一、最初的垂直一體化壟斷經營、規模效應與效率最優化

 

美國的電力工業在二十世紀九十年代以前的組織模式普遍為發輸配垂直一體化就地平衡。這既包括由自然擴張與兼并形成、售電量占比最大、大中型規模為主、政府定價、壟斷經營的私人投資者所有公用事業公司(Investor Owned Utility, 簡稱IOU), 也包括規模小、數目以千計的市鎮所屬公用事業單位(Municipal Utility，簡稱Muni)和農村電企合作社(Rural electric cooperative)，還包括聯邦政府擁有的幾家聯邦電力營銷機構(Federal Power Marketing Agency)。起初，由于零售側缺乏競爭，IOU這些私有公司同意受到州立機構監管，他們也被準許擁有獨營的供電區域(exclusive service territory，又稱為franchise)。州立監管機構對公用事業公司在發電設施及配電設施上的投資進行審批，這些審批可以在設施建設前，也可以在投產后公司要通過零售電價回收成本時。一些州甚至制定了詳細的綜合能源規劃(Integrated Resource Planning，簡稱IRP)過程以確定需要新建哪些設施。

 

供電區域擴張讓公用事業企業在發電技術上獲得規模經濟。隨著發電廠規模越來越大，單位生產成本也在逐步下降。隨著發電廠數目的增長和發電技術的多樣化，公用事業電力公司開始利用數學算法來優化自身發電機組的啟停組合，采用經濟調度的辦法來優化這些機組的出力，以最小化實時供電成本(指以燃料為主的可變生產成本，不考慮固定成本分攤)，從而達到短期運行效率最大化。制定綜合資源規劃時，在持續滿足中長期電力電量平衡和可靠性的原則下，依據公用事業單位的零售定價與營利模式，以終端用戶平均電費水平長期期望值最小化為目標來制定系統擴展規劃。如果沒有技術創新和預測誤差，綜合資源規劃再加上競爭性基建招標，也能實現了長期投資的社會效率最大化。此傳統模式下的短期和長期效率最優方案，都是僅僅單個企業控制區內的效率最優。

 

二、備用容量共享、電網互聯、經濟電能交易和電力庫

 

機組大型化，導致自備備用容量非常昂貴。而相鄰的電力公司共享備用容量，就可將高昂的備用成本降下來。電力公司間開始建立聯絡線路，以保障發生緊急事故時能夠提供充足的容量備用;但畢竟事故很少發生，因此電力系統在平時擁有了過剩的輸電容量。這讓電力公司可以利用這些線路來交易電力。大型公用事業電力公司在一些情況下，其邊際發電成本可能高于或低于相鄰企業。有輸電線路容量可用時，電力公司能夠在必要時購買電力以降低成本，或向其他邊際發電成本更高的電力公司出售電力。這在美國被稱為經濟電能交易(economy energy trading)，最初由各家電力公司調度中心負責洽談價格并在聯絡線上執行。這種最原始的電力交易從一開始就是小時級的現貨交易和帶曲線的中長期交易。機組可用性和電價在季節上以及區域上有差異，這讓雙邊交易市場(bilateral trading market)活躍了起來;通過價差套利，參與雙方同時提升了彼此的運行效率。

 

容量共享協議的價值也導致了電力庫(powerpool)的誕生，這也是現如今區域輸電組織(RegionalTransmission Organizations，簡稱RTO)的前身。電力庫是一種多邊協議，參與成員將自身的發電機組或輸電設施的運營權交由統一的系統運營機構進行管理。成員向運營機構提交自身機組的增量成本數據和系統狀態數據。系統運營機構運行的能量管理系統使用機組成本數據，對機組啟停組合和經濟調度進行多方優化，從而提高了整個電力庫區域里的短期運行效率。優化形成的電力交換計劃也是小時級的現貨交易。

 

為了讓公用事業電力公司開始共享其發電資源，1927年賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭互聯(PJM)成立，成為全世界第一家電力庫。1941年至1971期間，美國德州、西南、紐約、新英格蘭這四家電力庫也相繼成立

 

三、 發電側競爭、電網開放與集中式市場

 

美國六七十年代的電力建設大熱潮慣性加上八九十年代負荷增速意外減緩，導致有大量富余產能的公用事業企業從八十年代末開始積極投身批發售電。聯邦能源監管委員會(FERC)也順勢批準不具市場力的賣家可以按市場定價，這可以替代傳統監管模式下的電源投資并規避規劃失誤風險，廣受業界歡迎。

 

