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美国电力行业分析报告
2013年美国电力行业分析报告
2013年3月
一、美国概况
美国地处北美洲南半部.东临太西洋,西滨太平洋,北接加拿大,南邻墨西哥和墨西哥湾。
国土面积9363520km2,海岸线长22680km,行政划分为50个州以及一个特区(哥伦比亚特区),2008年人口为3.04亿。
美国本土多为温带和亚热带气候,佛罗里达半岛南端属热带气候,阿拉斯加为亚寒带大陆性气候,夏威夷为热带海洋气候。
美国能源资源十分丰富,分布也较均匀。
煤炭可采储量达240600Mt(百万吨),居世界第2位.约占世界煤炭总储量的15.4%。
石油探明储量为3881Mt,其中陆上石油储量为3399Mt。
天然气探明储量为6.9万亿立方米,可开发水能资源为457TWh(万亿千瓦时)/年。
靠近太平洋的西北地区5个州和阿拉斯加州的水能资源占全国水能资源的70%。
二、美国电力行业结构
1、电力市场监管结构:
两级监管体系
美国电力实行联邦和州两级监管体系,在联邦一级,主要由联邦能源监管委员会实施监管,而在州一级,则主要由州公共事业委员会(StatePublicUtilityCommission)行使管理职责。
两者主要通过制定各种规章、监管市场准入和价格等手段,实现对电力市场的监管。
美国联邦能源管理委员会(联邦能源监管委员会)是隶属于美国政府的一个独立管理机构,其职能涉及电价管理、相关法规的解释、输电状况以及电力销售市场的管理。
相关政策的制定和纠纷的解决是通过五位委员投票的多数票来决定。
90年代以来,美国电力市场改革的各项法令政策都由联邦能源监管委员会颁布。
在电力工业方面,联邦能源监管委员会主要管理由约1000个电力销售商组成的电力销售市场和约200家电力公司的高压输电线路。
委员会还对1700多个水力发电设施进行许可证管理。
各州政府下属的管理委员会则有权管理当地的配电事业,输电线建设,以及电力最终使用的交易。
而这些事务在联邦能源监管委员会管辖权之外。
以核定电价为例,凡是跨州的输电业务和电力批发业务,其电价核定由联邦能源监管委员会负责。
凡是提供配电及州内电力零售业务,其电价核定由各州公用事业监管委员会负责。
2、电网结构
(1)电网组织架构:
四级可靠性架构
美国电网结构比较复杂,从组织架构上看,可分为从上到下可分为四级:
北美电网可靠性监管公司(NERC)、各区域可靠性监管机构(如WECC,SERC等等)、各地区独立电网运营公司(如CAISO等等)、局部地区电力公司(PG&E等等)。
北美电力可靠性公司(NERC),总部设在佐治亚州亚特兰大市,是一个非营利性公司,成立于2006年3月28日,其前身是北美电力可靠性委员会(也被称为NERC),成立于1968年6月1日。
无论是之前还是如今的NERC,其使命都是确保北美电力系统的可靠性。
NERC下属9个区域性可靠性委员会,按地域划分为:
佛罗里达州可靠性协调委员会(FRCC),中西部可靠性组织(MRO),东北电力协调委员会(NPCC),ReliabilityFirst公司(RFC)(中部),可靠性公司国家电力监管委员会(SERC)(东南部),西南电力联营公司(SPP),西部电力协调委员会(WECC),德州电力可靠性委员会(ERCOT)和阿拉斯加系统协调委员会(ASCC),地理分布如图表3所示
(2)电网地域结构:
三大联合电网区域
图表3不仅展示了NERC下属的九个区域可靠性委员会,也展示了美国电力系统主要的三大联合电网的地理分布,即东部联合电网(EasternInterconnection),西部联合电网(WesternInterconnection),得克萨斯联合电网(TexasInterconnection)。
事实上,美国电网在早期是由私有和公有公司根据各自的负荷和电源条件组成的一个个孤立电网。
