新的發(fā)電、儲(chǔ)能、需求側(cè)管理和智能電網(wǎng)技術(shù)可能使2050年的電網(wǎng)與當(dāng)今的電力系統(tǒng)截然不同。市場設(shè)計(jì)者能否跟上這些變化？現(xiàn)在需要關(guān)注什么？在對這些問題給出答案之前，首先回顧一下電力市場的產(chǎn)生以及市場是如何適應(yīng)新需求的。

以當(dāng)下的眼光看來，電力行業(yè)正在經(jīng)歷著巨大變化，但其實(shí)我們曾經(jīng)已經(jīng)歷過多次轉(zhuǎn)型。20世紀(jì)60年代，幾乎所有電力都是由垂直一體化的公用事業(yè)公司提供的。他們滿懷信心地規(guī)劃、投建規(guī)模越來越大的燃煤和核電機(jī)組(包括浮動(dòng)核電站)，而這些看上去“謹(jǐn)慎”的投資造成的費(fèi)用都將由納稅人承擔(dān)。越來越多用戶認(rèn)為，最大的環(huán)境挑戰(zhàn)是丑陋的架空配電線；氣候變化意味著全球變暖，而能源電力規(guī)劃和監(jiān)管機(jī)構(gòu)卻不怎么操心……

正是因?yàn)槊媾R這些問題，未來電力工業(yè)的變化將主要體現(xiàn)在類型的多樣化而非規(guī)模上。如果市場設(shè)計(jì)能夠始終遵循公平接入、技術(shù)中立的原則，對在合適的時(shí)間和地點(diǎn)向系統(tǒng)提供真正所需的服務(wù)主體給予合理的財(cái)務(wù)獎(jiǎng)勵(lì)，那么電力系統(tǒng)將會(huì)很好地適應(yīng)未來任何技術(shù)和社會(huì)變革。

1.第一波浪潮：打破自然壟斷神話

美國電力行業(yè)首次引入競爭往往都追溯到1978公用事業(yè)監(jiān)管政策法案(“PURPA”，Public Utilities Regulatory Policy Act)的發(fā)布。該法案要求垂直壟斷電力公用事業(yè)公司在其服務(wù)范圍內(nèi)購買小型電廠（小于50兆瓦）和可再生能源生產(chǎn)的電力。

PURPA是在華盛頓出現(xiàn)放松管制的熱潮時(shí)出臺(tái)的。首次在曾受到嚴(yán)格監(jiān)管或具有公益性質(zhì)的行業(yè)推行自由市場，在很大程度上要?dú)w功于吉米·卡特總統(tǒng)的首席經(jīng)濟(jì)顧問弗雷德·卡恩（Fred Kahn）。他的基本思路是：更自由的市場可以刺激公司以更低的成本提供更廣泛的產(chǎn)品。政策制定者解除了對鐵路、電信、航空、航運(yùn)、證券市場以及天然氣和水務(wù)公用事業(yè)的管制，并對這些公司進(jìn)行重組。90年代初期，政策制定者、消費(fèi)者和學(xué)術(shù)界人士都試圖將同樣的變革推廣到電力工業(yè)當(dāng)中。

然而，PURPA和隨后發(fā)生的改革并不是第一次將競爭引入電力供應(yīng)。早在20世紀(jì)30年代，英國中央電力委員會(huì)就發(fā)起過一場拍賣。英國中央電力委員會(huì)通過拍賣選擇效率最高的電力供應(yīng)商，與其簽訂供電合同，為十年內(nèi)電力供應(yīng)成本減半做出了貢獻(xiàn)。在美國，盡管塞繆爾·英薩爾（Samuel Insull）成功促進(jìn)了電力的特許經(jīng)營，但配電環(huán)節(jié)的競爭并沒有完全消除。在一些城市，競爭對手為了“挖走”對方的客戶，建設(shè)了平行運(yùn)行的配電線路。有證據(jù)表明，存在這種競爭的情況下，電費(fèi)的確有所下降。盡管二戰(zhàn)后的國有化取代了英國的競爭市場，配電層面的競爭最終在美國也消失了，但這些例子對20世紀(jì)90年代的美國改革者來說無疑不是一種激勵(lì)。

20世紀(jì)90年代前，在沒有對成本收益做仔細(xì)分析的情況下，自由市場思想引發(fā)了英國和智利電力部門的首次變革。20世紀(jì)70年代煤炭行業(yè)罷工期間，英國國有化的電力公司無法保持正常供電，當(dāng)時(shí)的英國首相撒切爾（Margaret Thatcher）認(rèn)為，除了引入自由競爭，根本沒有其他選擇。與此同時(shí)，在美國，學(xué)術(shù)界也正在為改革建立智力基礎(chǔ)。1988年，麻省理工學(xué)院（MIT）的弗雷德·施魏佩（Fred Schweppe）和他的學(xué)生們根據(jù)電力的瞬時(shí)邊際成本，用數(shù)學(xué)方法描述了價(jià)格如何隨時(shí)間的推移和節(jié)點(diǎn)的不同而變化，以及這種現(xiàn)貨價(jià)格如何引導(dǎo)在不同地點(diǎn)投建合適規(guī)模和不同類型的發(fā)電機(jī)組，甚至對輸電能力建設(shè)產(chǎn)生影響。

