美國電網(wǎng)現(xiàn)狀概況報告

1、美國電網(wǎng)評價體系調(diào)研報告目錄第一章 美國電力工業(yè)概況11.1 電力發(fā)展背景11.1.1 經(jīng)濟發(fā)展情況11.1.2 電力消費情況21.1.3 電源分布概況51.2 電網(wǎng)概況71.2.1 電網(wǎng)現(xiàn)狀71.2.2 電壓等級與規(guī)模91.2.3 跨區(qū)輸電111.3 電力運行機制131.3.1 電力資產(chǎn)擁有者構(gòu)成131.3.2 電網(wǎng)運營機制151.3.3 電力監(jiān)管機制161.4 電力市場發(fā)展19第二章 美國電網(wǎng)技術(shù)性評價212.1 可靠性方面222.1.1 美國電網(wǎng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)層級242.1.2 ERC可靠性標(biāo)準(zhǔn)簡介242.1.3 NERC正在公示的可靠性標(biāo)準(zhǔn)簡介252.1.4 地區(qū)電力可靠性協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)252.

2、1.5 美國獨立電網(wǎng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)26第三章 美國電網(wǎng)經(jīng)濟性評價263.1 資產(chǎn)管理與評價263.1.1 資產(chǎn)數(shù)據(jù)分析決策支持263.1.2 全壽命周期資產(chǎn)管理273.2 業(yè)績評價283.2.1 成本水平（建設(shè)投資成本+日常運維成本）283.2.2 經(jīng)營效益 （分析財務(wù)報表）28第四章 評價美國電網(wǎng)社會性284.1 需求側(cè)響應(yīng)的實施284.2 節(jié)能減排的措施29參考文獻30第一章 美國電力工業(yè)概況1.1 基本情況1.1.1 經(jīng)濟社會概況美國，全稱美利堅合眾國（United States of America），是由華盛頓哥倫比亞特區(qū)、50個州、波多黎各自由邦和關(guān)島等眾多海外領(lǐng)土組成的聯(lián)邦共和立憲制

3、國家，其主體部分位于北美洲中部。美國中央情報局世界概況1989年至1996年初始版美國總面積列明 9,372,610 km²，1997年修正為963萬平方公里（加上五大湖中美國主權(quán)部分和河口、港灣、內(nèi)海等沿海水域面積），人口3.1億，通用英語，是一個移民國家。美國大部分地區(qū)屬于大陸性氣候，南部屬亞熱帶氣候。中北部平原溫差很大，芝加哥1月平均氣溫-3，7月24；墨西哥灣沿岸1月平均氣溫11，7月28。作為全球唯一一個超級大國，美國是一個經(jīng)濟高度發(fā)達(dá)的國家，經(jīng)濟總量位居世界第一。根據(jù)世界銀行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2010年美國國內(nèi)生產(chǎn)總值146578億美元，占全球20%以上；人口約3.1億，人均GD

4、P為4.7萬美元。美國人口占世界的5%，一次能源消費占世界的23%。自20世紀(jì)80年代起，美國逐步進入后工業(yè)化階段，至今已有30年。美國的后工業(yè)化是一個長期過程，突出地表現(xiàn)為第三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。80年代以來，國民經(jīng)濟重心向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的速度明顯加快，制造業(yè)重心逐步向高級技術(shù)工業(yè)轉(zhuǎn)移。根據(jù)在美國商務(wù)部經(jīng)濟分析局劃分，全美可分為八個經(jīng)濟區(qū)域中。其中，新英格蘭、中東部部區(qū)和大湖地區(qū)共同構(gòu)成了美國的制造業(yè)帶，是美國最早實現(xiàn)工業(yè)化的地區(qū)。20世紀(jì)30年代以前，美國大部分的制造業(yè)、商業(yè)活動等都集中在這一地區(qū)，西部和南部則是比較落后的農(nóng)業(yè)區(qū)。二戰(zhàn)后，美國政府采取了一系列平衡區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的措施。西部和南部地區(qū)

5、抓住美國大量軍事工業(yè)轉(zhuǎn)為民用的契機，在聯(lián)邦政府的扶持下迅速發(fā)展了宇航、電子等高科技產(chǎn)業(yè)，形成了加州的“硅谷”，北卡羅來納的“三角研究區(qū)”等著名的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)研究生產(chǎn)基地，并同時帶動了區(qū)域內(nèi)金融、地產(chǎn)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)了區(qū)域經(jīng)濟的繁榮。1965年以來相對落后的美國西部和南部地區(qū)經(jīng)濟得到了快速發(fā)展，并逐漸拉近了與東北部發(fā)達(dá)地區(qū)的距離。以大湖地區(qū)和西南地區(qū)為例，西南地區(qū)GDP總量從60年代不足大湖地區(qū)總量的1/3已經(jīng)增長到86%。1.1.2 電力消費情況 （1） 電力消費總量與結(jié)構(gòu)2009年，美國凈發(fā)電量39500億千瓦時，凈用電量37240億千瓦時。2010年，初步核定的凈發(fā)電量為4120

