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美國電力市場(chǎng)的結構、交易與價(jià)格特征

期貨日報 發(fā)布時(shí)間:2024-05-21 12:28:01

  [電力市場(chǎng)的發(fā)展概況]

  從托馬斯·愛(ài)迪生的珍珠街電站到塞繆爾·因薩爾創(chuàng )立的受監管公用事業(yè)公司,以及20世紀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:從傳統監管到解除管制

  在20世紀60年代,美國的電力供應幾乎完全由垂直一體化的公用事業(yè)公司掌控,這些公司負責從發(fā)電到輸配電直至消費者的整個(gè)流程。這種模式下,單一的公用事業(yè)公司在其服務(wù)區域內獨占管理和運營(yíng)輸電設施的權利,形成了所謂的“傳統監管”市場(chǎng)格局。

  自20世紀90年代起,美國多個(gè)州開(kāi)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在引入競爭性的批發(fā)市場(chǎng),以及在零售市場(chǎng)中引入競爭機制,即客戶(hù)可自行選擇零售商。

  在這個(gè)結構下,發(fā)電站出售電力,而負載服務(wù)實(shí)體(LSE)購買(mǎi)電力并轉售給消費者。區域輸電組織(RTO)/獨立系統運營(yíng)商(ISO)取代公用事業(yè)公司成為電網(wǎng)運營(yíng)商,并成為電力批發(fā)市場(chǎng)的運營(yíng)商。運營(yíng)商通常運行三種市場(chǎng)來(lái)決定這些服務(wù)的批發(fā)價(jià)格:能源市場(chǎng)、容量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。

  能源市場(chǎng)用于協(xié)調日常電力生產(chǎn)的拍賣(mài)。在能源市場(chǎng)中,電力供應商根據特定的價(jià)格出售其發(fā)電廠(chǎng)的電力合約,LSE競標這些合約以滿(mǎn)足消費者的需求。供應商的出價(jià)按價(jià)格從低到高進(jìn)行排列。當提供的電量與需求量相匹配時(shí),市場(chǎng)“出清”,發(fā)電廠(chǎng)根據每兆瓦時(shí)的市場(chǎng)定價(jià)收費。RTO/ISO主要運行兩個(gè)能源市場(chǎng):日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)。

  輔助服務(wù)市場(chǎng)旨在維護電網(wǎng)的頻率穩定,并在發(fā)電機組發(fā)生故障或停機時(shí),提供必要的短期備用電源。

  容量市場(chǎng)用來(lái)確保電網(wǎng)在任何給定時(shí)間都有足夠的發(fā)電能力來(lái)滿(mǎn)足消費者的需求,包括在高峰負荷時(shí)期。它是一個(gè)補充機制,專(zhuān)注于電力系統的可靠性和安全運行,而不僅是即時(shí)的電力供應。RTO/ISO定期組織容量拍賣(mài),電力零售商在這些拍賣(mài)中競購必要的發(fā)電能力。

  交易結構:從遠期到日前到實(shí)時(shí)

  從交易時(shí)限的角度,美國電力市場(chǎng)可以細分為遠期(包括期貨)市場(chǎng)、日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)。遠期市場(chǎng)涉及的交易基于雙方合同,合同期限可以根據雙方協(xié)商決定,范圍從一個(gè)月到30年不等,涵蓋全天或特定的高峰/非高峰時(shí)段。相比之下,日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)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(shí)計價(jià)和交易。為保證發(fā)電機能夠提前準備運行,實(shí)時(shí)市場(chǎng)僅處理市場(chǎng)中5%的電力需求,而其余95%的電力交易則是通過(guò)日前市場(chǎng)和遠期市場(chǎng)來(lái)完成的。

  期貨市場(chǎng)

  電力期貨是指以特定的價(jià)格進(jìn)行買(mǎi)賣(mài),在將來(lái)某一特定時(shí)間開(kāi)始交割并在特定時(shí)間段內交割完畢,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(gè)交易所進(jìn)行:紐約商品交易所、納斯達克期貨交易所、Nodal交易所和ICE美國期貨交易所。

  日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)

  以賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭聯(lián)合系統運營(yíng)商(PJM)為例,在日前市場(chǎng),電力的價(jià)格是根據預測的下一日電力需求和供應以及預定的交易來(lái)提前計算的。電力參與者在日前市場(chǎng)進(jìn)行交易,以鎖定次日的電力價(jià)格和數量,這有助于他們減輕價(jià)格波動(dòng)的風(fēng)險并提前規劃電力需求。