不過，施魏佩提出的這種方法首先是被用來激勵(lì)需求側(cè)改變自身行為的，后來才將這一想法擴(kuò)展到供應(yīng)側(cè)，但在今天的市場上，需求方在很大程度上仍然與這種反映實(shí)際系統(tǒng)時(shí)間、空間條件的價(jià)格隔絕。與此同時(shí)，他的MIT同事保羅·喬斯科（Paul Joskow）和理查德·施馬倫西（Richard Schmalensee）1983年時(shí)描述了如何競爭，特別是發(fā)電環(huán)節(jié)競爭。

但推動(dòng)上世紀(jì)90年代美國重組電力工業(yè)的主要原因并不是早期的競爭和施魏佩等人所建議的知識(shí)框架——鐵路運(yùn)輸、天然氣、電話和航空旅行費(fèi)用的大幅下降起到了主要激勵(lì)作用。另一個(gè)推動(dòng)力來自部分用戶，他們對過度投資造成的電費(fèi)不斷上漲感到惱火。這些用戶想購買其他轄區(qū)內(nèi)更便宜的電，或者是建設(shè)周期更短、成本更低的氣電。當(dāng)時(shí)，相鄰州之間的電費(fèi)差距能達(dá)到2倍，強(qiáng)烈地激勵(lì)著用戶尋找更好的解決方案。

上世紀(jì)90年代，電力行業(yè)是自然壟斷的長期神話被揭穿，許多司法管轄區(qū)以兩種形式引入競爭：一是獨(dú)立發(fā)電機(jī)之間的“PURPA式競爭”，即以一種受監(jiān)管的“可避免成本”價(jià)格向公用事業(yè)出售電力。在某種程度上，“可避免成本”準(zhǔn)確地反映了公用事業(yè)公司的供電成本，但監(jiān)管機(jī)構(gòu)經(jīng)常高估這項(xiàng)成本，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致過度支付，進(jìn)而造成電價(jià)上漲。

這就促成了另一種競爭方式：消費(fèi)者通過市場途徑獲得更便宜的電力。為了廣泛傳播這種方式，許多州開始分拆發(fā)電、輸電和配電業(yè)務(wù)。發(fā)電資產(chǎn)被剝離給獨(dú)立發(fā)電公司，電網(wǎng)作為電力的“公共載體”，獨(dú)立發(fā)電公司通過競爭向消費(fèi)者出售電力。而這種競爭方式也不能完全降低電力的社會(huì)總成本。相反，有人認(rèn)為，這主要是一些用戶將“滯留資產(chǎn)”（不經(jīng)濟(jì)的PURPA合同或建設(shè)成本被低估的電力公司資產(chǎn)）的固定成本轉(zhuǎn)移給其他用戶或投資者。目前消費(fèi)者通過避免以基于平均成本費(fèi)率將成本轉(zhuǎn)移給其他主體的努力仍在繼續(xù)推動(dòng)著電力工業(yè)發(fā)生根本性的變化，但方式已經(jīng)截然不同，稍后會(huì)加以解釋。

對競爭帶來的紅利的高估，對新型清潔能源技術(shù)競爭力的樂觀預(yù)測以及對競爭有助于提升能源效率和可再生能源技術(shù)應(yīng)用的認(rèn)知，都是20世紀(jì)90年代末許多州熱情推進(jìn)電力工業(yè)改革的原因。基于“變革能惠及所有人”這一信念，1996年，加州議會(huì)一致投票贊成法案AB1890“電力結(jié)構(gòu)調(diào)整法（Electricity Restructuring Act）”。其他州也很快跟進(jìn)，此后幾年內(nèi)，近半數(shù)州通過了改革重組電力行業(yè)的法律或法規(guī)。許多州（但并非所有州）都打算允許所有客戶直接買電，樂觀地期待著廣泛的民眾參與和顯著的成本節(jié)約效益。其中，加州最引人注目，電力公司自愿或強(qiáng)制被剝離發(fā)電資產(chǎn)。

不幸的是，在這場深刻的變革中，一些人對自己能獲得的好處估計(jì)得過于樂觀了。即便改革提升了效率，降低了價(jià)格，它也不可避免地會(huì)產(chǎn)生一些輸家。此外，正如當(dāng)時(shí)許多學(xué)者警告的那樣，電力系統(tǒng)技術(shù)的復(fù)雜性意味著建立一個(gè)電力市場不會(huì)像創(chuàng)建或重組一個(gè)普通商品市場那樣簡單。

