美國的電力市場是如何定價的？

01-06

今天看了一則新聞，20年未遇嚴寒令美國天然氣和電價飆升，其中提到「
德州地區現貨電價有史以來首次突破5000美元每兆瓦小時，幾乎是在數小時內翻了190倍。」，對於發電這種公用事業的銷售價格會波動這麼厲害嗎？相比之下，中國的上網電價和終端電價都是政府管控的，一旦確立，短期內就保持不變。
5000美元每兆瓦小時相當於一度電5美元=30元人民幣，即使是短期需求突增，這價格也也太不可思議了，而190倍則意味著平常一度電的電價只有0.15元，中國最便宜的水電上網電價大概也是這個水平，倒還不是太離譜。
5美元一度電應該不是最終消費者掏錢買的吧，是不是電網之間的交易，請熟悉美國電力市場的人士指教。

天然氣市場不太知道，對電力市場略微有點了解。新聞中提到的電價，實際上是指電力市場交易價（wholesale electricity market price)，天氣雖然不會立刻影響到居民的電費單，但也還是有影響的。美國的電力市場，是由區域性獨立系統運營商ISO，同時也是RTO(regional transmission operator) 來控制和調配的, 其中最大最典型的是位於賓州的PJM。

PJM採取的運營方式叫做two settlement,定價方式叫做LMP, locational marginal pricing（指價格根據每一個bus的loading來定）,這兩個概念在他們的網站上都有詳細地介紹，感興趣可以讀一讀。大概來說，two settlement 分為day ahead（現在改名叫forward market了)和real time market.其中day ahead是PJM從早8點開始通過電力公司預先報價，然後進行評估，最後下午4點之前通報結果，這個市場的定價是hourly 變化的；而real time的定價是取決於實時的電力系統的情況，每五分鐘更新一次。PJM的LMP定價主要由generation,transmission congestion和loss組成，對這三個部分，天氣都有非常大的影響，比如天氣影響到供求關係，以及電力公司發電輸電的運營費用，還有損耗費用在這種惡劣天氣都會提高。但總是來說，電力市場的定價，是不立刻影響居民的electric bill的。

一般的電價提高，是由電力公司向PUC(public ultility commission)提出申請，通過了以後才能進行的。這裡天氣也有很大影響，比如sandy造成的破壞，電力公司需要投入資金和人力修復和維護輸電系統，就需要申請rate rise來補這部分錢。

咳咳，感覺這個問題問我才對嘛（哈哈哈厚顏泥垢）

樓上有個妹子回答的有點點小錯誤，我修正下，理解不到位的地方歡迎再指正。

（聲明：美國市場我從未在學生時代全面研究過，認知可能不系統。只是工作於電力企業海外部門，恰好遇到過在美國德州的投資項目，手癢了，一時興起手機打幾個字）

（1）

美國有七大獨立系統運營商ISO（independent system operator），共計佔據了全美60%的客戶，其餘40%仍在壟斷一體化運營。因此，電力市場的概念在美國並非通用概念，如果從經濟規模來看，確實大部分發達地區都已經市場化，但是如果從地域角度來看，實際上很大面積的美國區域，仍然沒有推行電力市場（尤其美國西北部地區）

（2）

首先，賓新馬電網PJM確實是最大的美國系統運營商（經濟規模），pjm三個字母表示了該運營商橫跨賓夕法尼亞州，新澤西州，馬里蘭州，如果沒有記錯，還涵蓋了哥倫比亞特區。但是德州電網（英文縮寫ERCOT）特點和PJM差異較大：ERCOT電網獨立性強，對外只有直流弱連（不同步），潮流交換在很多弱連線路上，基本隨時為0（可在ERCOT網站上查詢實時數據），因此，德州電網是一個非常封閉的電網。

其次，德州電力系統電源點分散，以燃氣、新能源電廠為主，核電和水電非常少，今年八月美國的最終版碳排放法案發布，德州準備再上新能源。新能源多了，出力預測就會變得比較難（風功率預測問題），如果恰好遇到負荷高峰期間風力下降導致出力銳減，那麼，在考慮到燃氣電廠高額開機成本的前提下，產生一個高額電價並不奇怪。