同期，《1978年公用事業監管政策法案》(Public Utility Regulatory Policies Act of 1978，簡稱PURPA)建立了一項由美國聯邦能源監管委員會監察、由各州實施的計劃，該計劃旨在鼓勵廢熱發電(利用工業余熱或其他余熱發電)和小型的可再生能源發電(qualifying facility，簡稱QF)。各州行政性地制定對此類發電機組的補償價格，其中，加州、德州以及麻省制定得非常慷慨，使得這些地方的QF產生了容量過剩。QF行業意外快速發展并漸成規模后，聯邦能源監管委員會于1988年出臺法案，準許各州可以通過競拍的方式設置可避免成本電價。對給定的所需容量，各州可以通過競標來確定電價，而不是按照預設電價接收全部容量。該委員會同時提議，并不符合QF標準的獨立發電廠(independent power producer，簡稱IPP)也可參與到可避免成本的競價中來。這樣，發電競爭市場就逐漸活躍起來。

 

在受監管的壟斷模式下，公用事業電力公司擁有輸電線路產權和運營權，沒有向其他機構提供開放輸電線路的義務。這對獨立發電行業的發展造成了很大的阻礙。依據《1992年能源政策法案》(Energy Policy Act of 1992)授權，聯邦能源監管委員會通過其第888號令，強制要求全體輸電企業開放其輸電網供人使用，通過第889號令建立了基于互聯網的開放實時信息系統(Open Access Same-Time Information System，簡稱OASIS)，以公布小時級的可用輸電容量和預留輸電容量，用于服務短期現貨交易和中長期交易的小時級曲線分解執行。

 

在電力行業以雙邊合同或電力庫協議的形式進行電力交易的基礎上，聯邦能源監管委員會推行第888號令與第2000號令，加上各州政府及其電力工業支持，最終帶來了獨立系統運營機構和區域輸電組織這類自愿型機構在上世紀末到本世紀初相繼成立。這些機構的成立和運行，不僅在更大地理范圍內實現了短期運行的經濟效率最大化，還可以通過透明價格信號引導來提升發電側的長期投資效率。

 

每個獨立系統運營機構和區域輸電組織隨后都建立了完整的現貨電能量市場和輔助服務市場，買賣雙方均可以在市場中提交申購和競賣發電。獨立系統運營機構與區域輸電組織利用這種基于競標的市場決定經濟調度，其核心交易撮合的算法原理和單家一體化企業的經濟調度優化算法一致，只是由于地理范圍更大、市場主體眾多導致計算更復雜。

 

四、由美國歷史看《中長期規則》的意義

 

總結美國電力市場的發展歷史，從單家一體化企業經濟調度，到初始的雙邊經濟電能交易和自發形成電力庫，再到政府法令實現發電競爭和輸電網絡開放，直至集中式現貨交易的區域輸電組織，都可以看到經濟啟停調度和日前、日內等小時級電力現貨在優化運行效率中的關鍵角色。

 

中國現有的電力直接交易、跨省跨區交易、合同電量轉讓等中長期交易的開展，都是依附于計劃電量分配執行下的傳統調度方式。此調度方式雖然和中國歷史形成的傳統計劃體制配合默契，卻共同造成了巨大的經濟效率損失(即社會資源浪費)。中長期交易的啟動和開展，讓低變動成本機組多占發電計劃，可在一定程度上減少系統運行上的效率損失。《中長期規則》提出計劃電量分解到月(也鼓勵峰谷平和曲線)、集中競價、合同轉讓、偏差考核、調峰分擔等諸多規范與創新，如果能落實并得到發電計劃放開等機制的配合，也可以再進一步提高系統運行上的經濟效率。

 

但是，這一切努力皆是對現有計劃體制的小步改良。沒有現貨交易、沒有經濟調度，就不可能實現電力系統短期運行的經濟效率最大化。作為主要運行成本的燃料，其價格每天都在變;作為總需求量的負荷，每時每刻都在變。最優的調度運行方式，只能在日前和實時才能分小時、分5分鐘確定。如果調度的優化受到年前、月前安排出的實物電量計劃約束，那就必然存在效率損失和資源浪費。《中長期規則》的各種改良措施，不僅可以實現部分效率改善，還可以讓市場主體做些“熱身運動”，減少從電量交易走向電力交易的觀念沖擊。也就是說，《中長期規則》只是一個過渡性的規則，其落地、執行是為了日后現貨交易、經濟調度啟動和開展。

 

參照美國的歷史和現狀，中國現有電力系統運行的整體經濟效率，與美國現狀差距巨大，可能落后了幾十年。中國的電力體制改革和以現貨為基礎的電力市場建設，任重而道遠，還需一大批有志之士從法律、政策、規則、管理、組織、技術等諸多方面努力，謹此與讀者共勉。