本周焦点
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长期从事电力工作的专家卡尔·齐切拉曾经称美国电网是“我们建造的最复杂的机器”，而随着IRA驱动的万亿美元的可再生能源投资计划正在高速推进，美国电网的复杂性只会进一步增加。当然，不仅是美国，全球大部分电网都是由复杂的输电线路、受管制的电网运营商和多层的市场组成的复杂网络。
未来丰富、廉价、绿色的清洁能源仍然始于电网。然而，虽然电网是基础设施，但电力市场才是整个整套机制运行的核心，它控制着从发电厂到消费者的每一串复杂电子流。
下周，我们将深入探讨使我们的电网更可靠、更有韧性和更清洁的技术细节（也称为“电网技术”）。但首先，我们将为美国电力市场的运作方式、参与者以及未来电网架构做一个基础普及。
美国电力市场的演变
自1882年爱迪生在珍珠街（Pearl Street）上发出第一束电流以来，电力市场已经发生了重大变化。原先受监管控制的从发电到输配电完整价值链的垄断性公用事业公司，已经逐渐向更具竞争性的批发电力市场转变。发电厂和电力零售商进行交易后，再将电力销售给消费者。
电力市场的去监管化为我们今天所熟知的电网奠定了基础，这也是为什么我们将在本文专注于批发电力市场的原因。
批发电力市场有两个主要功能：
1. 充当电力买卖双方的桥梁。在这个过程中，市场必须确保电力供应可靠、有韧性，并以最好的价格、将尽可能清洁的电力提供给消费者。公用事业公司的优先级大致如下：安全第一、可靠性第二、价格第三，然后是电网清洁程度。
2. 通过价格信号向参与者提供有关改进市场系统设计的决策信息。这通常包括引入激励措施或规定，以提高电网的可靠性，缓解拥堵情况。
电力市场三剑客
在电力市场中有三个核心参与者 - 发电厂、电网运营商和公用事业公司。然而，随着电网灵活性的不断提升，其他参与者也有机会能够开始提供辅助服务。
发电厂：利用化石燃料、可再生能源和核能发电
电网运营商：确保电网可靠，并满足需求
公用事业公司：购买批发电力，并将电力供应给最终用户
辅助服务提供商：调整电力平衡，确保供需均得到满足，并使电网更加灵活（如分布式能源资源）
两个市场
电力市场大致分为提前一天和实时两个市场类别：
提前一天（day-ahead）市场：市场参与者（如公用事业公司）可以在运营日之前一天购买和销售批发电力，并进行初步结算。
实时市场（real-time）：参与者在运营日内购买和销售批发电力。它作为一个平衡市场，在运营日根据实际的供需，与提前一天的供需承诺进行平衡。
这两个市场都通过拍卖过程进行操作，并按发电厂的出价按价格排序，价优者得。拍卖过程如下所示：
发电厂告知运营商（ISOs/RTOs）他们能够以什么价格产生多少电力。这些发电厂的出价按价格排序（A，B，C等）。
电网运营商确定需求，并接受低于市场清算价格的电力产量。被接受的发电厂出价在下图中用绿色标出。
中标的发电厂将以给定的价格发电，而未中标的则出局，如灰色标出。
批发电力市场结构
当然，这个市场结构更为复杂，但是电力市场可以概括为四个主要组成部分：电力本身、输电、容量和辅助服务。
电力
电力当然是这个市场的核心，这也是为什么电力市场与传统市场不同的原因。与金融、零售或其他商品市场不同，电力市场不仅涉及定价机制，还涉及从发电厂到消费者流动的实际电子流。因此，除在抽象或金融意义上平衡供需之外，管理电力本身也至关重要。
输电
电网有各种各样的形状和规模。在英国，有一个覆盖英格兰、苏格兰和威尔士的骨干网。在其他地方，电网跨越国际边界。而在美国大陆，则有三张不同的电网。东部和西部互连电力网由落基山脉分隔，而德克萨斯互连电力网位于德克萨斯州。
在这些电网的每个太阳能模块、天然气和核电厂中，都同步以恰好60赫兹的频率产生能量。这种和谐的设计使得数百万消费者的电力系统始终保持平稳运行。如果失去平衡，要么会发生失控的电流，要么电力供应不足，从而导致大范围停电。
在美国的大部分地区，独立系统运营商（ISOs）和区域输电组织（RTOs）是这个电力交响乐团的指挥者，负责平衡供需。它们占美国电网的三分之二左右，其余由垂直一体化的公用事业公司运营。
来源：FERC
为了确保供应始终完全匹配需求，电网运营商执行三项主要职责：
电网运营：ISO和RTO通过两个关键角色维护电网的可靠性和完整性。作为平衡机构，他们确保有足够的供电来满足需求。作为可靠性协调员，他们管理输电线路的调度和使用。这包括管理计划停电进行维护或由于设备故障或极端天气而发生的非计划停电。