再次，德州這個區域很有意思，德州人民的獨立意識非常強（並引以為榮），因此人家就是喜歡自己玩自己的。和德州電網ERCOT交界的SPP、MISO電網（不同步，不強連，遠期也沒有連接規劃），沒有任何機會去插一腳。說白了，就是基本無外部競爭。

（3）

現貨市場的英文是spot market，而回答中妹子說的那個wholesale electricity market的意思是批發電力市場（文鄒鄒的說法是躉售電力市場），其區別就是交易的時間尺度差異，後者大部分以較大提前時間、雙邊合同形式完成提前交易，前者則是實時結算。

舉個例子大家就明白了：你下個月要用多少電，其實你不知道，於是你以歷史數據為準，在批發電力市場上提前「批發」了500度，但是實際到了那個月你發現你需要510度，而此時批發電力市場已經關閉交易了，那麼多餘的10度電就要到現貨市場買，這樣的交易肯定會價格貴，基本的市場規則，大家都懂，不再啰嗦。如果恰好又碰到我上面說的那個極端出力減少情況，產生很大的增發缺口，30元一度很奇怪嗎？並不奇怪。

所以說，一定要區分概念，30塊一度的電你要知道代表的是什麼意義，它並非代表美利堅牛到這麼高的消費水平。從某個意義上來說，這個價格是一種極端電力情況的市場反映，並沒有平均電價水平的這層參考意義。

當然，這個高電價還涉及很多問題，比如說spinning reserve，replacement reserve等等的容量市場的結算機制，在這裡我也就不展開了，有興趣的同學自己去研究吧，美國電網其實很好玩。（其實是再說就把我的報告說完了哈哈哈哈哈……好吧……我虛偽了）

over.

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（2015 11 23增加）附上一個新加坡USEP的報告摘錄：

「2006年12月21日，USEP達到價格上限4500美元／MWh。該峰值出現原因是兩台CCGT（聯合燃氣循環機組）強制停運，同時天然氣供給意外中斷，導致短時電力缺口為77.8MW」

由此可見，題主您所看到的這種高價，新加坡十年前都體驗過一次了……

上面幾位的解釋我都認真看過了，對美國電力的定價機制也表示理解，不過我就一個問題啊，要是這事發生在國內該怎麼解釋？

1. 千萬別被這一個數字嚇著了，美國電力市場（ISO/RTO）的批發市場都是5分鐘的運行區間，也就是說每5分鐘就會出一個新的價格。(但出清目前是按15分鐘出清）

2. 美國的電力市場是節點電價LMP，像加州ISO，PJM 這種大型電力市場都有5000多個節點，每個節點的電價都是根據實時的供需與電力系統狀況（如線路阻塞情況）變化的。所以當一個節點出現了5000美元每兆瓦小時的高價，你猜15分鐘、30分鐘後會出現什麼狀況？當然周圍地區會向它輸電啊！有錢誰不賺啊！所以這個高價絕不會持久。（不信的話可以在網上實時看美國幾個電力市場主要節點電價的變化：California ISO - Price Maps https://www.misoenergy.org/LMPContourMap/MISO_All.html

3. 如果某個節點出現長達幾個小時的高價怎麼辦？當外面的電輸不過來，線路阻塞，這個節點的價格就會高。這種線路阻塞也是由市場機制解決的，叫做 congestion rights（阻塞權利），也就是說市場參與者，如果認為哪些線路會阻塞，可以提前購買阻塞權利，那出現阻塞的時候就可以賺錢。所以就算由於阻塞，當地當時的電價變高了，它也不會賠很多錢。

4. 如果某個節點電價長期高怎麼辦？前一個講得是小時級別的問題，這裡講得是以年為單位的問題。如果一個地方的電價長期偏高，就會指導投資者建新的發電廠，或者建設新的電線。

5. 現實生活中，由於上述原因，某個節點電價的突高不能持久，一個月下來交電費時用戶根本感覺不到其中某個5分鐘的電價有多高。而且恰恰相反，由於德州ERCOT大規模的風電併網，導致現在整體電價走低。因為美國電力市場報價，報的是發電運行成本，而非初始投資成本。風電光伏的運行成本基本為零，加上風電的補貼，所以風電可以在市場上報負價，以確保它能被調度。而市場出清時，是按 marginal price 的價格統一出清。見圖：