6、0億千瓦時，凈用電量38840億千瓦時。隨著經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，美國用電結(jié)構(gòu)變化較大。工業(yè)用電比重不斷下降，商業(yè)和居民生活用電比重上升，見下表。（2）人均電力消費美國的人均GDP水平居世界前列，人均電力消費也達(dá)到了相當(dāng)高的水平，在80年代末人均用電量已經(jīng)超過1萬千瓦時。我國當(dāng)前人均電力消費3132千瓦時，僅相當(dāng)于美國50年代水平。從時間上看，美國人均用電從3000-5000千瓦時，花了10年時間（1956-1965年）；從人均5000-8000千瓦時，花了9年時間（1966-1974年）；從人均8000-10000千瓦時，花了12年時間（1975-1986年）。從各區(qū)域來看，美國人均電力消費存在很

7、大差距。人均用電量最少的三個區(qū)域分別是新英格蘭、中東部和西部地區(qū)，均在10000千瓦時/人以下，這三個區(qū)域也是平均電價水平最高的地區(qū)。人均用電量最高的是東南部地區(qū)，超過15000千瓦時/人，由于這一地區(qū)是美國人口最聚集的區(qū)域，因此拉高了美國的整體人均用電量。（3） 電力消費彈性從電力消費彈性系數(shù)的變化看，在上世紀(jì)70年代以前，美國的電力彈性系數(shù)遠(yuǎn)大于1，其中50-60年代高達(dá)2.38。盡管這一時期美國已經(jīng)實現(xiàn)了第三產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占優(yōu)勢地位，第三產(chǎn)業(yè)占比57.6%，第二產(chǎn)業(yè)占比35.6%，但建筑、汽車、石油、鋼鐵等高耗能工業(yè)快速發(fā)展拉動了電力消費的快速增長。直到80年代，美國電力消費彈性系數(shù)才

8、低于1，為0.95，此時美國國民經(jīng)濟重心向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的速度明顯加快，進入后工業(yè)化時期。90年代以后，由于制造業(yè)繼續(xù)向海外轉(zhuǎn)移，工業(yè)用電比重不斷下降，2000-2009年電力彈性系數(shù)只有0.29。電力彈性系數(shù)的下降一方面是由于美國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，附加值較高的第三產(chǎn)業(yè)比重不斷增加；另一方面，美國的電氣化水平已經(jīng)很高，生產(chǎn)生活中電器已經(jīng)大量普及，隨著技術(shù)的進步，高耗能、高耗電產(chǎn)品逐漸退出市場，更減緩了電力消費的增長。1.1.3 發(fā)電情況2009年，美國發(fā)電裝機容量10.276億千瓦，人均發(fā)電裝機容量3.3千瓦。自1950年以來，美國裝機容量增速逐步增長，近年來維持在1%年增長左右。自2003年

9、以來，美國人均發(fā)電裝機容量始終保持在3.3千瓦左右。隨著美國發(fā)電裝機容量增長，火電裝機持續(xù)增長。其中煤電裝機規(guī)模自1989年以來保持平穩(wěn)，在3億千瓦左右；油電裝機規(guī)模有所下降，目前不足0.6億千瓦；天然氣發(fā)電裝機規(guī)模在2002年前后出現(xiàn)大幅攀升，目前超過4億千瓦。2010年美國裝機結(jié)構(gòu)見下圖，可見，天燃?xì)庋b機容量比例達(dá)37.24%，已經(jīng)超越煤電。美國電源裝機結(jié)構(gòu)分布比例美國的電源分布與其人口分布格局相似，在東部、五大湖區(qū)、西南和西部沿海人口稠密地區(qū)，電源分布相對密集，體現(xiàn)出了“就地平衡”的布局特點。由于各區(qū)域能源資源稟賦和資源價格不同，造成了電源結(jié)構(gòu)的差異。美國是最早發(fā)展分布式發(fā)電的國家之一，

10、在1978 年頒布公共事業(yè)管理政策法后，正式開始推廣建設(shè)分布式能源系統(tǒng)。美國的分布式能源在2004年的裝機為957萬千瓦，到2007年已經(jīng)增長超過1倍，達(dá)到2099萬千瓦，占全國總裝機容量的2.11%。由于天然氣價格上漲，美國工業(yè)用大容量天然氣分布式能源機組（容量為2萬千瓦以上）被限制發(fā)展，商業(yè)、社區(qū)和居民用的天然氣分布式能源成為發(fā)展重點。美國政府計劃到2020年，有一半以上的新建辦公或商用建筑采用分布式熱電冷三聯(lián)產(chǎn)；同時15的現(xiàn)有建筑改用熱電冷三聯(lián)產(chǎn)。在美國，分布式發(fā)電站被定義為從幾千瓦到3萬千瓦之間的發(fā)電裝置。大于2萬千瓦的分布式發(fā)電站通常在當(dāng)?shù)匕惭b，利用燃?xì)廨啓C的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，同時供電供

11、熱。2萬千瓦或更大的電站經(jīng)常與電網(wǎng)連接，并與現(xiàn)行的電力系統(tǒng)和本地電網(wǎng)同步運行。目前，美國的分布式發(fā)電裝置以天然氣利用為主，風(fēng)電正從分散式發(fā)展向集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送過渡?，F(xiàn)有120 多個風(fēng)電管理機構(gòu)相互間配合來平衡不同地區(qū)的風(fēng)電發(fā)展、輸送、運行等問題。為此，美國鼓勵風(fēng)電場在地理分布上更為分散，期望能夠借助更大的電網(wǎng)規(guī)模獲得更多的其他發(fā)電資源，以平滑風(fēng)電出力不穩(wěn)定問題。1.2 電網(wǎng)概況1.2.1 電網(wǎng)現(xiàn)狀美國電網(wǎng)在早期是由私有和公有公司根據(jù)各自的負(fù)荷和電源條件組成的一個個孤立電網(wǎng)。隨后在互利原則的基礎(chǔ)上通過雙邊或多邊協(xié)議、或聯(lián)合經(jīng)營等方式相互聯(lián)網(wǎng)，同步運行，逐步形成了目前美國的三大聯(lián)合電網(wǎng)，即東部