  PJM的實(shí)時(shí)市場(chǎng)是一個(gè)現貨市場(chǎng),即采購的產(chǎn)品可立即交付,其中當前價(jià)格(稱(chēng)為節點(diǎn)邊際電價(jià))根據實(shí)際電網(wǎng)運行狀況每五分鐘計算一次。實(shí)時(shí)能源價(jià)格發(fā)布在PJM運營(yíng)數據網(wǎng)頁(yè)上,買(mǎi)家和賣(mài)家之間的交易按小時(shí)結算。

  [發(fā)電與用電情況分析]

  供給:發(fā)電側動(dòng)能切換,但化石燃料仍主導

  近十年來(lái),美國發(fā)電量較為穩定,大體維持在4100TWh/年。其中,依賴(lài)化石燃料(即天然氣和煤炭)的發(fā)電占比顯著(zhù)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主導地位的燃煤發(fā)電,成為最主要的發(fā)電來(lái)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(cháng)顯著(zhù),從2001年的2%增長(cháng)到2023年的16%。

  國家激勵政策助力,太陽(yáng)能與風(fēng)能引領(lǐng)增長(cháng)

  2023年,美國的光伏發(fā)電量顯著(zhù)增長(cháng),達到165TWh,與2022年相比增長(cháng)13%,過(guò)去十年的年均增長(cháng)率保持在44%。在過(guò)去十年中,太陽(yáng)能裝機量的年均增長(cháng)率達到28%,主要得益于太陽(yáng)能投資稅收抵免等強有力的聯(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(yáng)能裝機已超過(guò)179GWdc。在2023年新增的電網(wǎng)容量中,光伏裝機占比53%,首次超過(guò)新增裝機容量的一半。

  風(fēng)電行業(yè)的顯著(zhù)發(fā)展也得益于PTC等多項激勵措施的實(shí)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(guò)去幾年中,風(fēng)電在美國可再生能源發(fā)電中的占比持續增長(cháng),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)域的主導地位。風(fēng)電在美國總發(fā)電量中的比例也在穩步提升,近幾年穩定在8%左右。

  美國火力發(fā)電結構不斷調整,天然氣為主導能源

  在過(guò)去二十年中,由于天然氣價(jià)格低廉以及煤炭供應量顯著(zhù)減少,美國的天然氣發(fā)電量大幅增長(cháng)。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)電量達到1802TWh,占全年發(fā)電總量的43%,而位居第二的核能發(fā)電量?jì)H占比18.6%。

  過(guò)去十年中,美國煤電行業(yè)經(jīng)歷顯著(zhù)變革,其發(fā)電量持續且迅速下降。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(guò)一半。這一變化象征著(zhù)能源結構轉型的一個(gè)關(guān)鍵轉折點(diǎn),也標志著(zhù)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(lái)展望:可再生能源主導新增裝機,燃煤發(fā)電能力預期減半

  得益于太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機和電池儲能系統成本的持續下降,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出相較于傳統能源更為顯著(zhù)的成本效益。這一趨勢預示著(zhù)可再生能源在未來(lái)電力結構中的競爭力和市場(chǎng)份額將持續增長(cháng)。據預測,隨著(zhù)可再生能源的擴張,到2030年美國的燃煤發(fā)電能力可能將減少至當前的50%左右,約200GW。

  需求:經(jīng)濟增長(cháng)仍是驅動(dòng)因素

  美國用電量在2007年之前呈現穩定增長(cháng)的趨勢,但隨著(zhù)美國實(shí)施更為嚴格的能源效率標準和建筑規范,用電量的增長(cháng)得到有效控制。之后受到極端天氣的影響用電消費會(huì )出現小范圍波動(dòng)。2023年,美國向消費者零售的電力達3861.3TWh,與2022年的3927.2TWh相比下降1.7%。據EIA預測,得益于美國宏觀(guān)經(jīng)濟環(huán)境的持續改善,今年美國商業(yè)和工業(yè)部門(mén)的電力銷(xiāo)售額有望增加2%,反映出經(jīng)濟活力對能源消費的積極影響。

  [市場(chǎng)交易機制及電價(jià)]

  不同于擁有統一的全國性電力市場(chǎng)的國家,美國的電力市場(chǎng)是區域性的,目前,美國有10個(gè)區域電力市場(chǎng),這些市場(chǎng)覆蓋特定的地理區域。

