電能由其他能源轉(zhuǎn)換而來（比如太陽能發(fā)電，風力發(fā)電，核電等），因此它是一種二次能源。雖然看不見，但是可以被計量。電能一個很重要的特征就

電能由其他能源轉(zhuǎn)換而來（比如太陽能發(fā)電，風力發(fā)電，核電等），因此它是一種二次能源。雖然看不見，但是可以被計量。電能一個很重要的特征就是其供給和需求必須在每個節(jié)點無時無刻都要完全匹配。

1. 電量需求

電力需求可分以下兩種：

• 基本負載（Base Load）：基本負載是一直都在用的，比如電冰箱用電。
• 峰值負載（Peak Load）：峰值負載是在特定的一段時間用的，比如空調(diào)用電。

1.1 影響因素

影響電力需求的因素主要有人口，氣候和天氣，經(jīng)濟活動，電力政策/規(guī)范以及客戶群體（居民用戶，商業(yè)用戶和工業(yè)用戶）。

1.2 需求預測

電力需求預測可分為三類：

• 短期：從一小時到一周
• 中期：從一周到一年
• 長期：一年以上

對于短期預測來說，天氣是最重要的影響因素；而對于中長期預測，它們會考慮歷史負載，天氣，用戶群體及分類，電器數(shù)量和其特性，經(jīng)濟和人口數(shù)據(jù)以及其他因素。

1.3 需求響應（Demand Response）

需求響應是一種主動降低用電需求的機制，主要通過電力可靠性或電價來減少用戶電力消費。其有三種形式：削減（Curtailing，當時不用，后面也不用了），轉(zhuǎn)移（Shift-ing，轉(zhuǎn)移是當時不用，后面再用，比如用電高峰不用洗衣機，非高峰的時候再用）和自發(fā)電（On-site Generation，自己發(fā)電，比如醫(yī)院，數(shù)據(jù)中心等）。

需求反應有利于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運營，其主要是在月度規(guī)劃（Months Operational Planning），日前規(guī)劃（Day-ahead Economic Scheduling），當日運營（Day-of Economic Dispatch）和實時運營（< 15 min）起作用。

2. 電力供應

電力供應涵蓋兩個方面，一方面是發(fā)電，另一方面是輸配電。

2.1 發(fā)電

發(fā)電廠一般按燃料進行分類，其成本有兩個大類，一類是投資成本，另一類是運營成本。

2.1.2 天然氣發(fā)電

天然氣發(fā)電機組可分為：

• 蒸汽鍋爐（Steam Boiler）：規(guī)模在300 MW-1,000 MW，啟動時間長，負荷彈性低
• 燃氣渦輪機（Gas Turbine）：規(guī)模在10-50 MW，啟動時間快，主要用于用電高峰時期，其投資低運營成本高，使用壽命短
• 聯(lián)合循環(huán)電廠（Combined cycle power plants）：蒸汽鍋爐和燃氣渦輪機的組合，在同等規(guī)模的情況下，比煤電節(jié)省80%的用地

2.1.2 核電

核電廠用于滿足基本用電需求，通常運營18或者24個月（燃料周期時間），然后加燃料和維護（大概20天左右或者更長）。

2.1.3 可再生能源發(fā)電

可再生能源發(fā)電包括風能，太陽能，地熱，水力，生物質(zhì)能等。其利好政策有稅收抵免（ITC），低息貸款，返現(xiàn)和發(fā)電獎勵（PTC），還有聯(lián)邦政府資助的研發(fā)，可再生能源發(fā)電配額制（Renewable Portfolio Standards）以及可再生能源證書（Renewable Energy Certificates）。

2.2 輸電（Transmission）

因為直流輸電比交流貴，所以通常情況，均采用交流輸電。在距離遠，輸電規(guī)模大的項目上才采用直流輸電。

2.2.1 電網(wǎng)運營

電網(wǎng)運營包含兩種調(diào)度：

• 日前調(diào)度（Day-Ahead Unit Commitment）：通常優(yōu)先選擇最經(jīng)濟的發(fā)電機組?？紤]因素有第二天預估用電量，發(fā)電機組運行特性（發(fā)電輸出變化快慢，最小/最大發(fā)電能力，最短發(fā)電時間），機組發(fā)電成本和環(huán)境合規(guī)成本。如果不能保證電網(wǎng)穩(wěn)定性，即使其最經(jīng)濟，也不能上線
• 實時調(diào)度（System and Unit Dispatch）：保證需求和供給實時平衡，系統(tǒng)頻率必須維持在60赫茲，同時還要保證電壓穩(wěn)定

