美國電力市場的結(jié)構(gòu)、交易與價格特征

　　[電力市場的發(fā)展概況]

　　從托馬斯·愛迪生的珍珠街電站到塞繆爾·因薩爾創(chuàng)立的受監(jiān)管公用事業(yè)公司，以及20世紀(jì)末的縱向一體化壟斷格局，美國電力行業(yè)在其初創(chuàng)的百年歷程中，經(jīng)歷了技術(shù)和制度翻天覆地的革新。

　　歷史：從傳統(tǒng)監(jiān)管到解除管制

　　在20世紀(jì)60年代，美國的電力供應(yīng)幾乎完全由垂直一體化的公用事業(yè)公司掌控，這些公司負(fù)責(zé)從發(fā)電到輸配電直至消費者的整個流程。這種模式下，單一的公用事業(yè)公司在其服務(wù)區(qū)域內(nèi)獨占管理和運營輸電設(shè)施的權(quán)利，形成了所謂的“傳統(tǒng)監(jiān)管”市場格局。

　　自20世紀(jì)90年代起，美國多個州開始放寬對電力行業(yè)的管制。此次放松管制最主要的成效體現(xiàn)在引入競爭性的批發(fā)市場，以及在零售市場中引入競爭機(jī)制，即客戶可自行選擇零售商。

　　在這個結(jié)構(gòu)下，發(fā)電站出售電力，而負(fù)載服務(wù)實體(LSE)購買電力并轉(zhuǎn)售給消費者。區(qū)域輸電組織(RTO)/獨立系統(tǒng)運營商(ISO)取代公用事業(yè)公司成為電網(wǎng)運營商，并成為電力批發(fā)市場的運營商。運營商通常運行三種市場來決定這些服務(wù)的批發(fā)價格：能源市場、容量市場和輔助服務(wù)市場。

　　能源市場用于協(xié)調(diào)日常電力生產(chǎn)的拍賣。在能源市場中，電力供應(yīng)商根據(jù)特定的價格出售其發(fā)電廠的電力合約，LSE競標(biāo)這些合約以滿足消費者的需求。供應(yīng)商的出價按價格從低到高進(jìn)行排列。當(dāng)提供的電量與需求量相匹配時，市場“出清”，發(fā)電廠根據(jù)每兆瓦時的市場定價收費。RTO/ISO主要運行兩個能源市場：日前市場和實時市場。

　　輔助服務(wù)市場旨在維護(hù)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定，并在發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或停機(jī)時，提供必要的短期備用電源。

　　容量市場用來確保電網(wǎng)在任何給定時間都有足夠的發(fā)電能力來滿足消費者的需求，包括在高峰負(fù)荷時期。它是一個補充機(jī)制，專注于電力系統(tǒng)的可靠性和安全運行，而不僅是即時的電力供應(yīng)。RTO/ISO定期組織容量拍賣，電力零售商在這些拍賣中競購必要的發(fā)電能力。

　　交易結(jié)構(gòu)：從遠(yuǎn)期到日前到實時

　　從交易時限的角度，美國電力市場可以細(xì)分為遠(yuǎn)期(包括期貨)市場、日前市場和實時市場。遠(yuǎn)期市場涉及的交易基于雙方合同，合同期限可以根據(jù)雙方協(xié)商決定，范圍從一個月到30年不等，涵蓋全天或特定的高峰/非高峰時段。相比之下，日前市場和實時市場的交易則更為靈活，主要針對即將發(fā)生的電力需求，按小時計價和交易。為保證發(fā)電機(jī)能夠提前準(zhǔn)備運行，實時市場僅處理市場中5%的電力需求，而其余95%的電力交易則是通過日前市場和遠(yuǎn)期市場來完成的。

　　期貨市場

　　電力期貨是指以特定的價格進(jìn)行買賣，在將來某一特定時間開始交割并在特定時間段內(nèi)交割完畢，以期貨合約形式進(jìn)行交易的電力商品。美國電力期貨交易主要是在以下幾個交易所進(jìn)行：紐約商品交易所、納斯達(dá)克期貨交易所、Nodal交易所和ICE美國期貨交易所。

　　日前市場和實時市場

　　以賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭聯(lián)合系統(tǒng)運營商(PJM)為例，在日前市場，電力的價格是根據(jù)預(yù)測的下一日電力需求和供應(yīng)以及預(yù)定的交易來提前計算的。電力參與者在日前市場進(jìn)行交易，以鎖定次日的電力價格和數(shù)量，這有助于他們減輕價格波動的風(fēng)險并提前規(guī)劃電力需求。

　　PJM的實時市場是一個現(xiàn)貨市場，即采購的產(chǎn)品可立即交付，其中當(dāng)前價格(稱為節(jié)點邊際電價)根據(jù)實際電網(wǎng)運行狀況每五分鐘計算一次。實時能源價格發(fā)布在PJM運營數(shù)據(jù)網(wǎng)頁上，買家和賣家之間的交易按小時結(jié)算。

