新的發(fā)電、儲能、需求側管理和智能電網(wǎng)技術可能使2050年的電網(wǎng)與當今的電力系統(tǒng)截然不同。市場設計者能否跟上這些變化？現(xiàn)在需要關注什么？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新需求的。

以當下的眼光看來，電力行業(yè)正在經(jīng)歷著巨大變化，但其實我們曾經(jīng)已經(jīng)歷過多次轉(zhuǎn)型。20世紀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組(包括浮動核電站)，而這些看上去“謹慎”的投資造成的費用都將由納稅人承擔。越來越多用戶認為，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)管機構卻不怎么操心……

正是因為面臨這些問題，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。如果市場設計能夠始終遵循公平接入、技術中立的原則，對在合適的時間和地點向系統(tǒng)提供真正所需的服務主體給予合理的財務獎勵，那么電力系統(tǒng)將會很好地適應未來任何技術和社會變革。

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)放松管制的熱潮時出臺的。首次在曾受到嚴格監(jiān)管或具有公益性質(zhì)的行業(yè)推行自由市場，在很大程度上要歸功于吉米·卡特總統(tǒng)的首席經(jīng)濟顧問弗雷德·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、證券市場以及天然氣和水務公用事業(yè)的管制，并對這些公司進行重組。90年代初期，政策制定者、消費者和學術界人士都試圖將同樣的變革推廣到電力工業(yè)當中。

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。早在20世紀30年代，英國中央電力委員會就發(fā)起過一場拍賣。英國中央電力委員會通過拍賣選擇效率最高的電力供應商，與其簽訂供電合同，為十年內(nèi)電力供應成本減半做出了貢獻。在美國，盡管塞繆爾·英薩爾（Samuel Insull）成功促進了電力的特許經(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，建設了平行運行的配電線路。有證據(jù)表明，存在這種競爭的情況下，電費的確有所下降。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90年代的美國改革者來說無疑不是一種激勵。

20世紀90年代前，在沒有對成本收益做仔細分析的情況下，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，當時的英國首相撒切爾（Margaret Thatcher）認為，除了引入自由競爭，根本沒有其他選擇。與此同時，在美國，學術界也正在為改革建立智力基礎。1988年，麻省理工學院（MIT）的弗雷德·施魏佩（Fred Schweppe）和他的學生們根據(jù)電力的瞬時邊際成本，用數(shù)學方法描述了價格如何隨時間的推移和節(jié)點的不同而變化，以及這種現(xiàn)貨價格如何引導在不同地點投建合適規(guī)模和不同類型的發(fā)電機組，甚至對輸電能力建設產(chǎn)生影響。

不過，施魏佩提出的這種方法首先是被用來激勵需求側改變自身行為的，后來才將這一想法擴展到供應側，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際系統(tǒng)時間、空間條件的價格隔絕。與此同時，他的MIT同事保羅·喬斯科（Paul Joskow）和理查德·施馬倫西（Richard Schmalensee）1983年時描述了如何競爭，特別是發(fā)電環(huán)節(jié)競爭。

但推動上世紀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框架——鐵路運輸、天然氣、電話和航空旅行費用的大幅下降起到了主要激勵作用。另一個推動力來自部分用戶，他們對過度投資造成的電費不斷上漲感到惱火。這些用戶想購買其他轄區(qū)內(nèi)更便宜的電，或者是建設周期更短、成本更低的氣電。當時，相鄰州之間的電費差距能達到2倍，強烈地激勵著用戶尋找更好的解決方案。

上世紀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：一是獨立發(fā)電機之間的“PURPA式競爭”，即以一種受監(jiān)管的“可避免成本”價格向公用事業(yè)出售電力。在某種程度上，“可避免成本”準確地反映了公用事業(yè)公司的供電成本，但監(jiān)管機構經(jīng)常高估這項成本，有時會導致過度支付，進而造成電價上漲。

