美國PJM電力容量市場分析

王冬明，李道強

（浙江省電力公司，杭州 310007）

電力企業管理

美國PJM電力容量市場分析

王冬明，李道強

（浙江省電力公司，杭州 310007）

通過詳細分析美國電力工業發展數據，指出其20世紀60到70年代電力工業的高速發展奠定了美國電能市場的基礎，但電能市場無法有效引導電源建設，埋下了電力供求失衡的隱患，也促使美國開始了容量市場建設的歷程。介紹和分析了美國PJM電力容量市場，指出電力容量市場是有計劃特色的市場，同時也處于不斷完善過程中。提出了我國電力工業處于迅速發展過程，更應該建立符合我國實際的電力容量市場，用市場化的方式引導電力工業可持續發展的觀點。

電能市場；容量市場；市場準入；定價機制

1 容量市場概述

20世紀90年代初，英國、美國、澳大利亞等國開始了以放松電力工業管制為目標的電力市場改革，引起了世界電力市場改革的浪潮。經過近20年的發展，電力市場改革取得了矚目的成果，以節點電價為主要定價手段的電能市場模式得到了廣泛應用。同時，由于用電需求在短期內缺乏價格彈性，發電容量的緊張會導致價格尖峰。如果電力市場僅依靠電能價格尖峰提供激勵、促進發電容量投資，將導致發電容量出現周期性的繁榮與衰退的循環，在容量富裕期會導致發電設備利用率低下，而在容量短缺期會導致大規模的停電。這種周期性的繁榮與衰退的循環顯然不利于發電企業和電力用戶的長久利益。

僅僅由電能市場來調節發電容量余缺的風險極大，許多國家和地區開始建立發電容量市場，以期在電能價格之外由容量價格來引導電源投資，避免發電裝機容量周期性的過度過剩與短缺循環，促進電力工業的穩定有序發展。

美國是世界上電力工業最發達的國家，電力市場建設較為成熟。本文以美國為例，介紹容量市場建設的背景和市場模式。

2 美國電力工業發展的歷史

1882年9月，愛迪生在紐約建立了美洲第一家發電廠，開創了美國電力工業。1890-1910年，美國的采礦、紡織、鋼鐵和印刷等工業迅速實現電氣化；1935年，富蘭克林·羅斯?？偨y簽署了《鄉村電氣化法案》（REA），鄉村電氣化得到快速發展，1967年美國98%的農場用上了電。

美國最初的發電設備主要是燃煤機組和水電機組；1957年，核電廠首度并網發電，其規模一直穩步擴大。天然氣機組和燃油機組則從20世紀60年代末開始穩步發展。圖1表現了美國1949-1988年電力裝機容量的變化情況。

圖1 美國1949-1988年電力裝機容量

可以看出，20世紀60和70年代，美國發電裝機容量迅速增長，該時期被稱為美國電力工業發展的“黃金時代”。進入80年代后，發電裝機容量增長明顯趨緩，而以煤、天然氣和油為一次能源的發電裝機容量增長趨于停滯狀態，主要的增長容量來自核電發電設備。

“黃金時期”大規模的發展，使美國電力工業規模迅速擴大，同時也使電力供給能力大大超過了電力負荷需求，化石類發電設備的平均利用小時在“黃金時期”初期為5 000 h左右，而80年代初最低降至3 500 h左右。供給能力的極度富余，使發電企業特別是獨立發電商的經營遭受巨大困難，這應該也是90年代初推動美國電力市場改革的動因之一。圖2是美國電力市場改革開始后，1989-2007年間電力裝機容量變化情況。

可以看出，除2000-2003年天然氣機組容量快速增長外，其他時間發電裝機容量增長極其緩慢，煤、油、水和核電裝機容量處于停滯甚至減少的狀態。

圖2 美國1989-2007年電力裝機容量

美國在賓夕法尼亞—新澤西—馬里蘭（Pennsylvania-New Jersey-Maryland，簡稱PJM）、新英格蘭和紐約等電網成功推行電能市場后，裝機容量并未得到應有的平穩增長。“黃金時期”打下的基礎被迅速侵蝕，2000年起燃煤機組的平均發電利用小時數超過了6 000 h，供求失衡的苗頭開始出現。2000-2001年的美國加州電力危機，是電能市場發出的強烈價格信號，希望市場增加發電容量投資，并引發了2000-2003年天然氣機組快速增長，但加州社會經濟及電力工業也付出了慘重的代價。人們認識到，僅以電能市場信號來引導發電設備的建設是不夠的，并于20世紀90年代末開始了艱難的容量市場建設探索。PJM作為美國運作最成熟的電力市場之一，于1999年開始了容量市場建設進程。

