美国放松管制市场电力结算价形成机制概述
陈涛
摘要：20世纪80到90年代，美国很多地区实行电力产业改革，将电网的发电业务出售或是剥离为独立的发电企业。这一举措对降低电价、提高电力行业服务质量起到了积极作用。美国市场导向的电力定价机制已运行多年，积累了较为丰富的运营经验，形成了相对成熟的市场体系。可以为我国电力产业改革、电力定价机制相关研究提供一些有益参考。
关键词：边际电价；发电栈；区域边际电价
1866年，德国人西门子发明了自励式直流发电机，1875年，巴黎北火车站建成世界上第一座火电厂，为附近照明供电，1879年，美国旧金山实验电厂开始发电，成为世界上最早出售电力的电厂。电力逐渐改变了人类的生产、生活方式，如今，电力早已成为世界上应用最广泛的二次能源。电力市场结构、电力定价机制、电力生产新技术等相关课题的研究也成果丰硕。
本文以美国PJM地区（即宾夕法尼亚-新泽西-马里兰地区）放松管制的电力市场为研究对象，对这一类型市场电力结算价的形成机制做一概述。
1 电力产业链
世界各地在电力产业链界定上大同小异，但一般都会包含发、售、输、配和终端消费等几个环节。以美国PECO Energy公司（美国宾夕法尼亚州最大的电力和天然气公用事业公司）为例，该公司就将电力产业分为发电厂、高压输电线路、变电站、社区变压器，低压配电线路等部分，其中变电站、社区变压器和低压配电线路统称配电系统。
配电系统具有初始投资成本高，但边际成本低的特点。从经济学角度看，属于自然垄断行业。而在自然垄断行业，由一家供应商为新增消费者提供产品或服务要比引入竞争更为适宜。因此，诸如费城的PECOEnergy，匹兹堡的Duquesne，纽约的ConEd和芝加哥的ComEd等美国电网企业都由州一级的公用事业委员会统一进行管理，这些企业均以政府规定的投资回报率在运营过程中回收成本。
与配电类似，输电也是自然垄断行业，因为重复建设输电线路会造成极大的浪费。输电线路一般都很长，且经常涉及跨州线路，美国的输电系统是由联邦能源管理委员会（Federal Energy RegulatoryCommission，FERC）进行管理的。
与输配电不同的是发电环节。电力是发电企业的产品，输配电企业是电力的直接消费者。现实中，供给曲线和需求曲线，或者说发电量和用电负荷，都不难获取，二者的交点即为电价。这个价格既不是经验值也不是供需双方讨价还价的结果，而是基于供电企业成本和实际用电负荷等数据计算所得。
2 电力产业改革
过去，电力产业都是垂向整合的，电网企业既拥有电厂又负责输配电，并受政府管制。这种经营模式在一段时期内对电力产业的资金积累、避免重复建设等起到了非常重要的作用川。但由于发电环节本身与输配电不同，是一个竟争市场。因此，在20世纪80到90年代，美国很多地区实行电力产业改革，将电网的发电业务出售或是剥离为独立的发电企业。被剥离后的发电企业被称为‘商业电厂（merchant generators）”或“放松管制电厂（unregulated generators）”。这些电厂不受公用事业部门管制，它们以投标的方式与竞争对手争夺供电权。
美国大部分地区，包括东北部、中西部、德州和加州都进行了电力产业改革。大量证据也表明，这一举措确实对降低电价、提高电力行业服务质量起到了积极作用，但也有一部分地区为追求电价稳定，仍然维持着管制状态，例如落基山和西北部地区。
3 “发电栈（generation stack）”与电价
在放松管制市场，每座电厂会在前一天向当地一家专门的准政府非盈利企业（通常是电网）投标，标书中写明第二天能够提供的电力总量和单位电力的售价。负责收集标书的企业会以电厂报价的顺序对投标电厂进行排序，从而决定哪些电厂在什么时间开始供电。一般来讲，投标价格较低的电厂首先被赋予供电权力（又称激活），直到某个价格点上的供应满足第二天的用电负荷为止。最后被激活的电厂被称为边际电厂（marginal power plant），最后进入市场交易的一单位电力的投标价格被称为边际电价（marginal price）[2]。如无特殊情况，电网就以此价格作为结算电价与所有得标电厂进行结算。简言之，电力价格是通过非歧视拍卖的方式产生的。
如果将所有投标电厂的供给曲线整合到一个坐标系中，得到的图形则被称为“generation stack”，其实质是各个电厂边际成本的排序[3]。边际成本越低，投标价格就越低，被激活的可能性就越大。国内尚无“generation stack”的标准译法，但魏立佳（2014）在他的譯著《能源市场交易与投资》（原著作者是Davis W.Edwards）中将其译为“发电栈”，有堆栈、叠加之意，十分形象，本文沿用此译名。
图1是典型的美国PJM地区电力市场“发电栈”概念图。图中每一个点代表一座电厂，这些电厂以投标电价排序，具有一定的规律。可再生能源电厂的报价最低，因为这类电厂可以免费获取所需的燃料—降雨、阳光和风等，边际成本很低。核电厂的边际成本稍高于可再生能源电厂，原因是核燃料的效率极高，质量很小的核燃料就蕴含巨大的能量。燃煤电厂的发电成本构成因素相对复杂，燃料成本占大部分，同时，此类电厂还需要购买排放权或是使用控排设备，这些都会推高成本。燃气电厂报价高于燃煤电厂，理由也显而易见—天然气的价格比煤炭高。报价最高的是燃油电厂，这类电厂一般规模较小，效率不高，在美国多扮演调峰电厂的角色。
基于“发电栈”这一概念，理解美国放松管制市场电价定价机制就十分容易了。当用电负荷为90吉瓦时，电价大约是35美元/兆瓦时（图中A点）。如果是炎热的夏季，大量空调开启的情况下，用电负荷可能会达到145吉瓦，此时的电价就会接近150美元/兆瓦时（图中B点）。美国放松管制市场电力价格波动十分频繁，原因就在于此。有时，同一时间段（例如12：00-18：00）的电价，可能由于季节的不同，会有相当大的差异。
如前所述，通常情况下，电网会以边际电价与各个电厂进行结算。换句话说，电力价格在电网的任何位置都一样。然而，在需求高峰期，电力线路可能过载。为了减轻过载，在电网拥堵的地区，电力成交不再按照最低价到最高价的顺序，而是首先考虑靠近消费者的电厂。所以，这些地区的消费者可能需要支付更高的电费（电网的其他消费者则基于边际电价支付电费）。这一电价只发生在拥堵地区，通常被称为区域边际电价（Locational Marginal Price）。
4 小结
我国电力产业经过多年的发展，已由最初的计划体制转向市场体制，差别电价、阶梯电价、新能源电力补贴等改革手段被广泛采用。未来，电力产业市场化进程必然会被继续推进。美国市场导向的电力定价机制已运行多年，积累了较为丰富的运营经验，形成了相对成熟的市场体系，可以为我国电力产业改革、电力定价机制相关研究提供一些有益参考。
参考文献：
[1]魏一鸣.能源经济学[M].2.清华大学出版社，2013.
[2]Davis W. Edwards.Energy Trading and Investing[M].1.McGraw-Hill， 2009.
[3]魏立佳.能源市场交易与投资[M].1.中国电力出版社，2014.