這就促成了另一種競爭方式：消費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。發(fā)電資產(chǎn)被剝離給獨立發(fā)電公司，電網(wǎng)作為電力的“公共載體”，獨立發(fā)電公司通過競爭向消費者出售電力。而這種競爭方式也不能完全降低電力的社會總成本。相反，有人認為，這主要是一些用戶將“滯留資產(chǎn)”（不經(jīng)濟的PURPA合同或建設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。目前消費者通過避免以基于平均成本費率將成本轉(zhuǎn)移給其他主體的努力仍在繼續(xù)推動著電力工業(yè)發(fā)生根本性的變化，但方式已經(jīng)截然不同，稍后會加以解釋。

對競爭帶來的紅利的高估，對新型清潔能源技術競爭力的樂觀預測以及對競爭有助于提升能源效率和可再生能源技術應用的認知，都是20世紀90年代末許多州熱情推進電力工業(yè)改革的原因?；凇白兏锬芑菁八腥恕边@一信念，1996年，加州議會一致投票贊成法案AB1890“電力結構調(diào)整法（Electricity Restructuring Act）”。其他州也很快跟進，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得過于樂觀了。即便改革提升了效率，降低了價格，它也不可避免地會產(chǎn)生一些輸家。此外，正如當時許多學者警告的那樣，電力系統(tǒng)技術的復雜性意味著建立一個電力市場不會像創(chuàng)建或重組一個普通商品市場那樣簡單。

在各州行動的同時，聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC，F(xiàn)ederal Energy Regulatory Commission）也推動了改革議程。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)公布的輸電費率不受歧視地使用其輸電設施。1999年12月，F(xiàn)ERC發(fā)布了第2000項命令，明確鼓勵建立區(qū)域輸電組織（RTO，Regional Transmission Organizations），以促進市場和推進第888號命令的目標。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施這個要求，其中一些RTO已成為成熟的獨立系統(tǒng)運營商（ISO，Independent System Operators），運營日前和實時電力現(xiàn)貨市場。

2.第二波浪潮：加州危機及其經(jīng)驗教訓

然而，2000-2001年的加州能源危機在一定程度上中斷了改革的努力。

許多文獻對這場危機的原因有詳細的記錄，并對此進行了非常廣泛的討論。首先，這場危機是因為發(fā)電廠行使市場力，為推高價格而撤出供應所引起。干旱、天然氣壓縮機爆炸、海帶被吸進核電站冷卻系統(tǒng)等問題促使電廠行使市場力；與此同時，聯(lián)邦和州監(jiān)管機構不鼓勵中長期雙邊合同政策也是推手之一。其次，市場設計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)一價區(qū)。

這使得CAISO的值班員不得不匆忙地實行非經(jīng)濟性的失序調(diào)度和場外調(diào)度（out of sequence and out of market dispatch）來解決危及系統(tǒng)可靠性的實時阻塞問題，從而加劇了市場力的行使；另外是孤立了日前和實時能量市場，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，套利可以改進而不是損害市場。最后，市場未能促進中長期合約，這使得發(fā)電公司能夠從行使市場力的行為中立即獲利。

糟糕的市場設計和濫用市場力的后果一點也不含糊：滾動式停電，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。自危機以來，沒有更多的州加入改革大潮，在原來已經(jīng)啟動改革的23個州中，有8個州暫停了零售市場的開放，只有德州（Texas）為工商業(yè)和居民等所有消費者建成了一個活躍的零售市場。

盡管發(fā)生了危機，F(xiàn)ERC還是勇敢地向前推進改革。

在開發(fā)適用于所有批發(fā)市場的“標準市場設計(Standard Market Design)失敗后，F(xiàn)ERC又推出了一個自愿的“批發(fā)市場平臺（Wholesale Market Platform）”，其中包含了他們認為可以防止出現(xiàn)加州危機的元素。例如，反映實際網(wǎng)絡阻塞的特定地點（節(jié)點）價格；在市場運營前識別試圖行使市場力的投標，并對其進行限制；鼓勵中長期金融合同，引入金融輸電權市場；對現(xiàn)貨能量市場和備用市場實施聯(lián)合優(yōu)化；允許在日前市場和實時市場之間進行金融套利；運作一個像電力庫（POOLCO）的混合市場，同時也促進雙邊交易。