　　[發(fā)電與用電情況分析]

　　供給：發(fā)電側(cè)動能切換，但化石燃料仍主導(dǎo)

　　近十年來，美國發(fā)電量較為穩(wěn)定，大體維持在4100TWh/年。其中，依賴化石燃料(即天然氣和煤炭)的發(fā)電占比顯著下降，從接近70%的高位減少到不足60%。2016年，天然氣發(fā)電超越之前一直占據(jù)主導(dǎo)地位的燃煤發(fā)電，成為最主要的發(fā)電來源，緊隨其后的是核能、水力以及其他可再生能源發(fā)電。核能和水力發(fā)電量占比相對穩(wěn)定，核能發(fā)電量占比20%左右，水力發(fā)電量占比7%左右。另外，除水力發(fā)電外的可再生能源的發(fā)電量占比增長顯著，從2001年的2%增長到2023年的16%。

　　國家激勵政策助力，太陽能與風(fēng)能引領(lǐng)增長

　　2023年，美國的光伏發(fā)電量顯著增長，達(dá)到165TWh，與2022年相比增長13%，過去十年的年均增長率保持在44%。在過去十年中，太陽能裝機(jī)量的年均增長率達(dá)到28%，主要得益于太陽能投資稅收抵免等強(qiáng)有力的聯(lián)邦政策、成本的迅速下降以及對清潔電力需求的不斷增加。目前，美國累計太陽能裝機(jī)已超過179GWdc。在2023年新增的電網(wǎng)容量中，光伏裝機(jī)占比53%，首次超過新增裝機(jī)容量的一半。

　　風(fēng)電行業(yè)的顯著發(fā)展也得益于PTC等多項激勵措施的實施，自2019年起，風(fēng)電已成為美國可再生能源發(fā)電中的最大組成部分。在過去幾年中，風(fēng)電在美國可再生能源發(fā)電中的占比持續(xù)增長，從2019年的41%上升至2023年的48%，顯示風(fēng)電在可再生能源領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。風(fēng)電在美國總發(fā)電量中的比例也在穩(wěn)步提升，近幾年穩(wěn)定在8%左右。

　　美國火力發(fā)電結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，天然氣為主導(dǎo)能源

　　在過去二十年中，由于天然氣價格低廉以及煤炭供應(yīng)量顯著減少，美國的天然氣發(fā)電量大幅增長。這一趨勢得益于天然氣勘探技術(shù)的突破，產(chǎn)量大幅提高，這也使得美國在2023年成為全球最大的液化天然氣出口國。2023年，美國天然氣發(fā)電量達(dá)到1802TWh，占全年發(fā)電總量的43%，而位居第二的核能發(fā)電量僅占比18.6%。

　　過去十年中，美國煤電行業(yè)經(jīng)歷顯著變革，其發(fā)電量持續(xù)且迅速下降。截至2023年，美國的煤炭發(fā)電量已降至675.3TWh，相較于十年前的1582TWh，降幅超過一半。這一變化象征著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，也標(biāo)志著煤炭發(fā)電量歷史上首次被核能發(fā)電量超越。

　　發(fā)電能源未來展望：可再生能源主導(dǎo)新增裝機(jī)，燃煤發(fā)電能力預(yù)期減半

　　得益于太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)和電池儲能系統(tǒng)成本的持續(xù)下降，加之《通脹削減法案(IRA)》等政府補貼政策的支持，可再生能源在新建發(fā)電項目中正逐漸展現(xiàn)出相較于傳統(tǒng)能源更為顯著的成本效益。這一趨勢預(yù)示著可再生能源在未來電力結(jié)構(gòu)中的競爭力和市場份額將持續(xù)增長。據(jù)預(yù)測，隨著可再生能源的擴(kuò)張，到2030年美國的燃煤發(fā)電能力可能將減少至當(dāng)前的50%左右，約200GW。

　　需求：經(jīng)濟(jì)增長仍是驅(qū)動因素

　　美國用電量在2007年之前呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢，但隨著美國實施更為嚴(yán)格的能源效率標(biāo)準(zhǔn)和建筑規(guī)范，用電量的增長得到有效控制。之后受到極端天氣的影響用電消費會出現(xiàn)小范圍波動。2023年，美國向消費者零售的電力達(dá)3861.3TWh，與2022年的3927.2TWh相比下降1.7%。據(jù)EIA預(yù)測，得益于美國宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境的持續(xù)改善，今年美國商業(yè)和工業(yè)部門的電力銷售額有望增加2%，反映出經(jīng)濟(jì)活力對能源消費的積極影響。

　　[市場交易機(jī)制及電價]