随后在互利原则的基础上通过双边或多边协议、或联合经营等方式相互联网,同步运行,逐步形成了目前美国的三大联合电网,即东部、西部和得克萨斯联合电网。
之所以分成东西部电网,是因为美国中西部高耸入云的洛矶山脉隔断了东西部电网的直接相联。
美国的三大联合电网之间只有通过直流线路的非同步联系。
东西部电网的间接相联是通过四个直流的背靠背站。
东部电网与德克萨电网有两个直流连接站,而西部电网与德克萨斯电网没有直流连接。
近年来,美国一直推进三大联合电网的联系线路建设,2009年10月,由美国TresAmigas公司建设的TresAmigasSuperStation宣布,通过三条功率为5GW的高压直流线路,实现了三大联合电网的链接。
三条线路使用的材料为高温超导线材。
(3)输电网建设:
纵横交错的输电线路
美国的输电网纵横交错,常见的电压等级有765,500,345,230,161,138,115(单位:
kV),还有少量的1000kV的超高压输电线路。
最长的500千伏线路是西海岸太平洋联络线,全长1520公里,共两条线,将西北部水电送至西南部加利福尼亚州负荷中心,与其并行一条±400千伏直流线路,送电容量近400万千瓦。
美国的500千伏线路总长度已达36000公里,加上70000公里的345千伏线路,形成了美国电力系统的主要干线。
另外,中部和东北部还分布有3000余公里的765千伏线路,其中大部分集中在中部的美国电力公司系统。
这些765千伏线路的特点是短距离大容量输电,主要是把矿口电厂和核电厂的电力送往负荷中心。
直流输电线路电压大部分采用±400千伏和±450千伏,少部分采用±500千伏。
直流输电线路除用于上文提及的电网间的非同步联结外,还用于从远方的水,火,核电站向负荷中心输送电能。
3、电力市场体制改革
(1)改革目的:
放松电力管制,打破单一垄断格局,引入市场竞争机制
电力体制改革之前,美国基本上单一垄断的电力市场格局,即一个地区只有一个电力公司生产、输送、零售电力并负责系统的运行调度。
电价基本上是依照成本加固定毛利率核定,这种模式使得传统的电力公司很难有积极性去改善电厂的运营效率。
虽然政府也鼓励兴建了一些独立发电厂商,但是这些独立发电商没有加入电网的资格,只能将电力出售给传统的公用事业公司。
对于公用事业公司而言,购电价格越高,按照成本加固定毛利率售电,所获得利润越多,如此造成最终的售电价格也很高。
总的来说由于竞争的缺乏,垄断的形成,电价一直居高不下,严重影响了消费者的权益,因此这种电力市场模式一直饱受批评。
从1992年能源政策法案的通过,到后来联邦能源监管委员会陆续颁布的第888号,第889号,第2000号法令,美国电力体制改革至今一直在逐步推进中,改革的核心在于放松电力管制,打破单一垄断格局,引入市场竞争机制。
改革的主要方面有
(1)打破“发—输—配—用”一体化垄断模式,重组垄断电力公司,将发电,输配电,用电各环节分离,分离出的公司作为独立主体参与电力市场;
(2)建立竞争定价机制,尤其是加强了发电侧和售电侧的电价竞争体制,形成了复杂的电价现货市场,以及双边或者多边的期货市场;(3)允许所有供电商无歧视性入网;(4)建立区域输电组织(RTO)或者独立系统运营商(ISO),作为区域里唯一的电力批发市场,对所有参与者平等开放,并管理区域电网的运行。
(2)改革进程:
改革逐步推进中各州改革步伐差异较大
从各州层面来看,截至2010年9月,在50个州中,有22个州已先后启动了电力改革通过放松发电管制,要求民营电力公司剥离其拥有的全部或部分发电资产,产生了数量众多的独立发电商但其中7个州已处于停滞状态.主要是受2000-2001年加州电力危机的影响,22个州中的16个州放松了零售准入,但其中加州的零售准入已处于停滞状态而其余28个州虽然大部分曾经或正在研究和探讨是否要进行改革,但至今未采取实质性的改革措施。
4、美国电力市场现状:
多个区域电力市场,发电,输电主体多元化,市场份额分散
如今的美国电力市场,发电、输电主体呈多元化。
美国有数百家发电商,最大发电商控制的装机容量也不到全国总装机容量的4%,全美前20家最大发电公司拥有的装机容量仅占全国总量的45%左右。
输电方面,电网公司数量超过500家。
美国电网大约2/3为公共事业电力公司所有,其他被众多联邦政府机构(如田纳西水电局)、市政电力公司和农村电力合作社拥有,还有一些为营利性电网经营公司或区域输电组织所有。
发电所有权分散是一个优势,有助于增加美国电力市场的竞争性。
美国没有全国性的电力市场,有10个区域性电力批发市场分别为加州,德州,新英格兰,纽约,PJM,西南电力库(SPP),中西部,东南,西北和西南电力市场其中前7个设立了区域输电组织/独立系统运营商,是有组织的电力市场。
加州,德州,新英格兰,纽约,PJM电力批发市场覆盖区域以改革的州为主,均设立了区域输电组织RTO或独立系统运营商(ISO),运行区域电网和电力批发市场,竞争程度较高。
其他市场覆盖的区域以未改革的州为主,其中西南电力库和中西部电力市场也设立了区域输电组织RTO或独立系统运营商(ISO),东南,西北和西南电力市场尚未设立区域输电组织RTO或独立系统运营商(ISO),属无组织的市场,竞争程度最低。
5、三种主要的电力市场模式:
加州模式、德州模式、PJM模式
美国电力市场放松管制的目的是引入竞争和降低电价。
因此,在进行电力工业重构时产生了许多新的实体,其中,非盈利实体主要有PX(PowerExchange),ISO(IndependentSystemOperator),ISA(IndependentSystemAdministrator),CAO(ControlAreaOperator),RTO(RegionalTransmissionOperator),其中PX的核心功能是提供一个电能交易的场所。
美国电力体制改革的一项重要任务,就是设计出一种优良的电力市场运营模式。
经过不断探索和改进,形成三种有代表性的电力市场模式。
三种电力模式的比较如图表所示。
加州电力模式的设计思路最早由斯坦福和加州大学伯克利分校的一批专家学者提出,并经州政府加州各种公众组织学术界电力公司等利益群体经过多年参与和讨论后才确定。
从市场设计理念上讲,加州电力改革的政策制定者们认为现货交易是保证电力交易市场有效率的最佳手段,这一思路与PJM电力模式的设计者思路大相径庭,后者合同电量占市场全部电量的70%—80%。
同时,加州模式中,最终销售端的电力消费价格却采用固定价格。
21世纪初,加州电力危机暴露出加州电力模式的弊端,首先是实时交易市场受加州附近其他州的期货市场影响(加州约有四分之一的电量依靠周边州的支援),电价波动很大;其次是能源价格上涨,发电成本大增,而固定的终端销售价格使电力公司亏损严重。
加州电力模式的缺陷,值得中国在进行电力体制改革时总结和反思。
PJM(宾夕法尼亚(Pennsylvania)—新泽西(NewJersey)—马里兰(Maryland))电力模式是美国电力体制改革过程中比较成功的模式,受到联邦能源管理局的推广。
PJM电力市场覆盖包括特拉华州、伊利诺斯州、肯塔基马里兰州、密歇根州、新泽西州、俄亥俄州、宾夕法尼亚州、田纳西州、弗吉尼亚州、西弗吉尼亚州以及哥伦比亚特区在内的13个州,1个特区,覆盖人口5100万。
2009年底,装机容量167326MW,包含有超过500家电力市场参与者,覆盖地域横跨两大区域可靠性委员会,即ReliabilityFirst公司(RFC)(中部),可靠性公司国家电力监管委员会(SERC)(东南部)。
PJM电网根据自身情况选择了纵向整合模式。
PJM为输电系统运营者,不拥有输电资产,对输电线路和相关资产进行职能性管理;负责协调控制区域的电
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