電力庫被定義為一個地區(qū)的單一市場運營商，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者或負荷服務實體（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算的能量現(xiàn)貨價格的差異，對網(wǎng)絡的短期使用收費。

總之，第一和第二波改革浪潮是由全球性的基礎設施產(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的，它們被視為提升投資、生產(chǎn)和消費環(huán)節(jié)經(jīng)濟效率的手段。兩波浪潮的經(jīng)驗教訓體現(xiàn)在FERC設置的框架中，也體現(xiàn)在PJM，CAISO和其他ISO/RTO積極推廣的市場設計中。這些經(jīng)驗教訓包括以下幾點：

一是如何對電力工業(yè)進行分拆，并分配由此產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和成本。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。投資者認為放松管制下的電力會非常便宜以致無需計量評估，這會使得被剝離的資產(chǎn)價值大幅貶值。在加州，競爭性的交易收費機制旨在使投資者擁有的公用事業(yè)公司股權保持完整，但這一安排是不公平的，因為市場可能發(fā)生突發(fā)事件，市場力可能被濫用，這會給資產(chǎn)買家?guī)肀├?，而電力用戶卻未能受到保護。沒人想到通過兌現(xiàn)被剝離電廠的看漲期權（規(guī)定投標上限）來保護消費者的滯留利益。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考慮通過此類合同來實現(xiàn)平滑轉(zhuǎn)型。

二是消費者需要與電力公司簽訂中長期供應合同，以防市場力被濫用。以前加州的監(jiān)管機構不鼓勵發(fā)電廠和負荷服務實體之間簽訂長期合同，認為在日前現(xiàn)貨市場上出清所有電能就不再需要監(jiān)管干預。然而危機發(fā)生后，加州監(jiān)管機構轉(zhuǎn)了個180度大彎，規(guī)定只能提前一個月和一年簽定中長期合同，還要“展示”充足的實物資源。FERC則鼓勵但沒有強制實施“資源充裕度（RA，Resource Adequacy）”機制，更充分地保證有足夠的資源來防止短缺。危機發(fā)生后，這些機制讓神經(jīng)緊張的監(jiān)管機構稍微放下心來，并為僅靠從設置價格上限的能量市場無法獲得足夠回報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設計了容量市場，通過年度拍賣購買長期容量儲備（依具體情況服從特定調(diào)配），允許現(xiàn)有和計劃的發(fā)電裝機容量以及愿意減少負荷的需求側資源參與。不過，德州卻選擇了一個只有能量交易、現(xiàn)貨價格允許達到$9000/MWh的市場。它還增加了運行備用需求曲線（ORDC,Operating Reserve Demand Curve）作為補充，對能量施加了一個價格增量，以反映備用“枯竭”的情況，從而使價格能在供應短缺時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。在過去的市場運行中，這些行為利用商業(yè)模式和技術現(xiàn)實之間的不一致影響了市場價格。原先FERC對批發(fā)市場價格的授權是根據(jù)司法部的標準來制定的，如市場集中度指數(shù)（HHI，Herfindahl-Hirschman index）等。但事實證明，這對電力行業(yè)來說并不適用。最初加州和德州的商業(yè)模式強調(diào)交易簡單性，但加州危機以及PJM、德州市場中的廣泛博弈（特別是常說的“減載博弈”，即在供應過剩位置的發(fā)電機組以不考慮網(wǎng)絡阻塞的較高區(qū)域價將電力賣到日前市場，然后以較低價格在實時市場回購電力來緩解在該位置的網(wǎng)絡阻塞）表明，商業(yè)和技術模式必須保持一致，這使得市場開始了進一步改革，例如加州進行市場重組和技術升級，德州設計了節(jié)點市場等，特別是節(jié)點電價被用在日前市場和實時市場中，其地點邊際電價（MCP，Locational Marginal Prices）通過統(tǒng)一的價格清算規(guī)則來確定。