　　不同于擁有統(tǒng)一的全國性電力市場的國家，美國的電力市場是區(qū)域性的，目前，美國有10個區(qū)域電力市場，這些市場覆蓋特定的地理區(qū)域。

　　作為北美最大的電力市場，PJM的服務(wù)范圍覆蓋13個州及哥倫比亞特區(qū)，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出占到美國GDP的19%。作為區(qū)域輸電組織，PJM負(fù)責(zé)管理和協(xié)調(diào)PJM地區(qū)的高壓輸電線路，確保電力流動的順暢和系統(tǒng)的可靠性。PJM還具有促進(jìn)需求側(cè)響應(yīng)(Demand Response, DR)的重要功能。需求側(cè)響應(yīng)是電力系統(tǒng)管理中的一種關(guān)鍵策略，旨在通過調(diào)節(jié)消費者的電力需求來增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。這種策略通過激勵或其他手段促使用戶在電力需求高峰時段減少用電，幫助平衡電網(wǎng)負(fù)荷，防止過載，并減少對昂貴的備用發(fā)電資源的依賴。

　　以PJM為例的電力交易機(jī)制

　　兩級結(jié)算機(jī)制

　　在電網(wǎng)運行實踐中，調(diào)度機(jī)構(gòu)需要提前一天制定次日的發(fā)電計劃，涵蓋負(fù)荷預(yù)測、機(jī)組的啟動與停機(jī)、發(fā)電功率安排、聯(lián)絡(luò)線使用等多個方面。這些預(yù)先規(guī)劃旨在增強(qiáng)電網(wǎng)運行的可預(yù)測性，從而減輕實時調(diào)度的負(fù)擔(dān)。在實際運行階段，調(diào)度員主要聚焦于處理因各種原因產(chǎn)生的發(fā)電與負(fù)荷之間的不平衡問題。PJM市場深入借鑒這些運行經(jīng)驗，建立日前市場和實時市場這兩個互補的交易平臺，實行所謂的雙層結(jié)算機(jī)制。這兩個市場分別進(jìn)行電力出清和財務(wù)結(jié)算。無論是日前市場還是實時市場，所使用的電價均為節(jié)點邊際電價(Locational Marginal Pricing introduction，LMP)，該價格模型包括能量成本、阻塞費用和網(wǎng)絡(luò)損耗費用三個組成部分。

　　日前和實時市場結(jié)算流程

　　在日前市場中，電力交易參與者(包括發(fā)電公司、分銷商和大型用戶)會根據(jù)對次日電力需求和價格的預(yù)測提交他們的買賣報價。PJM使用這些報價來進(jìn)行市場出清，確定每個節(jié)點的日前電價。參與者必須按照出清結(jié)果確定的價格和電量進(jìn)行結(jié)算。

　　實時市場操作發(fā)生在電力實際使用的當(dāng)天，以滿足未被日前市場預(yù)測到的需求或彌補預(yù)測失誤。電力參與者可以根據(jù)實際情況調(diào)整他們的報價或直接在實時市場購買所需電量。對發(fā)電商來說，實時發(fā)電少于其日前市場計劃，減少部分將以實時LMP從市場中購買，反之將得到補償;對供電商來說，如果實時負(fù)荷超出日前市場負(fù)荷，將會以實時LMP為超出部分付費，反之將得到補償。

　　區(qū)域特色和多元要素共同構(gòu)建電力供應(yīng)價格結(jié)構(gòu)

　　在美國解除管制的能源服務(wù)領(lǐng)域，各地區(qū)的電力供應(yīng)定價結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出獨特的區(qū)域特色，具體取決于發(fā)電廠和燃料的可用性、當(dāng)?shù)厝剂铣杀竞投▋r法規(guī)。以下是構(gòu)成電力價格的關(guān)鍵要素：

　　能源成分代表實際供應(yīng)給建筑物的電力商品的成本，這一部分構(gòu)成電力價格的主要份額。

　　容量成分反映維持設(shè)施運行所需的最大電力分配量。每座建筑物及電網(wǎng)本身均有其容量需求，以確保穩(wěn)定運行。

　　可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)(RPS)規(guī)定電力供應(yīng)中必須來自可再生能源的比例。隨著美國對可再生能源使用的增加，RPS的成本和比重預(yù)計將上升，其費用受各州的監(jiān)管和立法環(huán)境影響。

　　傳輸成分涉及輸電解決方案的相關(guān)費用。

　　線路損耗成分代表在電網(wǎng)運輸和傳輸過程中的能量損失。

　　輔助服務(wù)成分旨在支持傳輸系統(tǒng)的平衡，確保電力從發(fā)電點順利輸送至最終用戶。盡管輔助服務(wù)在電價中占比不大，但對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，尤其是在需求高峰或緊急情況下，其作用至關(guān)重要。例如，紐約地區(qū)提供的輔助服務(wù)包括頻率調(diào)節(jié)、電壓支持和黑啟動等關(guān)鍵功能。(作者單位：招商期貨)

　　文章來源：期貨日報