12、、西部和得克薩斯聯(lián)合電網(wǎng)，3個區(qū)域電網(wǎng)主要通過直流背靠背聯(lián)系，運行頻率均為60HZ。東部電網(wǎng)和西部電分別與加拿大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，西部的加利福利亞電網(wǎng)和南部得克薩斯電網(wǎng)與墨西哥電網(wǎng)連接。如下圖所示。東西部電網(wǎng)以洛基山脈為界。西部電網(wǎng)包括亞利桑那州、新墨西哥州、加利福尼亞州、科羅拉多州、愛達(dá)荷州、蒙大拿州、內(nèi)華達(dá)州、俄勒岡州、猶他州、華盛頓州、懷俄明州和加拿大的阿爾伯特省和不列顛哥倫比亞省。西部電網(wǎng)從加拿大西部經(jīng)美國西部延伸到墨西哥的下加利福尼亞州，電網(wǎng)供電區(qū)域較廣，除了城市電網(wǎng)，其他區(qū)域電網(wǎng)比較松散，運行方面的最大挑戰(zhàn)是長距離輸電下的如何保持電網(wǎng)的穩(wěn)定。西部電網(wǎng)2007年，西部電網(wǎng)230kV以上線

13、路9.5萬公里，覆蓋美國6150萬人口，年消費電量5852億千瓦時。東部電網(wǎng)覆蓋美國東北大部，除東部各州及阿拉斯加州和夏威夷的其他州外，還包括加拿大的薩斯喀徹溫省、明尼托巴省、安大略省和魁北克省，是美國規(guī)模最大而且聯(lián)系最緊密的電網(wǎng)，運行方面的最大挑戰(zhàn)是線路的功率越限。東部電網(wǎng)通過6條直流聯(lián)絡(luò)線與西部電網(wǎng)相聯(lián)，通過2條直流聯(lián)絡(luò)線與德州電網(wǎng)相聯(lián)，通過四條聯(lián)絡(luò)線和一套變頻變壓器與魁北克電網(wǎng)相連。2007年，東部電網(wǎng)230千伏以上線路15.5萬公里，覆蓋美國21595萬人口，年消費電量29410億千瓦時。德州電網(wǎng)覆蓋德州大部，電網(wǎng)頻率為60赫茲。德州電網(wǎng)與西部電網(wǎng)通過直流背靠背工程聯(lián)網(wǎng)；與東部電網(wǎng)通過

14、兩條直流聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)；與墨西哥電網(wǎng)（非北美聯(lián)合電網(wǎng)）通過一條直流線路和一套變頻變壓器互聯(lián)。2007年，德州電網(wǎng)230千伏以上線路1.4萬公里，覆蓋2384萬人口，年消費電量約2750億千瓦時。加拿大魁北克電網(wǎng)覆蓋魁北克大部，與東部電網(wǎng)通過四條直流聯(lián)絡(luò)線和一套變頻變壓器互聯(lián)。目前魁北克電網(wǎng)通過直流線路、直流背靠背站和765kV超高壓線路向美國境內(nèi)的新英格蘭控制區(qū)和紐約控制區(qū)輸電。1.2.2 電壓等級與規(guī)模20世紀(jì)50年代到70年代，美國經(jīng)濟快速發(fā)展，電力消費年均增速達(dá)到8.6%。用電量和用電負(fù)荷的快速增長，帶動發(fā)電機制造技術(shù)向大型、特大型機組發(fā)展，在此基礎(chǔ)上建立的大容量和特大容量電廠，由于供電范圍

15、擴大，越來越向遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的一次能源地區(qū)發(fā)展。大容量、遠(yuǎn)距離輸電的需求，使電網(wǎng)電壓等級迅速向超高壓345、500、765kV發(fā)展。1908年，美國建成第一條110kV輸電線路；經(jīng)過15年，于1923年建成投運第一條230kV線路；1954年，美國建成第一條345 kV線路；1964年，建成第一條500kV線路；1969年，建成765 kV線路。由于美國電網(wǎng)情況較復(fù)雜，又以私營為主，因而電壓等級從 110 kV 到 765 kV 多達(dá) 8 級。交流輸電最高電壓為 765 kV。美國在超高壓輸電方面，主要發(fā)展345，500kV和765kV電壓等級的輸電線路。 美國的配電電壓與輸電電壓一樣趨向高壓化

16、。代替以往的4kV 系統(tǒng)，現(xiàn)在以12 kV和13 kV系統(tǒng)為主體，另外還有采用33kV、34.5 kV和69kV電壓等級的。家用配電方式一般采用一相三線的120/240 V供電方式。1995年以來，美國主要輸電區(qū)域的230千伏及以上電網(wǎng)規(guī)?；咎幱诜€(wěn)定狀態(tài)。從1995年24.15萬公里增加到2007年的26.38萬公里，增長9，年均增長0.74。美國230千伏及以上輸電線路結(jié)構(gòu)，見下表。美國電網(wǎng)主要聯(lián)絡(luò)線以345kV和500kV電壓等級為主，2007年美國電網(wǎng)最大負(fù)荷7.8億千瓦。1990年以來最大負(fù)荷變化見下圖。1990年，電網(wǎng)最大負(fù)荷5.5億千瓦，2000-2004年維持在7億千瓦左右，2

