎(chǔ)上,聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)推行第888號(hào)令與第2000號(hào)令,加上各州政府及其電力工業(yè)支持,最終帶來了獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)和區(qū)域輸電組織這類自愿型機(jī)構(gòu)在上世紀(jì)末到本世紀(jì)初相繼成立。這些機(jī)構(gòu)的成立和運(yùn)行,不僅在更大地理范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了短期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率最大化,還可以通過透明價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)來提升發(fā)電側(cè)的長(zhǎng)期投資效率。
每個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)和區(qū)域輸電組織隨后都建立了完整的現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng),買賣雙方均可以在市場(chǎng)中提交申購和競(jìng)賣發(fā)電。獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)與區(qū)域輸電組織利用這種基于競(jìng)標(biāo)的市場(chǎng)決定經(jīng)濟(jì)調(diào)度,其核心交易撮合的算法原理和單家一體化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化算法一致,只是由于地理范圍更大、市場(chǎng)主體眾多導(dǎo)致計(jì)算更復(fù)雜。
四、由美國(guó)歷史看《中長(zhǎng)期規(guī)則》的意義
總結(jié)美國(guó)電力市場(chǎng)的發(fā)展歷史,從單家一體化企業(yè)經(jīng)濟(jì)調(diào)度,到初始的雙邊經(jīng)濟(jì)電能交易和自發(fā)形成電力庫,再到政府法令實(shí)現(xiàn)發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)和輸電網(wǎng)絡(luò)開放,直至集中式現(xiàn)貨交易的區(qū)域輸電組織,都可以看到經(jīng)濟(jì)啟停調(diào)度和日前、日內(nèi)等小時(shí)級(jí)電力現(xiàn)貨在優(yōu)化運(yùn)行效率中的關(guān)鍵角色。
中國(guó)現(xiàn)有的電力直接交易、跨省跨區(qū)交易、合同電量轉(zhuǎn)讓等中長(zhǎng)期交易的開展,都是依附于計(jì)劃電量分配執(zhí)行下的傳統(tǒng)調(diào)度方式。此調(diào)度方式雖然和中國(guó)歷史形成的傳統(tǒng)計(jì)劃體制配合默契,卻共同造成了巨大的經(jīng)濟(jì)效率損失(即社會(huì)資源浪費(fèi))。中長(zhǎng)期交易的啟動(dòng)和開展,讓低變動(dòng)成本機(jī)組多占發(fā)電計(jì)劃,可在一定程度上減少系統(tǒng)運(yùn)行上的效率損失?!吨虚L(zhǎng)期規(guī)則》提出計(jì)劃電量分解到月(也鼓勵(lì)峰谷平和曲線)、集中競(jìng)價(jià)、合同轉(zhuǎn)讓、偏差考核、調(diào)峰分擔(dān)等諸多規(guī)范與創(chuàng)新,如果能落實(shí)并得到發(fā)電計(jì)劃放開等機(jī)制的配合,也可以再進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行上的經(jīng)濟(jì)效率。
但是,這一切努力皆是對(duì)現(xiàn)有計(jì)劃體制的小步改良。沒有現(xiàn)貨交易、沒有經(jīng)濟(jì)調(diào)度,就不可能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)短期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效率最大化。作為主要運(yùn)行成本的燃料,其價(jià)格每天都在變;作為總需求量的負(fù)荷,每時(shí)每刻都在變。最優(yōu)的調(diào)度運(yùn)行方式,只能在日前和實(shí)時(shí)才能分小時(shí)、分5分鐘確定。如果調(diào)度的優(yōu)化受到年前、月前安排出的實(shí)物電量計(jì)劃約束,那就必然存在效率損失和資源浪費(fèi)。《中長(zhǎng)期規(guī)則》的各種改良措施,不僅可以實(shí)現(xiàn)部分效率改善,還可以讓市場(chǎng)主體做些“熱身運(yùn)動(dòng)”,減少從電量交易走向電力交易的觀念沖擊。也就是說,《中長(zhǎng)期規(guī)則》只是一個(gè)過渡性的規(guī)則,其落地、執(zhí)行是為了日后現(xiàn)貨交易、經(jīng)濟(jì)調(diào)度啟動(dòng)和開展。
參照美國(guó)的歷史和現(xiàn)狀,中國(guó)現(xiàn)有電力系統(tǒng)運(yùn)行的整體經(jīng)濟(jì)效率,與美國(guó)現(xiàn)狀差距巨大,可能落后了幾十年。中國(guó)的電力體制改革和以現(xiàn)貨為基礎(chǔ)的電力市場(chǎng)建設(shè),任重而道遠(yuǎn),還需一大批有志之士從法律、政策、規(guī)則、管理、組織、技術(shù)等諸多方面努力,謹(jǐn)此與讀者共勉。
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