在區(qū)域競爭市場，日前市場滿足95%的電力需求，剩下5%靠實時市場解決。

2.2.2 輔助服務（Ancillary Services）

輔助服務主要是保障電網(wǎng)穩(wěn)定和支持電力輸送。通常服務于實時或者非常短的時期。其服務主要有四類：

• 調(diào)頻服務（Regulation）：根據(jù)用電需求，增大或降低發(fā)電量。響應時間為秒級，因為電網(wǎng)不保持在60赫茲就會崩潰
  
• 運營備用（Operating Reserves）：當某個發(fā)電機組離線時，運營儲備就派上了用場。它可以是增加發(fā)電量也可以是減少用電需求。它又可細分為三個小類：

(i) 運轉(zhuǎn)備用（Spinning Reserves），運營備用的主要模式。發(fā)電機組一直在線，有富余的出力發(fā)更多的電或者通過需求響應，降低用電量，響應時間在10分鐘之內(nèi)

(ii) 離線備用（Nonspinning Reserves），發(fā)電機組處于待命狀態(tài)，可在10分鐘之內(nèi)發(fā)電或者是通過需求響應，降低用電量

(iii) 補充備用（Supplemental Reserves）， 發(fā)電機組30分鐘內(nèi)發(fā)電，主要通過日前市場進行調(diào)度

• 黑啟動（Black Start）： 在無需來自電網(wǎng)的任何外部幫助下，發(fā)電機組能夠從關閉狀態(tài)進入運行狀態(tài)并開始輸送電力，通常由水電站或柴油機組完成）
  
• 無功補償（Reactive power）：電流輸送要消耗電壓，而電壓需要無功功率來提供，此外電磁設備運行也需要無功功率。因此需要通過無功補償來維持電網(wǎng)穩(wěn)定

3. 電力批發(fā)市場（Wholesale Electricity Markets）

電力批發(fā)市場可分為管制市場（Traditional Regulated Mar-kets）和競爭市場（Market-Regulated Markets）。

3.1 管制市場

管制市場主要在美國東南，西南和西北。電力公司都是壟斷企業(yè)，擁有發(fā)電設施和輸配電系統(tǒng)。其核心職責是發(fā)電，維護電網(wǎng)穩(wěn)定，平衡供需，經(jīng)濟調(diào)度，與其他區(qū)域配合調(diào)度，規(guī)劃輸電，與其他區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 競爭市場

競爭市場由區(qū)域運營機構（Regional Transmission Organizations）獨立運營。它們只有輸電網(wǎng)運營權，不擁有發(fā)電資產(chǎn)和輸電資產(chǎn)，也不負責相關資產(chǎn)的維護和配電。

其核心職責為確保輸電網(wǎng)絡穩(wěn)定可靠，在劃定的區(qū)域內(nèi)運營輸電網(wǎng)絡，平衡供需，經(jīng)營競爭性非歧視性電力市場，提供非歧視性并網(wǎng)服務和規(guī)劃輸電網(wǎng)絡擴張。

美國一共有7個區(qū)域運營機構，它們是PJM Interconnection (PJM)，Midcontinent ISO (MISO)，Electric Reliability Council of Texas (ERCOT)，California ISO (CAISO)，Southwest Power Pool (SPP)，New York ISO (NYISO)和New England ISO (ISO-NE)。

4. 電價

影響電價的因素主要燃料價格，資金成本，輸電能力以及電廠運營成本等，其中發(fā)電成本可以占到電價的65%。

電價的彈性很低，主要是因為終端用戶不知道實時電價情況，他們通常按月付費。此外，電力是生活和其他社會/經(jīng)濟活動不可或缺的。

電價分為兩種：

• 成本定價（Cost-Based Rates）：通常用于輸電電價，一些不適合或不想要市場定價的地方。考慮因素有發(fā)電成本，輸配電成本，投資回報以及其它成本
• 市場定價（Market-Based Rates）：價格由買賣雙方協(xié)商。售電方需要證明沒有市場操縱能力（發(fā)電量占該市場發(fā)電總量比例以及無法影響競爭對手成本和進入市場）