输电规划：越来越多的客户和电厂排队互联，电网运营商需要系统规划未来对电网的升级。尤其是从灶台到汽车的电气化一切的今天，这个问题尤其突出。（下周详细讨论！）
市场运营：电网运营商还控制着竞争性电力市场。他们举行拍卖会来确定价格，并首先调度最高效的发电机，降低成本并减少排放（如上所述）。
这三个能力相互交织存在的两个主要原因是电网的可靠性和价值创造。今天的新输电投资直接影响着电网运营商如何管理未来的能源流动。理解能源行业的决策通常需要追踪资金或电子，这两者都位于批发能源市场的中心位置。
容量
容量市场的存在是为了确保发电供应能够满足预计的电力需求。电网运营商向发电厂商支付费用，以确保它们在指定时间内处于可用状态，无论是否需要。这些协议激励发电厂商维持现有资源并投资新资源，以增加电网容量。
但并非每一度电都是相同的。根据容量认可（capacity accreditation），每种发电类型都有其相应的补偿方式。这种认可取决于发电机在负荷高峰期间对供应的贡献能力。
容量市场机制直接导致了多种新兴技术：
储能：储能在供应高峰期间储存能量，并在后续释放以满足高峰需求。这使得储能资源如电池在容量市场中成为有价值的资源，并有望在未来几年发挥越来越重要的作用。然而，这些资源的调度时间和持续时间（即长时间储能）将影响它们在容量市场中的认可和补偿方式。
分布式能源资源：需求响应或负荷调整资源（LMRs）可以在高峰时段减少需求，并且也可以利用容量市场。例如，当电网超负荷时，工厂关闭生产线以换取成本节约。
辅助服务
辅助服务是电力市场的稳定器，激励新的发电机在紧急情况下保持系统运行。它们是电网的节拍器，当玩家偏离轨道时，通过几个关键功能将其拉回同步状态。
频率调节平衡瞬时供需，以保持电网频率在所需水平（60赫兹）。
旋转和非旋转备用(spinning and non-spinning reserves) 是准备好在出现意外故障或需求激增时在10分钟内向电网提供电力并与之同步的发电机。（同步意味着匹配电网的频率、相角和电压。）
电压支持确保电压保持在系统正常运行所需水平。
所有这些功能有助于维护电网的可靠性和健康，并提供稳定的收入。美国电力研究所（EPRI）估计，2020年美国电力辅助服务市场的总价值约为100亿美元。创新者们已经注意到这个领域并希望获得回报。
大规模储能：电池技术可以提供一系列辅助服务，包括电压支持、频率平衡和拥堵管理。
创新者示例：Invinity利用其钒流电池提供频率调节等辅助服务。
创新者示例：Enel X的需求响应平台帮助企业找到参与辅助服务的方式。
创新者示例：Enbala提供VPP平台，利用分布式能源资源稳定电网。这种聚合有助于提高辅助市场的流动性，并为需求侧参与者提供基于价格的激励。
ISOs/RTOs是电网的指挥者。这些实体在维护电网的物理和金融基础设施方面扮演着多种角色，这是一个保持电力供应的极其复杂的关键角色。他们是所有寻求在电网上进行创新的新进入者的门户。
地理位置很重要。电力市场受地理位置的影响很大，包括可用的资源（如太阳能或风能），公用事业属性（如投资者拥有、市政拥有或合作社拥有）以及市场是否受到监管或解除监管的影响。
市场之间相互依赖。电力市场通过输电线路保持电子流动。容量市场确保未来的电力供应。辅助服务市场维护整体电网稳定性。如果缺少任何一个，电网都是不稳定和无效的，而每个市场也都提供了独特的创新机会。
找准进入电力市场的角度。随着分布式能源（DERs）、虚拟电厂（VPPS）、需求响应和其他提高电网灵活性的技术的作用越来越大，从容量市场和辅助服务中获得收入是参与批发电力市场的一种可行方式。对于创业者来说，这可能意味着建立能够协调DERs以支持频率调节的初创企业。对于投资者来说，这可能意味着寻找并投资于能够改善电网容量并为容量市场做出贡献的项目。
化石电力虽老但仍重要。如今存在的许多市场结构和规定是在电网运营的100多年历程中逐渐演变而来的。与可变发电、长时储能或DERs等新颖解决方案相比，化石燃料等传统资产在影响或适应这些规则方面有更多的经验。
指明方向。批发电力市场的波动性和不确定性可以通过价格信号来评估和指导电网改进的方向。
需求响应：这些平台允许消费者和企业根据电网需求实时调整其用电量。
虚拟电厂（VPPs）：虚拟电厂将太阳能电池、储能电池和电动车等分布式能源资源聚合起来，作为统一的电力资源。
要点总结
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