舉個最最簡化的例子，假設我們這個地區在這個時刻需要500兆瓦的供電能力：

風電報價說：我負50美元/ MWh 可以出200兆瓦

光伏報價說：我0美元/ MWh 可以出100兆瓦

核電說：我5美元/ MWh 可以出100兆瓦

煤電說：我20美元/MWh 可以出200兆瓦

結果如何呢？

因為風電、光伏、核電便宜，所以他們這400兆瓦都可以發電；因為煤電較貴，所以煤電可以發100兆瓦。然後不管你報價多少，都按最後那個marginal unit 邊際機組的報價來統一出清，也就是每家都是按20美元/ MWh 拿錢，所以風電拿4000，光伏2000，核電2000，煤電2000。當然這只是5分鐘的價格，所以所有人拿的錢應該是以上數值乘以這個出清價持續的時間除以60分鐘。

美國的七個電力市場全部是集中式電力市場。在集中式電力市場里，發電單位向電網公司遞交競價。這種市場里的電價是電網公司用數學優化模型算出來的。

在滿足電力系統安全運行的前提下，以最小化系統總運行成本為目標，在某區域某時間段，多發一度電的成本，即為該區域該時間段的電價。從數學上理解，電價就是系統運行成本對於電力需求的導數。而當瞬時供求關係無法在定價模型中被滿足的時候，系統則會生成極端電價（極高的電價或者是負電價）來表明系統將面臨極端運行狀態，這種極端電價是系統的臨危運行成本，而不再代表發電成本。

參考下圖。橫軸是實時發電量，縱軸是系統電價。在下圖的例子中，當系統電力需求小於大概32萬兆瓦時的時候，系統電價是比較穩定的。一旦系統需求超過32萬兆瓦時的時候，電價就會迅速升高。而當出現電力需求無法被發電機組實時滿足的時候，定價模型則會生成極高的電價（一般都高達數千美金每兆瓦時），來提示該節點供小於求。而當某個節點出現供大於求的情況，則可能會出現負電價。

從物理意義上理解，極端電價代表著系統的臨危運行成本，比如輸電線的過負荷運載對應的成本。在數學優化模型中，輸電線的傳輸約束或者負荷平衡約束無法被滿足時，硬性約束變為鬆弛約束。一般定價模型中鬆弛變數對應的邊際成本都高達數千美元每兆瓦時，所以當約束鬆弛化的時候，邊際電價就會轉為鬆弛變數對應的成本。

希望可以回答題主的問題。

我對美國電力市場有些了解，但如果那裡說錯了請大家指正。就像 @陳一答案中提到的美國的獨立系統運營商（ISO）分管美國不同的區域。其中德州所在的ERCOT大概是幾個ISO中現貨電價(spot price)波動比較大的了。

然而現貨價格波動一般不會立刻對消費者產生影響，因為一般電力公司都會將現貨價格風險(price risk)和電力消費量風險(quantity risk)通過簽訂一種電力合同（Load Following Contract）轉嫁給電力提供商（Load Serving Entity）。這種合同要求電力提供商不論現貨價格是多少，提供一段時間內該地區消費者消費的所有電力，而電力公司會按照固定的合同價格支付給電力提供商。所以這次德州的現貨價格飆升並不會立刻影響消費者，因為合同價格在短期內是固定的。但由於現貨價格對遠期價格的影響，未來的合同價格是會受到影響的。

全球目前有兩種主流電價定價模式：

Pay-as-Bid 和 Uniform Pricing

德州的ERCOT是Uniform Pricing，壞處就是，有可能出現 Hockey stick bidding，就是樓主描述的現象。

具體解釋這個問題有點複雜，但是直接原因就是這一點。您可以搜索一下這幾個英文關鍵字，會有更全面的了解。

這個應該是金融衍生品市場吧？

占坑，周末有空了回答

5美元一度電的話肯定會有很多人選擇自發供電或者選擇替代能源，這樣電力需求就會下來，下來之後電價會隨著需求的降低而稍有降低，也就是說能夠承受得起這個電價的人會選擇用電，其他人承受不起的會選擇其他方式或者不用電，這就是市場化和實時電價的結果。