在各州行動(dòng)的同時(shí)，聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC，F(xiàn)ederal Energy Regulatory Commission）也推動(dòng)了改革議程。1996年4月，F(xiàn)ERC通過了888號命令，旨在“消除大規(guī)模電力批發(fā)市場競爭的障礙，并為國家電力消費(fèi)者帶來更高效、更低廉的電力”。所有在擁有輸電資產(chǎn)的公用事業(yè)公司都必須允許所有市場參與者根據(jù)公布的輸電費(fèi)率不受歧視地使用其輸電設(shè)施。1999年12月，F(xiàn)ERC發(fā)布了第2000項(xiàng)命令，明確鼓勵(lì)建立區(qū)域輸電組織（RTO，Regional Transmission Organizations），以促進(jìn)市場和推進(jìn)第888號命令的目標(biāo)。此后，盡管美國還有許多地區(qū)僅僅執(zhí)行了無歧視開放輸電設(shè)施這個(gè)要求，其中一些RTO已成為成熟的獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（ISO，Independent System Operators），運(yùn)營日前和實(shí)時(shí)電力現(xiàn)貨市場。

2.第二波浪潮：加州危機(jī)及其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

然而，2000-2001年的加州能源危機(jī)在一定程度上中斷了改革的努力。

許多文獻(xiàn)對這場危機(jī)的原因有詳細(xì)的記錄，并對此進(jìn)行了非常廣泛的討論。首先，這場危機(jī)是因?yàn)榘l(fā)電廠行使市場力，為推高價(jià)格而撤出供應(yīng)所引起。干旱、天然氣壓縮機(jī)爆炸、海帶被吸進(jìn)核電站冷卻系統(tǒng)等問題促使電廠行使市場力；與此同時(shí)，聯(lián)邦和州監(jiān)管機(jī)構(gòu)不鼓勵(lì)中長期雙邊合同政策也是推手之一。其次，市場設(shè)計(jì)忽視了電力的重要物理特性。比如，在忽略內(nèi)部輸電阻塞的日前市場中定義統(tǒng)一價(jià)區(qū)。

這使得CAISO的值班員不得不匆忙地實(shí)行非經(jīng)濟(jì)性的失序調(diào)度和場外調(diào)度（out of sequence and out of market dispatch）來解決危及系統(tǒng)可靠性的實(shí)時(shí)阻塞問題，從而加劇了市場力的行使；另外是孤立了日前和實(shí)時(shí)能量市場，忽視了它們之間的緊密聯(lián)系。安然和其他市場參與者采取了偽裝或欺騙的手段在這些市場間套利。套利本身是所有其他市場的重要功能，正常情況下，套利可以改進(jìn)而不是損害市場。最后，市場未能促進(jìn)中長期合約，這使得發(fā)電公司能夠從行使市場力的行為中立即獲利。

糟糕的市場設(shè)計(jì)和濫用市場力的后果一點(diǎn)也不含糊：滾動(dòng)式停電，批發(fā)電力成本增加三倍，公眾對以旨在降低成本的的改革失去信心。自危機(jī)以來，沒有更多的州加入改革大潮，在原來已經(jīng)啟動(dòng)改革的23個(gè)州中，有8個(gè)州暫停了零售市場的開放，只有德州（Texas）為工商業(yè)和居民等所有消費(fèi)者建成了一個(gè)活躍的零售市場。

盡管發(fā)生了危機(jī)，F(xiàn)ERC還是勇敢地向前推進(jìn)改革。

在開發(fā)適用于所有批發(fā)市場的“標(biāo)準(zhǔn)市場設(shè)計(jì)(Standard Market Design)失敗后，F(xiàn)ERC又推出了一個(gè)自愿的“批發(fā)市場平臺(tái)（Wholesale Market Platform）”，其中包含了他們認(rèn)為可以防止出現(xiàn)加州危機(jī)的元素。例如，反映實(shí)際網(wǎng)絡(luò)阻塞的特定地點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）價(jià)格；在市場運(yùn)營前識(shí)別試圖行使市場力的投標(biāo)，并對其進(jìn)行限制；鼓勵(lì)中長期金融合同，引入金融輸電權(quán)市場；對現(xiàn)貨能量市場和備用市場實(shí)施聯(lián)合優(yōu)化；允許在日前市場和實(shí)時(shí)市場之間進(jìn)行金融套利；運(yùn)作一個(gè)像電力庫（POOLCO）的混合市場，同時(shí)也促進(jìn)雙邊交易。

電力庫被定義為一個(gè)地區(qū)的單一市場運(yùn)營商，他們主持電力拍賣，從發(fā)電廠購買電力，然后再將其出售給消費(fèi)者或負(fù)荷服務(wù)實(shí)體（LSE，Load Serving Entities）。電力庫通過將電力從前者轉(zhuǎn)移到后者，并根據(jù)其在賣方和買方所在地計(jì)算的能量現(xiàn)貨價(jià)格的差異，對網(wǎng)絡(luò)的短期使用收費(fèi)。

總之，第一和第二波改革浪潮是由全球性的基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)私有化，縱向和橫向分拆以及在批發(fā)市場中引入競爭來推動(dòng)的，它們被視為提升投資、生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)經(jīng)濟(jì)效率的手段。兩波浪潮的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)體現(xiàn)在FERC設(shè)置的框架中，也體現(xiàn)在PJM，CAISO和其他ISO/RTO積極推廣的市場設(shè)計(jì)中。這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)包括以下幾點(diǎn)：