17、005年以后超過7.5億千瓦。 美國1990年以來年負(fù)荷率處于56%-62%區(qū)間。不同年份之間有所波動，2006年年負(fù)荷率56.6%。根據(jù)EIA公布數(shù)據(jù)計算，美國2009年負(fù)荷率約為56.2%。由于負(fù)荷需求波動性較大，調(diào)峰發(fā)電能力要求較高。美國線路平均輸電能力目前暫無數(shù)據(jù)。以太平洋聯(lián)絡(luò)線為例，原雙回線全長1520公里，中間分九段，初期輸送能力為180萬千瓦（單回線為90萬千瓦）。為提高輸送能力，在全線各線段采用串補（串補度70），建設(shè)了與此并聯(lián)的400千伏直流聯(lián)絡(luò)線，并利用直流調(diào)制提高交流線路輸送能力，以及采用電氣制動措施，最終使這雙回500千伏聯(lián)絡(luò)線的輸送能力提高到280萬千瓦（單回線為14

18、0萬千瓦）。1.2.3 跨區(qū)輸電美國由于能源資源分布較為均衡，因此區(qū)域間電力輸送規(guī)模較小，電力生產(chǎn)保持就地平衡。見下表。其中，八大經(jīng)濟區(qū)域基本保持區(qū)域內(nèi)部電力生產(chǎn)與消費平衡，西南地區(qū)和落基山區(qū)有少量電力流向西部地區(qū)，主要是加利福尼亞州。美國各州用電基本自平衡，發(fā)電比較多的州同時也是用電比較多的州。下表中顯示了美國發(fā)電量前十位的州，這十個州的發(fā)電量占全美發(fā)電量的46.3%。相應(yīng)的，這十個州的零售電量占全美國零售電量的46.1%，發(fā)電量與售電量分布基本一致。2010年，美國跨區(qū)交易電量不足1%。這主要是由于美國資源分布相對均衡，電源裝機比較均勻。同時負(fù)荷相對集中、密度較大，也有助于就地平衡。但由于

19、美國不同區(qū)域之間電力價格存在較大差異，近年來形成了一個自北向南的電力流向。由于西北地區(qū)和加拿大魁北克地區(qū)的水電價格很低，造成了電力從西北流向加利福尼亞、從加拿大東部流向美國東北部。同時，美國中部煤電西送的規(guī)模也日益擴大。2009年加利福尼亞輸入600億千瓦時電力主要來自于落基山區(qū)，其中約50%來自于懷俄明州。美國目前計劃建立1300公里的高壓輸電線路，使懷俄明州和其他落基山區(qū)州外送到加利福尼亞的輸電規(guī)模達(dá)到1200萬千瓦。加利福尼亞是美國最大的電力輸入?yún)^(qū)域，電力來源于西北和西南地區(qū)，占加州供電總量的四分之一。此外，中西部地區(qū)通常對大西洋中部（Mid-Atlantic）地區(qū)有一個用電高峰時期的低

20、成本煤電流入，但非高峰時期，芝加哥及周邊核電的反向流入，已經(jīng)抵消并逆轉(zhuǎn)了這一電力流。整體上，美國目前跨區(qū)電力交易量較小。但隨著每年超過千萬千瓦的新增風(fēng)電裝機增長，美國需要將西部的風(fēng)力資源長距離輸送到人口密集的東部地區(qū)，大規(guī)模的輸電線路和電力流向正在規(guī)劃中。1.3 行業(yè)環(huán)境1.3.1 電力資產(chǎn)擁有者構(gòu)成美國電力系統(tǒng)是世界上最零散的電力系統(tǒng)，全美共有有3100家電力公司，有多種所有制，包含了私營電力公司、地方州/市公營電力部門、農(nóng)電合作社、聯(lián)邦政府經(jīng)營的電力部門、私人發(fā)電公司等。這些公司的組成形式多樣，既有發(fā)輸配售一體的，也有分別從事單一或幾項業(yè)務(wù)的公司。盡管絕大多數(shù)電力資產(chǎn)由投資者擁有，但在電力

21、市場運行的地區(qū)，輸電網(wǎng)公司擁有電網(wǎng)，區(qū)域輸電組織（RTO）或獨立系統(tǒng)運行機構(gòu)（ISO）負(fù)責(zé)電網(wǎng)調(diào)度運行、市場運行以及電網(wǎng)規(guī)劃，同時受到聯(lián)邦、州和當(dāng)?shù)卣谋O(jiān)管。 下圖是美國電力系統(tǒng)擁有者構(gòu)成圖，其中7%（213個）投資者擁有的電力公司 (IOU)給73%的用戶供電；63%（2000個）公有的電力公司 (POU) 給15%的用戶供電,其中3個由聯(lián)邦擁有：TVA （Tennessee Valley Authority），BPA （Bonneville Power Authority）， WAPA （Western Area Power Authority）；30%（930個）合作擁有的電力公司 (

22、Co-Ops)（主要在農(nóng)村地區(qū)）給12%的用戶供電。1.3.2 電網(wǎng)運營框架美國電網(wǎng)由很多不同的公司和組織，采用多種不同的方式運營。但它們都必須在聯(lián)邦能源管理委員會（Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC）1996年通過的Order 888，和2007修正的Order 890的電網(wǎng)開放接入機制下運營。從電網(wǎng)運營管理層級來看，美國電網(wǎng)運營管理可分為四個層級，分別如下：第一級是北美電力可靠性協(xié)會（North American Energy Reliability Council，NERC）協(xié)調(diào)全美電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)運行，NERC受美國聯(lián)邦能源管理委員會（FERC