最初實時市場是每小時結算一次，但為了響應可再生能源產(chǎn)出的變化，F(xiàn)ERC第764號命令將實時市場結算間隔縮短到15分鐘，并且每5分鐘重新進行一次調(diào)度優(yōu)化。人們曾經(jīng)擔心乘坐每輛公交車都有單獨的價格會增加操縱市場的空間，但事實恰好相反，約束變得透明，日前市場進行阻塞管理，參與者行使市場力的機會反而減少了。然而，這些措施不足以消除具有有限供應和輸電阻塞的“負荷口袋”中的市場力。從加州危機中吸取的另一個教訓是，進行積極的市場監(jiān)測，自動發(fā)現(xiàn)和緩解試圖行使市場力的投標。

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

第五個教訓是市場不應被任意孤立，設計市場時應該認識到能量市場和輔助服務市場的相互依存關系，同時，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應對措施是設計允許虛擬投標的雙結算能量市場，目前這已成為美國有組織市場的標準。大多數(shù)能量交易在遠期雙邊合同和場外市場中實現(xiàn)，并輔之以長期金融合同。ISO通過雙結算方法確定日前能量的現(xiàn)貨交易，其中大多數(shù)能量每小時以具有財務約束力的數(shù)量進行交易，價格由安全約束下基于報價的經(jīng)濟調(diào)度確定，經(jīng)濟調(diào)度通過使用混合整數(shù)規(guī)劃（MIP，Mixed Integer Programing）的機組組合優(yōu)化來實現(xiàn)。

實時市場與日前市場每小時出現(xiàn)的偏差根據(jù)每15分鐘一次的重新報價每五分鐘重新優(yōu)化一次。虛擬競價允許能量交易者和投機者進行套利，并使日前市場和實時市場的價格更加接近。它還消除了通過“隱性虛擬競價”偽裝套利的動機，在這種競拍中，為了操縱日前市場價格，實物能量供應的報價或買入的出價被推遲到實時。加州危機期間，供求雙方都參與了“隱性虛擬競價”。

加州危機后的十年中，人們充分認識到，市場設計不是目的，而是過程。隨著供需技術的改善，計算能力的提高以及對市場功能和需求的更多了解，能夠提出并實施進一步的變革。這些變化目前主要是漸進的，但未來為應對智能電網(wǎng)，可再生能源和分布式資源革命，可能會有顛覆性的變化。

其中一個發(fā)生改變的是市場地域的擴張，以利用鄰近地區(qū)的互補燃料，負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時平衡效率，CAISO能量不平衡市場（EIM，Energy Imbalance Market）迅速擴張，覆蓋美國西部8個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)負的實時價格，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)域輸電接入費率和其他阻礙相鄰平衡區(qū)域之間交易的費用。遺憾的是，CAISO原來是加利福尼亞州一個州的機構，由加州州政府管理，現(xiàn)在周邊許多個州要加入EIM，其管理機制就不僅僅是加州一個州的問題，最后的共識還沒有達成，阻礙了CAISO將這一模式擴展到日前市場。看到機會的西南電力庫—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)。

計算軟件和硬件的改進帶來的另一個趨勢是在市場軟件中明確地考慮故障后的糾正性措施。以前這種風險是通過預防性的供應預定位、分區(qū)運行備用要求、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)安全管理意外的設備故障或凈負載波動。對此學者們一直認為，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，因為軟件會自動微調(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)度和機組組合。最終，這可能實現(xiàn)機組組合的全面隨機優(yōu)化，不但可以考慮到處理可能故障的方案，而且可以優(yōu)化哪些機組要在線運行，哪些快速啟動機組要保留作為備用。