一是如何對電力工業(yè)進(jìn)行分拆，并分配由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和成本。其主要挑戰(zhàn)是資產(chǎn)剝離和收回特許經(jīng)營造成的滯留成本。投資者認(rèn)為放松管制下的電力會(huì)非常便宜以致無需計(jì)量評估，這會(huì)使得被剝離的資產(chǎn)價(jià)值大幅貶值。在加州，競爭性的交易收費(fèi)機(jī)制旨在使投資者擁有的公用事業(yè)公司股權(quán)保持完整，但這一安排是不公平的，因?yàn)槭袌隹赡馨l(fā)生突發(fā)事件，市場力可能被濫用，這會(huì)給資產(chǎn)買家?guī)肀├娏τ脩魠s未能受到保護(hù)。沒人想到通過兌現(xiàn)被剝離電廠的看漲期權(quán)（規(guī)定投標(biāo)上限）來保護(hù)消費(fèi)者的滯留利益。迄今為止還在抵制資產(chǎn)剝離的美國西北部和東南部地區(qū)電力公司，未來在分拆重組中應(yīng)考慮通過此類合同來實(shí)現(xiàn)平滑轉(zhuǎn)型。

二是消費(fèi)者需要與電力公司簽訂中長期供應(yīng)合同，以防市場力被濫用。以前加州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)不鼓勵(lì)發(fā)電廠和負(fù)荷服務(wù)實(shí)體之間簽訂長期合同，認(rèn)為在日前現(xiàn)貨市場上出清所有電能就不再需要監(jiān)管干預(yù)。然而危機(jī)發(fā)生后，加州監(jiān)管機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)了個(gè)180度大彎，規(guī)定只能提前一個(gè)月和一年簽定中長期合同，還要“展示”充足的實(shí)物資源。FERC則鼓勵(lì)但沒有強(qiáng)制實(shí)施“資源充裕度（RA，Resource Adequacy）”機(jī)制，更充分地保證有足夠的資源來防止短缺。危機(jī)發(fā)生后，這些機(jī)制讓神經(jīng)緊張的監(jiān)管機(jī)構(gòu)稍微放下心來，并為僅靠從設(shè)置價(jià)格上限的能量市場無法獲得足夠回報(bào)的投資者提供了找回“丟失的錢”的來源。

不過，不同地區(qū)所采取的辦法有所不同。PJM和ISO-NE設(shè)計(jì)了容量市場，通過年度拍賣購買長期容量儲(chǔ)備（依具體情況服從特定調(diào)配），允許現(xiàn)有和計(jì)劃的發(fā)電裝機(jī)容量以及愿意減少負(fù)荷的需求側(cè)資源參與。不過，德州卻選擇了一個(gè)只有能量交易、現(xiàn)貨價(jià)格允許達(dá)到$9000/MWh的市場。它還增加了運(yùn)行備用需求曲線（ORDC,Operating Reserve Demand Curve）作為補(bǔ)充，對能量施加了一個(gè)價(jià)格增量，以反映備用“枯竭”的情況，從而使價(jià)格能在供應(yīng)短缺時(shí)更好地反映能源的稀缺性。

三是重新評估市場力濫用和其他擾亂市場秩序的行為。在過去的市場運(yùn)行中，這些行為利用商業(yè)模式和技術(shù)現(xiàn)實(shí)之間的不一致影響了市場價(jià)格。原先FERC對批發(fā)市場價(jià)格的授權(quán)是根據(jù)司法部的標(biāo)準(zhǔn)來制定的，如市場集中度指數(shù)（HHI，Herfindahl-Hirschman index）等。但事實(shí)證明，這對電力行業(yè)來說并不適用。最初加州和德州的商業(yè)模式強(qiáng)調(diào)交易簡單性，但加州危機(jī)以及PJM、德州市場中的廣泛博弈（特別是常說的“減載博弈”，即在供應(yīng)過剩位置的發(fā)電機(jī)組以不考慮網(wǎng)絡(luò)阻塞的較高區(qū)域價(jià)將電力賣到日前市場，然后以較低價(jià)格在實(shí)時(shí)市場回購電力來緩解在該位置的網(wǎng)絡(luò)阻塞）表明，商業(yè)和技術(shù)模式必須保持一致，這使得市場開始了進(jìn)一步改革，例如加州進(jìn)行市場重組和技術(shù)升級，德州設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)市場等，特別是節(jié)點(diǎn)電價(jià)被用在日前市場和實(shí)時(shí)市場中，其地點(diǎn)邊際電價(jià)（MCP，Locational Marginal Prices）通過統(tǒng)一的價(jià)格清算規(guī)則來確定。

最初實(shí)時(shí)市場是每小時(shí)結(jié)算一次，但為了響應(yīng)可再生能源產(chǎn)出的變化，F(xiàn)ERC第764號命令將實(shí)時(shí)市場結(jié)算間隔縮短到15分鐘，并且每5分鐘重新進(jìn)行一次調(diào)度優(yōu)化。人們曾經(jīng)擔(dān)心乘坐每輛公交車都有單獨(dú)的價(jià)格會(huì)增加操縱市場的空間，但事實(shí)恰好相反，約束變得透明，日前市場進(jìn)行阻塞管理，參與者行使市場力的機(jī)會(huì)反而減少了。然而，這些措施不足以消除具有有限供應(yīng)和輸電阻塞的“負(fù)荷口袋”中的市場力。從加州危機(jī)中吸取的另一個(gè)教訓(xùn)是，進(jìn)行積極的市場監(jiān)測，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和緩解試圖行使市場力的投標(biāo)。