23、）和加拿大政府監(jiān)督機構(gòu)的監(jiān)督，包括制定和強制實施可靠性標(biāo)準(zhǔn)、進行可靠性年度評估和季節(jié)性預(yù)測、監(jiān)測北美聯(lián)合電網(wǎng)的運行等。第二級是8個區(qū)域電力可靠性協(xié)會：TRE（得克薩斯電力可靠性協(xié)會，原ERCOT），F(xiàn)RCC（佛羅里達(dá)可靠性協(xié)調(diào)協(xié)會），MRO（中西部可靠性協(xié)調(diào)組織），NPCC（東北區(qū)電力協(xié)調(diào)協(xié)會），RFC（第一可靠性合作組織），SERC（東南區(qū)電力可靠性協(xié)會），SPP（西南聯(lián)合電力系統(tǒng)），WECC（西部電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)協(xié)會），負(fù)責(zé)各自區(qū)域內(nèi)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)以及監(jiān)控所屬區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)可靠性。第三級是地區(qū)獨立電網(wǎng)運營組織(Independent System Operator ，ISO）或區(qū)域輸電組織（reg

24、ional transmission organization，RTO)，負(fù)責(zé)本地區(qū)的可靠性、經(jīng)濟性評估，并審批其監(jiān)管的電力公司的建設(shè)計劃。第四級是地區(qū)電力公司，主要上報電網(wǎng)建設(shè)計劃供大區(qū)可靠性監(jiān)管機構(gòu)審批，并開展電網(wǎng)建設(shè)工作。各層級機構(gòu)及所承擔(dān)責(zé)任如下圖所示。目前，大多數(shù)的投資者擁有的和公共擁有的電力公司只擁有電網(wǎng)，而運營由跨區(qū)域RTO/ISO公司負(fù)責(zé)。只有少部分投資者擁有的和公共擁有的電力公司既擁有電網(wǎng)，也運營電網(wǎng)。 在日常調(diào)度中，美國沒有全國性的電力調(diào)度機構(gòu)，全國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題由北美電力可靠性協(xié)會（NERC）統(tǒng)一協(xié)調(diào)。據(jù)NERC統(tǒng)計,全美電網(wǎng)共有約140個控制中心進行輸配電的管理。1

25、.3.3 電力監(jiān)管機制美國在聯(lián)邦和州分別設(shè)置了電力管制機構(gòu)，在聯(lián)邦一級成立了聯(lián)邦能源管制委員會，是隸屬于美國能源部的一個獨立機構(gòu)。美國各州還成立了公用事業(yè)監(jiān)管機構(gòu)，負(fù)責(zé)各州的電力監(jiān)管，各州的電力監(jiān)管機構(gòu)具有很大的自主性。美國進行電力監(jiān)管最主要的權(quán)力和手段是市場準(zhǔn)入監(jiān)管和價格監(jiān)管。在美國聯(lián)邦和各州的電力及能源法中，對電力市場的準(zhǔn)入作了詳細(xì)規(guī)定：除非得到監(jiān)管機構(gòu)的許可，任何個人或機構(gòu)都不得建設(shè)新的電站或擴建老電站，不得新建、擴建、改造電網(wǎng)項目，或者中止現(xiàn)有電網(wǎng)的運行。調(diào)度交易機構(gòu)的設(shè)立和收費標(biāo)準(zhǔn)，電力企業(yè)的兼并、重組和證券發(fā)行，發(fā)電廠與公用電力公司簽訂的長期購電合同，從事相關(guān)電力交易的資格等，都要

26、得到監(jiān)管機構(gòu)的審查批準(zhǔn)。核定電價是聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會和各州公用事業(yè)監(jiān)管委員會管理公共電力公司的另一個主要手段。凡是跨州的輸電業(yè)務(wù)和電力批發(fā)業(yè)務(wù)，其電價核定由聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會負(fù)責(zé)，凡是提供配電及州內(nèi)電力零售業(yè)務(wù)，其電價核定由各州公用事業(yè)監(jiān)管委員會負(fù)責(zé)。聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會和各州公用事業(yè)監(jiān)管委員會對電力市場的監(jiān)管主要是通過受理業(yè)務(wù)申請和處理舉報投訴兩種形式實現(xiàn)的。委員會擁有強大的執(zhí)法隊伍和行政處罰權(quán)力。根據(jù) 2005 年新頒布的能源政策法，聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會可以對每件市場違規(guī)案件處以每天 100 萬美元的罰款，對惡意操縱市場的企業(yè)負(fù)責(zé)人處以 5 年的監(jiān)禁。以俄亥俄州為例，美國的電力聯(lián)邦監(jiān)管機制和州

27、監(jiān)管體系如下圖所示。1.4 電力市場發(fā)展歷程美國電力市場的發(fā)展，以1978年為分水嶺。之前，為傳統(tǒng)電力管制架構(gòu)，是發(fā)輸配售一體的。1978年之后，聯(lián)邦政府陸續(xù)通過修法和立法，解除法令設(shè)限造成的市場進入障礙，采用多項市場促進和激化措施。美國電力市場的發(fā)展是循著“開放發(fā)電競爭，開放輸電使用”這兩大主線進行的。在初始階段，由各州獨立進行各自電力市場設(shè)計和建設(shè)，從而造成其各地市場模式各不相同，市場之間無法有效配合，市場經(jīng)驗無法互相交流，導(dǎo)致每個電力市場的重復(fù)研究和研究水平受限，造成資源浪費，并且部分地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的電力危機。與其他國家的電力市場相比，美國電力市場的顯著特點是發(fā)電權(quán)和輸電網(wǎng)所有權(quán)的分散化。