上述改進已經(jīng)或?qū)@著地節(jié)約系統(tǒng)運行成本，然而并不是各方都對這種使市場軟件變得更加復雜的趨勢感到滿意。一些人抱怨說，價格的驅(qū)動因素不透明或許是導致交易活動減少的原因之一，而向隨機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)出投標來簡化供應報價。然而，與整個行業(yè)，特別是市場運營所面臨的其他迫在眉睫的問題相比，這一討論得到的關注要少得多。

3.第三波浪潮：為需求側、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量、相量測量單元等智能電網(wǎng)有關技術的應用，電力消費模式正在發(fā)生變化，更多客戶參與到電力生產(chǎn)中，推動了第三波電力工業(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營效率，由基礎設施的縱向和橫向分拆以及私有化推動，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，實現(xiàn)更多客戶選擇和能源供應“民主化”的社會運動，以及在能源供應、儲存、計量和控制領域快速發(fā)展的技術創(chuàng)新所推動。主張這些變革的政治力量是基于觀點態(tài)度而不是經(jīng)濟效率來推動改革的，這種思路的變化與原先的市場設計基本原則相悖，其結果是供需環(huán)節(jié)都存在不合理的激勵措施，并且發(fā)生尋租行為，同時建立日益復雜的市場機制，試圖減輕這些激勵措施帶來的技術挑戰(zhàn)和經(jīng)濟扭曲。

比如，凈計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的部分可以以零售價格出售給電力公司。在加州的負荷高峰時段，太平洋天然氣及電氣公司（PG&E）按零售費率E6等級給戶用光伏支付的電費可達每千瓦時45美分，而批發(fā)市場的成本可能只有每千瓦時4美分。較高的零售費率是為了讓用戶公平分攤基礎設施成本，然而在凈計量模式下，高端消費者可以通過安裝屋頂光伏來抵消自己的電費支出，并將他們原本應該承擔的基礎設施成本份額轉(zhuǎn)移到低端消費者身上。凈計量造成的扭曲導致加州、內(nèi)華達州和夏威夷等地的屋頂光伏迅速擴張，雖然它們的成本大約是地面光伏的兩倍。

這種擴張隨后招來了電力公司和其他用戶的“反抗”：內(nèi)華達州和夏威夷州中斷了凈計量政策；加州公用事業(yè)委員會以“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的支付，而且新建屋頂光伏裝置要繳納固定連接費；內(nèi)華達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6美分。以色列公用事業(yè)管理局最近也簽署了一項為期20年的光伏供應合同，每千瓦時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3.3美分。這種可再生能源在當前的電力市場中具備較強的競爭力，特別是在碳稅或價格上限交易政策得到執(zhí)行的情況下，實際上已經(jīng)不需要導致效率低下的額外補貼激勵。

風力發(fā)電是可再生能源的另一個主要來源，如果采用適當?shù)奶级▋r，即使沒有針對性的補貼，仍然可能具有競爭力。遺憾的是，在許多系統(tǒng)中，風電在固定上網(wǎng)電價和政府對系統(tǒng)運營商實施的強制性措施中得到了隱性補貼。這些政策往往受到錯誤的前提支持——可再生能源是“免費的”，而且存在本身就是有價值的，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)濟調(diào)度的復雜性。戰(zhàn)略性地削減可再生能源供應（這在技術上是可行的）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)性補貼，在市場設計中采用了負報價（下降到每MWh負150美元）。減少或停止使用針對可再生能源的補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)濟激勵，風力發(fā)電和太陽能迅速滲透，導致批發(fā)市場幾乎崩潰。批發(fā)價格的暴跌導致了一種“缺錢”現(xiàn)象，激發(fā)了傳統(tǒng)發(fā)電廠的容量補償。此外，可再生能源的富余導致碳價顯著降低，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。

從市場設計的角度來看，可再生能源和分布式能源的迅速滲透帶來了幾個重大挑戰(zhàn)?？稍偕Y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（CPUC，California Public Utility Commission）修改了“資源充裕度（RA，Resource Adequacy）”機制，要求負荷服務實體必須“顯示”其容量至少有三分之一能夠滿足靈活性標準，且這些資源必須具有經(jīng)濟可調(diào)度性，可以在三小時內(nèi)連續(xù)爬坡，而且必須以一個可以讓ISO經(jīng)濟地調(diào)度它們的價格進行報價。