以節(jié)點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行能量交易能夠提供反映輸電阻塞的準(zhǔn)確價(jià)格信號，提升了生產(chǎn)、消費(fèi)和投資的效率。然而，人們很快就發(fā)現(xiàn)，這種位置價(jià)格的可變性和不確定性使市場參與者面臨很高的風(fēng)險(xiǎn)。因此，第四個(gè)教訓(xùn)是需要對這些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行金融對沖。哈佛大學(xué)的比爾·霍根（Bill Hogan）建議ISO以金融輸電權(quán)（FTR，F(xiàn)inancial Transmission Right）的形式創(chuàng)建一個(gè)對沖工具，用以補(bǔ)充弗萊德·斯威普（Fred Schweppe）對節(jié)點(diǎn)能量市場的設(shè)想。這些金融工具使其持有人獲得或承擔(dān)因兩個(gè)具體節(jié)點(diǎn)之間的價(jià)差而產(chǎn)生的凈收益或義務(wù)。

第五個(gè)教訓(xùn)是市場不應(yīng)被任意孤立，設(shè)計(jì)市場時(shí)應(yīng)該認(rèn)識(shí)到能量市場和輔助服務(wù)市場的相互依存關(guān)系，同時(shí)，套利對于提高效率、提供信息和加大行使市場力的難度非常重要。避免孤立市場的其中一個(gè)應(yīng)對措施是設(shè)計(jì)允許虛擬投標(biāo)的雙結(jié)算能量市場，目前這已成為美國有組織市場的標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)能量交易在遠(yuǎn)期雙邊合同和場外市場中實(shí)現(xiàn)，并輔之以長期金融合同。ISO通過雙結(jié)算方法確定日前能量的現(xiàn)貨交易，其中大多數(shù)能量每小時(shí)以具有財(cái)務(wù)約束力的數(shù)量進(jìn)行交易，價(jià)格由安全約束下基于報(bào)價(jià)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度確定，經(jīng)濟(jì)調(diào)度通過使用混合整數(shù)規(guī)劃（MIP，Mixed Integer Programing）的機(jī)組組合優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)。

實(shí)時(shí)市場與日前市場每小時(shí)出現(xiàn)的偏差根據(jù)每15分鐘一次的重新報(bào)價(jià)每五分鐘重新優(yōu)化一次。虛擬競價(jià)允許能量交易者和投機(jī)者進(jìn)行套利，并使日前市場和實(shí)時(shí)市場的價(jià)格更加接近。它還消除了通過“隱性虛擬競價(jià)”偽裝套利的動(dòng)機(jī)，在這種競拍中，為了操縱日前市場價(jià)格，實(shí)物能量供應(yīng)的報(bào)價(jià)或買入的出價(jià)被推遲到實(shí)時(shí)。加州危機(jī)期間，供求雙方都參與了“隱性虛擬競價(jià)”。

加州危機(jī)后的十年中，人們充分認(rèn)識(shí)到，市場設(shè)計(jì)不是目的，而是過程。隨著供需技術(shù)的改善，計(jì)算能力的提高以及對市場功能和需求的更多了解，能夠提出并實(shí)施進(jìn)一步的變革。這些變化目前主要是漸進(jìn)的，但未來為應(yīng)對智能電網(wǎng)，可再生能源和分布式資源革命，可能會(huì)有顛覆性的變化。

其中一個(gè)發(fā)生改變的是市場地域的擴(kuò)張，以利用鄰近地區(qū)的互補(bǔ)燃料，負(fù)荷的短期多樣性以及越來越多的可再生能源產(chǎn)出。PJM市場范圍向西延伸到芝加哥，增加了由西向東的電力潮流，每年節(jié)省了1億多美元的燃料成本；歐洲日前市場的一體化也取得了類似的成果；近期，北美洲西部渴望提高實(shí)時(shí)平衡效率，CAISO能量不平衡市場（EIM，Energy Imbalance Market）迅速擴(kuò)張，覆蓋美國西部8個(gè)州以及加拿大的不列顛哥倫比亞省。

加州市場每天中午經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)的實(shí)時(shí)價(jià)格，這意味著鄰近的州將因消納加州多余的電力而獲得收益。EIM消除了跨區(qū)域輸電接入費(fèi)率和其他阻礙相鄰平衡區(qū)域之間交易的費(fèi)用。遺憾的是，CAISO原來是加利福尼亞州一個(gè)州的機(jī)構(gòu)，由加州州政府管理，現(xiàn)在周邊許多個(gè)州要加入EIM，其管理機(jī)制就不僅僅是加州一個(gè)州的問題，最后的共識(shí)還沒有達(dá)成，阻礙了CAISO將這一模式擴(kuò)展到日前市場。看到機(jī)會(huì)的西南電力庫—西部山區(qū)和PJM—高峰可靠性合作伙伴正在同CAISO爭奪尚未加入EIM的西部平衡區(qū)域。它們也在尋求擴(kuò)大日前市場，包括通過直流連接更密切地協(xié)調(diào)東西部電網(wǎng)。