28、美國最大的發(fā)電商控制的裝機不到4%，前20家全美最大的發(fā)電公司也總共只擁有45%左右的發(fā)電裝機；在其他國家，輸電網(wǎng)通常被有限的幾家公司所控制，但美國電網(wǎng)公司的數(shù)量超過500 家。發(fā)電所有權(quán)的分散化促進了美國電力市場的競爭性，但輸電所有權(quán)的過于分散增加了電網(wǎng)規(guī)劃、運營、投資、成本分配等的難度。在此背景下，美國聯(lián)邦能源管制委員會(FERC)總結(jié)了現(xiàn)有電力市場發(fā)展和運行經(jīng)驗，于2002年7月發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)電力市場設(shè)計(Standard Market Design，SMD)法案，旨在為美國各州提供相對標(biāo)準(zhǔn)化的市場規(guī)則，指導(dǎo)美國電力市場的建設(shè)和發(fā)展，確保電力市場的競爭力和高效性，并維持市場條件下電力系統(tǒng)的穩(wěn)

29、定運行，激勵投資。該機制的主要設(shè)計思想如下：(1)輸電服務(wù)必須由獨立輸電服務(wù)商（Independent Transmission Provider, ITP）提供。ITP是一個擁有、控制或者管理輸電設(shè)備的公共事業(yè)公司，它為市場成員提供輸電服務(wù)，負(fù)責(zé)組織、管理電量市場和輔助服務(wù)市場的交易，并對雙邊交易進行安全校核。同時，ITP還要履行市場監(jiān)管、減小市場力、評估系統(tǒng)內(nèi)電力資源的長期充裕度(Longterm Resource Adequacy)、區(qū)域輸電網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和建設(shè)。（2）ITP要為每個輸電服務(wù)用戶提供平等、標(biāo)準(zhǔn)的輸電服務(wù)。這種新的輸電服務(wù)形式被稱為網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)(Network Access S

30、ervice)，網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)允許符合條件的供電組織(Load-Serving Entity，LSE)與系統(tǒng)中的任何一個發(fā)電商進行交易，或者從鄰近的系統(tǒng)中購買電能。ITP需要根據(jù)用戶的要求，安排所需的輸電及相關(guān)服務(wù)。發(fā)電商和場商(Marketer)可以利用這種服務(wù)進行電能的轉(zhuǎn)售，類似于點對點輸電服務(wù)，在不同樞紐點之間(hub-to-hub)進行電能交易。在提供以上的所有輸電服務(wù)時，都必須考慮網(wǎng)絡(luò)和機組安全約束。（3）ITP根據(jù)日前(Day-ahead)市場、實時市場以及雙邊交易計劃，在日前市場中制定輸電服務(wù)計劃，并在實時市場對輸電服務(wù)進行適當(dāng)調(diào)整。輸電服務(wù)計劃與電量交易計劃同時制定。在制定計劃時

31、，需要考慮輸電服務(wù)用戶是否持有輸電權(quán)，輸電服務(wù)用戶是否愿意支付阻塞費用等因素。如果用戶的實時交易與日前市場的計劃不同，用戶有責(zé)任根據(jù)實時市場的交易結(jié)果，支付實時調(diào)整的費用。 由上述概況可知，美國的國土面積及電力需求總量與我國近似，未來也將有大規(guī)?？稍偕茉唇尤爰斑h(yuǎn)距離送電需求。因此選擇美國作為“世界一流電網(wǎng)”標(biāo)桿，將有助于提升對我國電網(wǎng)整體發(fā)展方向的宏觀認(rèn)識。第二章 美國電網(wǎng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)與評價 目前，美國對電力行業(yè)實行聯(lián)邦和州兩級監(jiān)管體制。在聯(lián)邦一級負(fù)責(zé)電力可靠性監(jiān)管的機構(gòu)主要是聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（簡稱FERC），各州負(fù)責(zé)電力監(jiān)管的機構(gòu)主要是州公用事業(yè)監(jiān)管委員會（簡稱PUC）。發(fā)輸和配電環(huán)節(jié)可靠

32、性實行分開管理。 發(fā)輸電系統(tǒng)，由北美電力可靠性公司（NERC）負(fù)責(zé)可靠性管理。該公司主要負(fù)責(zé)制定發(fā)輸電系統(tǒng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)，并監(jiān)督相關(guān)企業(yè)執(zhí)行，還負(fù)責(zé)發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估工作。NERC每年夏季和冬季分別發(fā)布可靠性評估報告，并每年發(fā)布一份未來10年的可靠性評估報告，報告針對負(fù)荷預(yù)測和電網(wǎng)規(guī)劃提出可靠性提升措施。    而美國配電系統(tǒng)可靠性，主要由各州的公共事業(yè)委員會負(fù)責(zé)。各州的PUC相對獨立，可靠性管理模式也不完全相同，各自負(fù)責(zé)統(tǒng)計所轄區(qū)域內(nèi)的可靠性數(shù)據(jù)，并制定相應(yīng)措施以提高轄區(qū)內(nèi)的配電網(wǎng)可靠性水平。2.1 美國電網(wǎng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)層級美國電網(wǎng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)從上到下可以