  作為北美最大的電力市場(chǎng),PJM的服務(wù)范圍覆蓋13個(gè)州及哥倫比亞特區,其經(jīng)濟產(chǎn)出占到美國GDP的19%。作為區域輸電組織,PJM負責管理和協(xié)調PJM地區的高壓輸電線(xiàn)路,確保電力流動(dòng)的順暢和系統的可靠性。PJM還具有促進(jìn)需求側響應(Demand Response, DR)的重要功能。需求側響應是電力系統管理中的一種關(guān)鍵策略,旨在通過(guò)調節消費者的電力需求來(lái)增強電網(wǎng)的穩定性和效率。這種策略通過(guò)激勵或其他手段促使用戶(hù)在電力需求高峰時(shí)段減少用電,幫助平衡電網(wǎng)負荷,防止過(guò)載,并減少對昂貴的備用發(fā)電資源的依賴(lài)。

  以PJM為例的電力交易機制

  兩級結算機制

  在電網(wǎng)運行實(shí)踐中,調度機構需要提前一天制定次日的發(fā)電計劃,涵蓋負荷預測、機組的啟動(dòng)與停機、發(fā)電功率安排、聯(lián)絡(luò )線(xiàn)使用等多個(gè)方面。這些預先規劃旨在增強電網(wǎng)運行的可預測性,從而減輕實(shí)時(shí)調度的負擔。在實(shí)際運行階段,調度員主要聚焦于處理因各種原因產(chǎn)生的發(fā)電與負荷之間的不平衡問(wèn)題。PJM市場(chǎng)深入借鑒這些運行經(jīng)驗,建立日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)這兩個(gè)互補的交易平臺,實(shí)行所謂的雙層結算機制。這兩個(gè)市場(chǎng)分別進(jìn)行電力出清和財務(wù)結算。無(wú)論是日前市場(chǎng)還是實(shí)時(shí)市場(chǎng),所使用的電價(jià)均為節點(diǎn)邊際電價(jià)(Locational Marginal Pricing introduction,LMP),該價(jià)格模型包括能量成本、阻塞費用和網(wǎng)絡(luò )損耗費用三個(gè)組成部分。

  日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)結算流程

  在日前市場(chǎng)中,電力交易參與者(包括發(fā)電公司、分銷(xiāo)商和大型用戶(hù))會(huì )根據對次日電力需求和價(jià)格的預測提交他們的買(mǎi)賣(mài)報價(jià)。PJM使用這些報價(jià)來(lái)進(jìn)行市場(chǎng)出清,確定每個(gè)節點(diǎn)的日前電價(jià)。參與者必須按照出清結果確定的價(jià)格和電量進(jìn)行結算。

  實(shí)時(shí)市場(chǎng)操作發(fā)生在電力實(shí)際使用的當天,以滿(mǎn)足未被日前市場(chǎng)預測到的需求或彌補預測失誤。電力參與者可以根據實(shí)際情況調整他們的報價(jià)或直接在實(shí)時(shí)市場(chǎng)購買(mǎi)所需電量。對發(fā)電商來(lái)說(shuō),實(shí)時(shí)發(fā)電少于其日前市場(chǎng)計劃,減少部分將以實(shí)時(shí)LMP從市場(chǎng)中購買(mǎi),反之將得到補償;對供電商來(lái)說(shuō),如果實(shí)時(shí)負荷超出日前市場(chǎng)負荷,將會(huì )以實(shí)時(shí)LMP為超出部分付費,反之將得到補償。

  區域特色和多元要素共同構建電力供應價(jià)格結構

  在美國解除管制的能源服務(wù)領(lǐng)域,各地區的電力供應定價(jià)結構展現出獨特的區域特色,具體取決于發(fā)電廠(chǎng)和燃料的可用性、當地燃料成本和定價(jià)法規。以下是構成電力價(jià)格的關(guān)鍵要素:

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

  容量成分反映維持設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,以確保穩定運行。

  可再生能源組合標準(RPS)規定電力供應中必須來(lái)自可再生能源的比例。隨著(zhù)美國對可再生能源使用的增加,RPS的成本和比重預計將上升,其費用受各州的監管和立法環(huán)境影響。

  傳輸成分涉及輸電解決方案的相關(guān)費用。

  線(xiàn)路損耗成分代表在電網(wǎng)運輸和傳輸過(guò)程中的能量損失。

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

  文章來(lái)源:期貨日報


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