計(jì)算軟件和硬件的改進(jìn)帶來的另一個(gè)趨勢是在市場軟件中明確地考慮故障后的糾正性措施。以前這種風(fēng)險(xiǎn)是通過預(yù)防性的供應(yīng)預(yù)定位、分區(qū)運(yùn)行備用要求、n-1調(diào)度約束或最小在線約束來處理的，希望超額供給能讓系統(tǒng)安全管理意外的設(shè)備故障或凈負(fù)載波動(dòng)。對此學(xué)者們一直認(rèn)為，如果可以建模優(yōu)化事故后調(diào)度，就可以減少前期定位發(fā)電的成本，因?yàn)檐浖?huì)自動(dòng)微調(diào)所需要的備用位置和容量。CAISO正在對某些突發(fā)事件實(shí)施糾正性措施優(yōu)化，明確如何在事件發(fā)生后以最佳方式調(diào)整調(diào)度和機(jī)組組合。最終，這可能實(shí)現(xiàn)機(jī)組組合的全面隨機(jī)優(yōu)化，不但可以考慮到處理可能故障的方案，而且可以優(yōu)化哪些機(jī)組要在線運(yùn)行，哪些快速啟動(dòng)機(jī)組要保留作為備用。

上述改進(jìn)已經(jīng)或?qū)@著地節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行成本，然而并不是各方都對這種使市場軟件變得更加復(fù)雜的趨勢感到滿意。一些人抱怨說，價(jià)格的驅(qū)動(dòng)因素不透明或許是導(dǎo)致交易活動(dòng)減少的原因之一，而向隨機(jī)市場清算的演變將加速這一趨勢。一些觀察家呼吁扭轉(zhuǎn)這一趨勢，例如，通過消除整體成本和最低產(chǎn)出投標(biāo)來簡化供應(yīng)報(bào)價(jià)。然而，與整個(gè)行業(yè)，特別是市場運(yùn)營所面臨的其他迫在眉睫的問題相比，這一討論得到的關(guān)注要少得多。

3.第三波浪潮：為需求側(cè)、可再生和分布式資源讓路

隨著可再生能源和分布式能源（DER，distributed energy resources）的迅速滲透以及智能計(jì)量、相量測量單元等智能電網(wǎng)有關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，電力消費(fèi)模式正在發(fā)生變化，更多客戶參與到電力生產(chǎn)中，推動(dòng)了第三波電力工業(yè)改革。

正如前文所述，前兩波改革主要是通過競爭提高投資和運(yùn)營效率，由基礎(chǔ)設(shè)施的縱向和橫向分拆以及私有化推動(dòng)，相比之下，第三波電改主要是由為減少全球變暖的發(fā)電脫碳環(huán)境議程，實(shí)現(xiàn)更多客戶選擇和能源供應(yīng)“民主化”的社會(huì)運(yùn)動(dòng)，以及在能源供應(yīng)、儲(chǔ)存、計(jì)量和控制領(lǐng)域快速發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新所推動(dòng)。主張這些變革的政治力量是基于觀點(diǎn)態(tài)度而不是經(jīng)濟(jì)效率來推動(dòng)改革的，這種思路的變化與原先的市場設(shè)計(jì)基本原則相悖，其結(jié)果是供需環(huán)節(jié)都存在不合理的激勵(lì)措施，并且發(fā)生尋租行為，同時(shí)建立日益復(fù)雜的市場機(jī)制，試圖減輕這些激勵(lì)措施帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)和經(jīng)濟(jì)扭曲。

比如，凈計(jì)量政策在美國和國外已經(jīng)普遍存在。戶用光伏生產(chǎn)的電力超過家庭消費(fèi)的部分可以以零售價(jià)格出售給電力公司。在加州的負(fù)荷高峰時(shí)段，太平洋天然氣及電氣公司（PG&E）按零售費(fèi)率E6等級給戶用光伏支付的電費(fèi)可達(dá)每千瓦時(shí)45美分，而批發(fā)市場的成本可能只有每千瓦時(shí)4美分。較高的零售費(fèi)率是為了讓用戶公平分?jǐn)偦A(chǔ)設(shè)施成本，然而在凈計(jì)量模式下，高端消費(fèi)者可以通過安裝屋頂光伏來抵消自己的電費(fèi)支出，并將他們原本應(yīng)該承擔(dān)的基礎(chǔ)設(shè)施成本份額轉(zhuǎn)移到低端消費(fèi)者身上。凈計(jì)量造成的扭曲導(dǎo)致加州、內(nèi)華達(dá)州和夏威夷等地的屋頂光伏迅速擴(kuò)張，雖然它們的成本大約是地面光伏的兩倍。