33、分為四層，分別是：NERC標(biāo)準(zhǔn)、可靠性區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)、ISO標(biāo)準(zhǔn)、PTO數(shù)據(jù)需求。其中，NERC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對于覆蓋美國、加拿大和部分墨西哥地區(qū)的電網(wǎng)可靠性的要求，屬于國家性質(zhì)的強制性要求；可靠性區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)主要由區(qū)域電力可靠性協(xié)會制定，是對NERC標(biāo)準(zhǔn)的進一步細(xì)化，增加了對于區(qū)域電網(wǎng)的特點和要求；ISO標(biāo)準(zhǔn)主要由各ISO或RTO機構(gòu)制定，此類標(biāo)準(zhǔn)是對上一級標(biāo)準(zhǔn)的進一步細(xì)化,也有的ISO未制定明確標(biāo)準(zhǔn)，僅執(zhí)行上級標(biāo)準(zhǔn)；PTO需求是由具體的電力公司結(jié)合自身業(yè)務(wù)提出的規(guī)劃需求，須滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)。2.2 NERC可靠性標(biāo)準(zhǔn)簡介NERC可靠性標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)細(xì)化為14個分類標(biāo)準(zhǔn)，如下表所示。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，最核心的內(nèi)容是輸

34、電規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)（TPL）中的附表，“NERC輸電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)-正常和事故條件”（Table 1,Transmission System Standards Normal and Emergency Conditions)。2.3 NERC正在公示的可靠性標(biāo)準(zhǔn)簡介當(dāng)前，NERC正在其網(wǎng)站上公示最新的可靠性標(biāo)準(zhǔn)TPL-001-2Transmission System Planning Performance Requirements，計劃替代當(dāng)前的可靠性標(biāo)準(zhǔn)，相較現(xiàn)有的可靠性事故要求表，該標(biāo)準(zhǔn)對系統(tǒng)可靠性要求有所提高，并且更加詳細(xì)具體。2.4 可靠性區(qū)域標(biāo)準(zhǔn) 美國各地區(qū)根據(jù)自身情況也提出了各自的可靠性指標(biāo)

35、。各州主要使用的指標(biāo)包括用戶平均停電時間(SAIDI)、用戶平均停電次數(shù)(SAIFI)、停電用戶平均停電時間(CAIDI)等。在美國，這些主要指標(biāo)被分為不含重大事件影響的指標(biāo)和包含重大事件影響的指標(biāo)這兩大口徑進行公布。 在很多情況下，州與州之間所使用的電力可靠性指標(biāo)都不相同，對于同一指標(biāo)，其具體定義的量化區(qū)間也有所不同。 主要可靠性指標(biāo)在美國各州的使用情況如下圖所示。 對“重大事件”的定義不同如下圖所示。 對“持續(xù)斷電”的定義不同如下圖所示。 美國電力公司與機構(gòu)較早地將標(biāo)桿管理的理念引入供電可靠性領(lǐng)域，形成了一套比較完備的可靠性標(biāo)桿管理體系。目前，美國大部分州的PUC都采用美國電氣與電子工程師

36、學(xué)會IEEE公布的標(biāo)準(zhǔn)對其配電系統(tǒng)的可靠性進行分析，并通過電氣工程協(xié)會配電網(wǎng)可靠性工作組組織的標(biāo)桿管理與其他電力公司進行對標(biāo)，找出短板，以此進行改進。第三章 需求側(cè)響應(yīng)的實施情況需求側(cè)響應(yīng)（Demand-Side Response,DR）的概念是美國在進行了電力市場化改革以后，針對需求側(cè)管理如何在競爭市場中充分發(fā)揮作用，以維持電力系統(tǒng)可靠性和提高市場運行效率而提出的。從用戶的響應(yīng)動機的角度，需求側(cè)響應(yīng)項目可劃分為以下兩類：基于價格的需求側(cè)響應(yīng)(Price-based Demand-Side Response) 和基于激勵的需求側(cè)響應(yīng)(Incentive-based Demand-Side Re

37、sponse)。圖3-1是美國需求側(cè)響應(yīng)的信息流圖。圖3-1 電力批發(fā)市場的需求側(cè)響應(yīng)信息流作為2005年能源法案的一部分，美國國會要求聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會對全美的DR資源和先進測量情況進行全國性的評估。為了完成評估任務(wù)，聯(lián)邦能源監(jiān)管委在2006年和2008年面向全美50個州電力行業(yè)各個領(lǐng)域總共約3300家企業(yè)、機構(gòu)進行了深入調(diào)查。調(diào)查顯示，提供DR項目的機構(gòu)在2006-2008年從126家增長到了274家，增長了117%，在電力零售商提供動態(tài)電價機制的機構(gòu)也增加了約10%，DR資源能夠帶來的潛在削峰量占全國峰荷量的比例，由2006年的5.0%上升到2008年的5.8%。 盡管調(diào)查顯示有更多的機