然而，資源充裕度機制用于鼓勵靈活性的效果并非最佳。首先，是否必須是三小時內(nèi)連續(xù)爬坡？不同資源的特性不同，適合的時間長度也有差異，同時，爬坡是否可預測也很重要。其次，如何比較不同資源間的“靈活性”？比如每天只能啟動一次，但有15分鐘能量儲存的燃氣輪機和每月只能調(diào)用幾次的需求側響應，哪個更靈活？

與其制定靈活發(fā)電容量的通用定義，不如重新設計能量市場，獎勵在需要時正好可用的發(fā)電容量，這種發(fā)電容量可以在價格飆升時迅速爬坡，而后在價格暴跌時迅速消失。但是，改變能量市場和輔助服務市場，使其為靈活性提供更適當?shù)幕貓笠膊灰欢ê唵巍Ｄ芰抠Y源的靈活性對于在不同時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行定價，以便為投資和運營提供適當?shù)膬r格信號。這種靈活性可以通過縮短結算間隔、需求側管理、靈活使用輸電資產(chǎn)（例如輸電切換和熱極限的動態(tài)額定值），以及靈活的爬坡產(chǎn)品來調(diào)動。靈活性的價值必須反映在強加給系統(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，使那些暫時不發(fā)電，以便在需要時提供爬坡備用的資源能夠獲得報酬。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產(chǎn)品，用于在每五分鐘間隔內(nèi)進行負荷跟蹤，而靈活性爬坡備用則有助于確保在未來短時間隔內(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會成本——在容量被保留而不是被調(diào)度（其機會成本等于清算價格減去報價）時放棄的利潤——支付報酬。

除了可再生能源的增長外，電力工業(yè)的另一個巨大變化是許多小型分布式能源的擴散。這反映了能源生產(chǎn)多樣化的普遍趨勢，這種擴散在很大程度上是智能電網(wǎng)技術創(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，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增加而導致公司收入銳減的世界中保持可靠供應的能力。

市場設計的其中一個選擇是以ISO為中心，分布式能源通過配電系統(tǒng)運營商和ISO批發(fā)市場的第三方負荷集成商參與到系統(tǒng)中。另一個選擇是，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)運行者，而配電系統(tǒng)運行者通過本地配電系統(tǒng)的市場平臺執(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。參與主體的豐富擴大了傳統(tǒng)ISO的市場范圍，使其適應可再生能源和分布式資源的新世界。

4.結論

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)直到上世紀末都是垂直一體化的壟斷行業(yè)，隨著歷史的演進，該行業(yè)在技術應用和運營機構方面實現(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)帶來了進一步的變化，可再生能源發(fā)電占據(jù)了新產(chǎn)能的主導地位。新的計算和通信技術促進了市場革命，使市場的地理覆蓋范圍不斷擴大，并有效地協(xié)調(diào)了一系列能量、輔助服務和輸電資產(chǎn)的使用。

市場規(guī)模大幅增加的同時，能夠參與市場競爭的個體規(guī)模也變小了許多，以至于家庭級別的技術正在給市場帶來革命性的變化，而電力市場設計卻沒有跟上這些變化，這意味著新技術的經(jīng)濟和環(huán)境效益還沒有充分實現(xiàn)。目前市場設計面臨的挑戰(zhàn)包括：進一步擴大的地理范圍；調(diào)和零售和批發(fā)電價中極不一致的價格信號；對靈活發(fā)電、儲存和需求側資源最佳組合的激勵等等。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；實現(xiàn)這些目標的最佳手段很可能會讓我們感到驚訝。因此，市場必須促成最佳解決方案，而不是創(chuàng)造一個政策制定者眼中帶有偏見的市場。