這種擴(kuò)張隨后招來了電力公司和其他用戶的“反抗”：內(nèi)華達(dá)州和夏威夷州中斷了凈計(jì)量政策；加州公用事業(yè)委員會(huì)以“3對2票”決定暫停執(zhí)行；夏威夷大幅減少了對超過用戶自用能力的屋頂光伏電費(fèi)的支付，而且新建屋頂光伏裝置要繳納固定連接費(fèi)；內(nèi)華達(dá)州甚至追溯性地改變了最初提供給擁有屋頂光伏用戶的條款。

而值得注意的是，集中式光伏發(fā)電越來越具有競爭力。美國能源部近期宣布，集中式光伏的長期安裝成本已降低至每千瓦時(shí)6美分。以色列公用事業(yè)管理局最近也簽署了一項(xiàng)為期20年的光伏供應(yīng)合同，每千瓦時(shí)5.7美分，而在智利的阿塔卡馬沙漠，集中式光伏發(fā)電低至每千瓦時(shí)3.3美分。這種可再生能源在當(dāng)前的電力市場中具備較強(qiáng)的競爭力，特別是在碳稅或價(jià)格上限交易政策得到執(zhí)行的情況下，實(shí)際上已經(jīng)不需要導(dǎo)致效率低下的額外補(bǔ)貼激勵(lì)。

風(fēng)力發(fā)電是可再生能源的另一個(gè)主要來源，如果采用適當(dāng)?shù)奶级▋r(jià)，即使沒有針對性的補(bǔ)貼，仍然可能具有競爭力。遺憾的是，在許多系統(tǒng)中，風(fēng)電在固定上網(wǎng)電價(jià)和政府對系統(tǒng)運(yùn)營商實(shí)施的強(qiáng)制性措施中得到了隱性補(bǔ)貼。這些政策往往受到錯(cuò)誤的前提支持——可再生能源是“免費(fèi)的”，而且存在本身就是有價(jià)值的，除非在緊急情況或發(fā)電過度的情況下，其他任何情況都不應(yīng)被棄。這一前提沒有考慮到在安全約束條件下，為提供可靠電力，執(zhí)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度的復(fù)雜性。戰(zhàn)略性地削減可再生能源供應(yīng)（這在技術(shù)上是可行的）可以更有效地調(diào)度傳統(tǒng)的慢速爬坡資源。因此，一些系統(tǒng)，比如CAISO，為取消不合理的生產(chǎn)性補(bǔ)貼，在市場設(shè)計(jì)中采用了負(fù)報(bào)價(jià)（下降到每MWh負(fù)150美元）。減少或停止使用針對可再生能源的補(bǔ)貼措施可用于糾正由于傳統(tǒng)備用資源的非最佳安排而造成的扭曲。

在歐洲，特別是德國，由于不合理的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，風(fēng)力發(fā)電和太陽能迅速滲透，導(dǎo)致批發(fā)市場幾乎崩潰。批發(fā)價(jià)格的暴跌導(dǎo)致了一種“缺錢”現(xiàn)象，激發(fā)了傳統(tǒng)發(fā)電廠的容量補(bǔ)償。此外，可再生能源的富余導(dǎo)致碳價(jià)顯著降低，從而使得褐煤的使用增加，抵消了可再生能源提供的大部分環(huán)境效益。

從市場設(shè)計(jì)的角度來看，可再生能源和分布式能源的迅速滲透帶來了幾個(gè)重大挑戰(zhàn)。可再生資源固有的系統(tǒng)變異性和不確定性催生了極端的爬坡和靈活性需求。為了解決問題，加州公用事業(yè)委員會(huì)（CPUC，California Public Utility Commission）修改了“資源充裕度（RA，Resource Adequacy）”機(jī)制，要求負(fù)荷服務(wù)實(shí)體必須“顯示”其容量至少有三分之一能夠滿足靈活性標(biāo)準(zhǔn)，且這些資源必須具有經(jīng)濟(jì)可調(diào)度性，可以在三小時(shí)內(nèi)連續(xù)爬坡，而且必須以一個(gè)可以讓ISO經(jīng)濟(jì)地調(diào)度它們的價(jià)格進(jìn)行報(bào)價(jià)。

然而，資源充裕度機(jī)制用于鼓勵(lì)靈活性的效果并非最佳。首先，是否必須是三小時(shí)內(nèi)連續(xù)爬坡？不同資源的特性不同，適合的時(shí)間長度也有差異，同時(shí)，爬坡是否可預(yù)測也很重要。其次，如何比較不同資源間的“靈活性”？比如每天只能啟動(dòng)一次，但有15分鐘能量儲(chǔ)存的燃?xì)廨啓C(jī)和每月只能調(diào)用幾次的需求側(cè)響應(yīng)，哪個(gè)更靈活？