3 PJM容量市場介紹

PJM電力市場的成員必須遵守四大基本協議：可靠性保障協議（Reliability Assurance Agreement）、運行協議（the Operating Agreement）、輸電價目表（the PJM Open Access Transmission Tariff）和輸電商協議（the Transmission Owners Agreement）。根據可靠性保障協議，負荷服務商（Load servers）必須持有足夠機組容量（不一定是自己的機組），以滿足自己的容量義務，不能履行義務的負荷服務商將按照協議條款進行處罰。容量義務成了容量市場的需求基礎。

3.1 PJM容量市場發展過程

1998年，開創了容量信用交易模式的容量信用市場（Capacity Credit Market，CCM）。當年10月15日，第一個月度市場開市；12月31日，第一個日市場開市。

1999年1月27日，由于容量信用市場容易被操縱而被管制，此時距第一個月度市場開始僅3個月。

1999年5月31日，容量信用市場經過改良后恢復運行。

1999年7月10日再次被管制，此后一直處于管制狀態。

2007年，PJM采用可靠性定價模式取代原有的容量信用市場，并于當年4月開始正式運行。

3.2 容量信用市場

容量信用市場是PJM電網最初采用的容量市場模式，為容量市場的建設取得了寶貴經驗，奠定了良好的基礎。

容量信用市場分為月度市場和日市場，市場成員有兩類：負荷服務商（Load servers）和容量擁有者（Resource owner）。容量擁有者指PJM區域內的現有機組、規劃中機組、可削減的電力負荷（Demand Resource）、合格的輸電網升級項目（Qualifying Transmission Upgrades）及區域外機組。

是否參與容量信用市場遵循自愿原則，負荷服務商和容量擁有者都可以在市場外通過雙邊交易買賣容量信用（Capacity Credit），通過容量市場購得的容量信用不得以任何借口進行調整。負荷服務商購買容量信用，以滿足全部或部分機組容量義務。

在月度市場中，負荷服務商和容量擁有者可以根據自己未來的容量需求預期和對市場情況的判斷，買賣容量信用。而在日市場中，如果參與者不能滿足其規定的容量義務，PJM僅接受其不足部分的買盤；如果參與者在滿足其規定的容量義務的基礎上有多余的容量信用，PJM僅接受多余部分的賣盤。

在月度市場和日市場的參與者完成報價后，PJM根據買賣雙方的申報組織出清，出清價格等于邊際成交賣盤的報價，所有成交的交易都按照同一市場出清價格成交。

如果市場成員在月容量信用市場上賣了過多的容量信用，以致無法滿足自己最終的機組容量義務，則必須通過日容量信用市場或雙邊交易獲得足夠的容量信用，否則將根據PJM的運行規則和可靠性保障協議（RAA）進行處罰。

3.3 可靠性定價模型（Reliability Pricing Model，RPM）容量市場

RPM容量市場是由多重拍賣市場組成的，包括1個基本拍賣市場 （Base Residual Auction）、3個追加拍賣市場（Incremental Auction）和 1個雙邊市場。市場成員也由負荷服務商和容量擁有者組成。

基本拍賣市場提前3年舉行。PJM根據對3年后的負荷預測，組織容量擁有者競價，以滿足電網3年后的機組容量需求，購買容量的費用根據規則分攤給負荷服務商。

市場成員可以在第一次和第三次追加拍賣中購買容量來替代其無法履約的售出容量，比如工程的延遲或取消、現有機組的毀損等。

在目標年份的前1年，PJM將重新進行負荷預測，如果此次預測比基本拍賣前預測高100 MW以上，則組織第二次追加拍賣以補足差額，并將購買費用按規則分攤給負荷服務商。