38、構(gòu)提供基于價格的DR項目，但是目前基于實時價格的DR資源在總DR資源中的比例卻比較小。在2008年，通過基于激勵的DR項目參與需求側(cè)管理的用戶，最多能夠提供38000MW的削峰量，而通過基于價格的DR項目參與需求側(cè)管理的用戶，只能夠提供2700MW，即有93%的DR資源是通過各種不同基于激勵的DR項目來提供的。第四章 美國電網(wǎng)資產(chǎn)管理與電網(wǎng)建設(shè)研究4.1 資產(chǎn)管理與評價4.1.1 資產(chǎn)數(shù)據(jù)分析決策支持美國的電網(wǎng)設(shè)施陳舊老化問題突出，停電事故頻發(fā)，安全隱患問題備受關(guān)注，客戶對可靠性的要求卻日益提高。美國政府還希望通過智能電網(wǎng)拉動經(jīng)濟，推動技術(shù)創(chuàng)新，同時占領(lǐng)技術(shù)制高點。因此，美國政府重視對現(xiàn)有電網(wǎng)

39、基礎(chǔ)設(shè)施的改造，加強電網(wǎng)互聯(lián)，提升電網(wǎng)智能化水平，提高電網(wǎng)運行的安全性和可靠性。雖然輸配電基礎(chǔ)設(shè)施亟待升級已無可爭議，但是資本密集型的升級改造項目給電網(wǎng)企業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。許多電網(wǎng)企業(yè)面臨嚴(yán)重的財務(wù)壓力，很難籌措到足夠資金來購買新的輸配電設(shè)備，從而導(dǎo)致現(xiàn)有資產(chǎn)的持續(xù)運轉(zhuǎn)和日常維護困難重重。過去十年中，美國的電網(wǎng)企業(yè)在推進智能電網(wǎng)的進程中大力加強資產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和決策支持，推動了電網(wǎng)的健康運行和可靠收益。4.1.2 全壽命周期資產(chǎn)管理1996年國際電工委員會（IEC）發(fā)布了國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC60300-3-3），并于2004年7月又發(fā)布了修訂版。1999年6月美國總統(tǒng)克林頓簽署了政府命令，各州政府所

40、需的裝備及工程項目，要求必須有LCC報告，沒有LCC估算、評價，一律不準(zhǔn)簽約。此外，國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）也在2004年提出要用全壽命周期成本來進行設(shè)備管理，鼓勵制造廠商提供產(chǎn)品的LCC報告。國外電力公司也非常重視LCC管理，通過資產(chǎn)管理計劃制定資產(chǎn)的全壽命周期管理策略。美國將全壽命成本管理管理的方法首先應(yīng)用于核電站，因為核電站建設(shè)是以可靠作為優(yōu)先考慮因素，因而在可靠性的基礎(chǔ)進行全壽命成本管理，更具必要性和緊迫性。在此基礎(chǔ)上，再將該項技術(shù)推向了發(fā)電機、大型變壓器、勵磁機、低壓輸配電系統(tǒng)、儀用空氣系統(tǒng)。上世紀(jì)90年代，美國已有25%的燃煤機組和50%的燃油機組平均壽命超過了30年，高昂的維

41、修費用驅(qū)使美國成為最早開展電力設(shè)備壽命評估工作的國家。美國電力研究院(EPRI)總結(jié)出“三級評估法”并制訂了較完整的“綜合壽命管理程序”作為美國電力企業(yè)設(shè)備壽命管理工作的通用導(dǎo)則，該評估法以經(jīng)濟技術(shù)綜合分析為基礎(chǔ)，以“壽命優(yōu)化”代替“延長壽命”做全面、長遠(yuǎn)考慮，其關(guān)鍵理念是“最長的壽命不一定是最優(yōu)的壽命”。4.2 電網(wǎng)建設(shè)研究根據(jù)所掌握的資料，以美國中西部獨立電網(wǎng)運營商（Midwest ISO,MISO）為案例對美國電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的理念與流程進行研究，具體如下。4.2.1 MISO電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)與準(zhǔn)則 MISO電網(wǎng)規(guī)劃的目標(biāo)是得出一個徹底研究的發(fā)展計劃，該計劃不僅要滿足可靠性要求，還要滿足經(jīng)濟性要

42、求。規(guī)劃研究要發(fā)現(xiàn)未來電網(wǎng)中預(yù)期出現(xiàn)的問題，并提出解決方案。這些解決方案包括對電網(wǎng)的建設(shè)費用和調(diào)整運行方式（電源側(cè)調(diào)整或其他操作方式）費用的比較評估。 MISO規(guī)劃導(dǎo)向準(zhǔn)則共有5條，分別如下： 導(dǎo)向準(zhǔn)則1：通過提供最低電能成本，使消費者能夠得到一個有效的且經(jīng)濟高效的能源市場的利益。 導(dǎo)向準(zhǔn)則2：提供輸電基礎(chǔ)設(shè)施，確保地方和區(qū)域的可靠性，并支持大范圍互連的可靠性。 導(dǎo)向準(zhǔn)則3：通過規(guī)劃優(yōu)化能源組合(例如風(fēng)電、生物發(fā)電、需求側(cè)管理），支持州和聯(lián)邦的能源政策。 導(dǎo)向準(zhǔn)則4：提供適當(dāng)?shù)某杀緳C制，確保實現(xiàn)隨著時間的推移獲得的利益與分配的成本相對應(yīng)。 導(dǎo)向準(zhǔn)則5：發(fā)展輸電系統(tǒng)場景模型，并使這些模型能夠用于州政府和聯(lián)邦政府能源政策制定者，為政策制定者在考慮潛在的政策選擇時，能夠提供相應(yīng)的背景和信息。 4.2.2 電網(wǎng)規(guī)劃流程 MISO每一輪