與其制定靈活發(fā)電容量的通用定義，不如重新設(shè)計(jì)能量市場，獎(jiǎng)勵(lì)在需要時(shí)正好可用的發(fā)電容量，這種發(fā)電容量可以在價(jià)格飆升時(shí)迅速爬坡，而后在價(jià)格暴跌時(shí)迅速消失。但是，改變能量市場和輔助服務(wù)市場，使其為靈活性提供更適當(dāng)?shù)幕貓?bào)也不一定簡單。能量資源的靈活性對于在不同時(shí)間尺度上整合可再生和分布式能源資源是必不可少的，因此，這種靈活性必須在不同市場視野中進(jìn)行定價(jià)，以便為投資和運(yùn)營提供適當(dāng)?shù)膬r(jià)格信號。這種靈活性可以通過縮短結(jié)算間隔、需求側(cè)管理、靈活使用輸電資產(chǎn)（例如輸電切換和熱極限的動(dòng)態(tài)額定值），以及靈活的爬坡產(chǎn)品來調(diào)動(dòng)。靈活性的價(jià)值必須反映在強(qiáng)加給系統(tǒng)的可再生和分布式資源身上，并支付給有助于解決與靈活性有關(guān)問題的資源。

例如，CAISO推出了一種新的靈活性爬坡（“flexiramp”）產(chǎn)品，使那些暫時(shí)不發(fā)電，以便在需要時(shí)提供爬坡備用的資源能夠獲得報(bào)酬。這種備用不同于調(diào)節(jié)型備用，調(diào)節(jié)備用是一種基于容量的輔助服務(wù)產(chǎn)品，用于在每五分鐘間隔內(nèi)進(jìn)行負(fù)荷跟蹤，而靈活性爬坡備用則有助于確保在未來短時(shí)間隔內(nèi)能量和調(diào)節(jié)（regulation）的可用性。因此，市場要為這些靈活性爬坡備用失去的機(jī)會(huì)成本——在容量被保留而不是被調(diào)度（其機(jī)會(huì)成本等于清算價(jià)格減去報(bào)價(jià)）時(shí)放棄的利潤——支付報(bào)酬。

除了可再生能源的增長外，電力工業(yè)的另一個(gè)巨大變化是許多小型分布式能源的擴(kuò)散。這反映了能源生產(chǎn)多樣化的普遍趨勢，這種擴(kuò)散在很大程度上是智能電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新促成的。整合這些資源有許多方法，比如創(chuàng)造新的市場平臺(tái)，組織采購分布式能源，使配電環(huán)節(jié)的交易成為可能。這些變化將重新定義未來公用電力公司的作用，即如何在電表后的能量自我供應(yīng)增加而導(dǎo)致公司收入銳減的世界中保持可靠供應(yīng)的能力。

市場設(shè)計(jì)的其中一個(gè)選擇是以ISO為中心，分布式能源通過配電系統(tǒng)運(yùn)營商和ISO批發(fā)市場的第三方負(fù)荷集成商參與到系統(tǒng)中。另一個(gè)選擇是，市場組織以配電級別為中心，ISO有限地協(xié)調(diào)配電系統(tǒng)運(yùn)行者，而配電系統(tǒng)運(yùn)行者通過本地配電系統(tǒng)的市場平臺(tái)執(zhí)行集成大部分分布式能源的功能。CAISO和PJM采用了第一種方式，加州引入了分布式能源集成商，PJM引入了削減服務(wù)提供商，他們作為虛擬電廠，像普通電廠一樣參與批發(fā)市場。參與主體的豐富擴(kuò)大了傳統(tǒng)ISO的市場范圍，使其適應(yīng)可再生能源和分布式資源的新世界。

4.結(jié)論

從托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）的珍珠街站到塞繆爾·英薩爾（Samuel Insull）受監(jiān)管的公用電力公司，電力工業(yè)直到上世紀(jì)末都是垂直一體化的壟斷行業(yè)，隨著歷史的演進(jìn)，該行業(yè)在技術(shù)應(yīng)用和運(yùn)營機(jī)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)了巨大創(chuàng)新。過去三十年里，凸顯出來的環(huán)境問題給行業(yè)帶來了進(jìn)一步的變化，可再生能源發(fā)電占據(jù)了新產(chǎn)能的主導(dǎo)地位。新的計(jì)算和通信技術(shù)促進(jìn)了市場革命，使市場的地理覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，并有效地協(xié)調(diào)了一系列能量、輔助服務(wù)和輸電資產(chǎn)的使用。

市場規(guī)模大幅增加的同時(shí)，能夠參與市場競爭的個(gè)體規(guī)模也變小了許多，以至于家庭級別的技術(shù)正在給市場帶來革命性的變化，而電力市場設(shè)計(jì)卻沒有跟上這些變化，這意味著新技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益還沒有充分實(shí)現(xiàn)。目前市場設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)包括：進(jìn)一步擴(kuò)大的地理范圍；調(diào)和零售和批發(fā)電價(jià)中極不一致的價(jià)格信號；對靈活發(fā)電、儲(chǔ)存和需求側(cè)資源最佳組合的激勵(lì)等等。更低的系統(tǒng)成本，更高的可靠性和更少的污染才是我們想要的，而不是特定的技術(shù)；實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的最佳手段很可能會(huì)讓我們感到驚訝。因此，市場必須促成最佳解決方案，而不是創(chuàng)造一個(gè)政策制定者眼中帶有偏見的市場。