負荷服務商可以通過雙邊交易市場獲得其在容量拍賣中未滿足的容量。

3.4 容量信用市場和RPM容量市場的不同

在容量信用市場中，市場成員受到的約束很少，一些有實力的市場成員可以通過月度市場買空賣空、控制日前市場供給等方式操縱市場，從而獲取高額利潤。

RPM容量市場完善了規則，力圖規范市場成員行為，促進市場健康發展。主要的改變有以下幾方面：

（1）市場準入。PJM區域內的現有機組必須通過拍賣市場出售容量；如果PJM區域中的現有機組和可削減負荷沒有參加基本拍賣市場，則失去了參加相關目標年份的其他拍賣市場的資格，比如甲廠在2007年未參加2010年容量的基本拍賣市場，則也不能參加2010年容量的任何追加拍賣市場。

（2）定價機制。基本拍賣和第二次追加拍賣中，容量擁有者作為賣方進行單邊報價，并形成供給曲線，PJM根據一定規則確定需求曲線，并根據供給曲線和需求曲線確定出清價格。基本拍賣市場的需求曲線見圖3。

圖3 基本拍賣市場的需求曲線和供給曲線

RPM模式加強了市場的準入管制，推動容量擁有者參與基本拍賣市場，增加了市場的供給量，降低了賣方的市場力。PJM制定的需求曲線既有一定的價格彈性，又有價格上限，發揮了市場的作用，在一定程度上限制了市場成員操縱價格的行為，具有計劃調控的意義。

4 對我國電力市場建設的啟發

上述分析表明，僅僅依靠電能市場不能有效引導發電容量建設，容量市場是電力工業以市場化方式實現自身健康發展的重要方式。但容量市場中的“商品”是通過社會強制力“創造”出來的，是有計劃特色的市場。

容量市場中的“商品”和普通商品不一樣，也決定了容量市場是一種創新市場。而美國容量市場的運作模式是與其社會特點及市場基礎相適應的，尚處于不斷完善過程中，不宜完全照搬。

我國當前社會經濟飛速發展，電力工業規?？焖贁U大，又面臨節能減排壓力，需要在充分借鑒國外經驗教訓的基礎上，結合我國國情，創新思路，建立我國特色的容量市場，實現電力工業的健康可持續發展。

[1]DANIEL S．KIRSCHEN,GORAN STRBAC．電力系統經濟學原理[M]．朱治中，譯．北京：中國電力出版社，2009．

[2]STAN KAPLAN．History of Energy in the United States∶1635－2000[OL]．2010－6－26,http∶//www．eia．doe．gov．

[3]DANIEL TRAYNOR．Before There Were Lights∶A History of Electricity in the U．S．[OL]．2010－6－30,http∶//www．tvakids．com．

[4]STAN KAPLAN．Electric Net Summer Capacity∶Total（All Sectors）,1949－2007[OL]．2010－6－27，http∶//www．eia．doe．gov．

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[7]HOWARD SCHNEIDER．PJM Manual 18∶PJM Capacity Market[OL]．2010－7－5，http∶//www．pjm．com．

[8]HOWARD SCHNEIDER．Reliability Pricing Model[OL]．2010－7－5，http∶//www．pjm．com．

[9]HOWARD SCHNEIDER．PJM Unforced Capacity Market Business Rules[OL]．2010－7－12，http∶//www．pjm．com．

[10]朱成章．美國加州電力危機透視[J]．中國電力企業管理．2001，4∶55－56．

（本文編輯：徐 晗）

Analysis of Electric Power Capacity Market of PJM

WANG Dong-ming，LI Dao-qiang
（Zhejiang Electric Power Corporation，Hangzhou 310007，China）

Through the detailed analysis of the power industry of the U.S.，this paper indicates that the rapid development of the power industry in 1960s and 1970s establishes the foundation of American electric energy market,but the market which cannot effectively lead the power supply construction and results in hidden trouble of imbalance between power supply and demand,Therefore,the U.S.starts building the capacity market. At the same time,it introduces and analyzes the capacity market of PJM,indicates that the capacity market is one with planning feature and being improved.At last,it proposes that Chinese electric power industry is developing rapidly and thus,power capacity market is required in accordance with the practical situation in China and market-oriented way should be adopted to lead to sustainable development of the power industry.

electric energy market；capacity market；marketaccess；pricing mechanism

F407.61

：B

：1007-1881（2010）10-0050-04

2010-07-15

王冬明(1960-)，男，江蘇泗洪人，工程師，研究方向為電力市場和電力系統運行。

李道強（1973-)，男，浙江龍泉人，高級工程師，研究方向為電力市場和電力系統運行。