美国大停电

第 29 卷 水利电力科技 第 3 期 美国大停电 【文 摘] 本文介绍了美国电力系统概况 , 美国东部 2 003 年、 加州 20 01 年 、 西部 19 % 年 等停电事故的过程 、 原因及事故对人们的启示 . 〔关键词〕美国 电力系统 停电事故 电力系统事故 1 9 6 5 年 、 1 9 7 7 年 、 1 9 9 6 年 、 1 9 9 5 年 、 2 0 0 1 年 、 2 0 0 3 年美国电力系统陆续发生了 多次大面积停电事故 , 损失惨重 。 现将美国电力系统概况 、 历次停电过程 、 原因 、 造 成的影响进行介绍和初步分析 , 从中引出认为有益的经验和教训 , 为我所用 。 1 美国电力系统概况 美利坚合众国 , 简称美国 (u . s. A ) , 总面积为 937 .2 6 万 k m Z , 居世界第 4 位 。 1 9 9 9 年统计人 口为 2 . 731 亿 。 美国是世界上最大的能源生产国 、 消费国和进 口国。 它的原油 、 天然气以及原煤 储量在世界各国中分别排名第 n 位 、 第 6 位和第 1 位 。 美国能源资源蕴藏丰富 , 其探 明可开采储量 , 煤炭为 2 405 .6 亿吨 , 居世界第 2 位 , 约占世界总储量的 23 .1 % ; 石油 为 4 3. 1 亿吨 ; 天然气为 4 7 3 2 0 亿 m 3 , 经济可开发利用水资源为 3 760 亿 k、v . h角 。 1 . 1 电力工业体制及机构 美国公用电业企业按所有制可分成 4 类 , 即私营 、 地方公营 、 合作社经营和联邦政 府经营 。 1 9 9 9 年统计共 3 1 6 0 家 。 私营电力公司拥有美国大部分的发电和高压输变电设备 。在一个地区内垄断经营发 电和输电 , 有的还 自营配电 , 或向其他公营或合作社经营配电部门夏售电力 。 1 9 9 9 年 统计有 239 家 , 数量仅占 8 % 的私营公司的售电量和电费收入分别占全国售电量和电 费收入的 76 %和 74 % 。 最大的私营电力公司有 : 得克萨斯公用电业公司 (1 998 年总资 产 3 9& 9 7 亿美元 , 利润 7. 40 亿美元 )、 美国南方电力公司 (1 9 9 8 年总资产 354 . 3 8 亿美 元 , 利润 9. ” 亿美元 )、 英特杰公司 (1 9 98 年总资产 2 2& 49 亿美元 , 利润 7. 39 亿美元) 和美国电力公司 (1 998 年总资产 201 . 30 亿美元 , 利润 5. 36 亿美元 ) 等 。 地方公营电力部门包括地方 自治体 , 公营电力区 , 灌溉区和其他州立部门等非盈利 机构 。 1 9 9 9 年统计有 2 01 2 家 。 当初设立地方公营电力部门的主要目的是为了免除州 所得税 , 从而向社区提供较廉价的电力 。 合作社经营的电业主要是包括农村电气化合作社 。 由于农村负荷密度低 , 对私营电 力公司投资的吸引力小 , 以致农村电气化进展缓慢 。 美国国会于 19 63 年通过农村电气 化法案 , 成立农村电气化局 (R E A ) , 以低息贷款鼓励成立农村电气化合作社 , 以促进 农村电气化的发展 。 1 9 9 9 年统计全美有 9 00 家农电合作社 , 主要从事农村配电 , 有的 也拥有发电设施 。 联邦政府经营的电力部门共有 9 家 (1 999 年) , 主要从事在流域治理的同时发展水 电建设以及相关的输电系统 , 所发电力优先供给公益事业 、 合作社以及其他非盈利机构 , 美国大停电 而面向公用 电网送电较少 , 只 占售电量的 1 %一 2 % 。 联邦政府经营的电力机构主要包 括陆军工程兵师团 、 内政部垦务局 、 能源部所属的电力局 、 田纳西流域管理局 (T 、,A )、 东南电力局 (S EPA )、 邦纳维尔电力局 (BPA )、 西南电力局 (SWPA ) 和阿拉斯加电 力局 (APA ) 。 1 . 2 装机容量和发电量 美国拥有世界上规模最大的电力工业 。 19 9 9 年全国装机容量为 84 5 31 . 2 万 k、V , 年 发电量为 3 7 4 3 0 . 1 亿 kw ·h , 均居世界首位 。 据美国 《M o n th ly E n e r盯 R e v iew )) 2 0 0 1 年 9 月公布的数据 , 2 0 00 年的发电量为 38 110 .4 7 亿 k w .h , 2 001 年前 6 个月的发电量 为 1 8 5 13 . 9 7 亿 k、V . h 。 199 9 年美国总销售电量为 32 3 58 .9 9 亿 kw .h 。 其中工业用电占总销售电量的 31 .4 5 % ; 交通 、 商业 、 生活等用电占 68 .5 5% 。 自 19 9 1 年经济逐步回升以来 , 工业用 电量稳步上升 , 但工业用电占总销售电量的比重逐步下降 。 1 . 3 美国公用 电业的发电能源构成 在美国的发电能源构成中 , 核电在上世纪 80 年代得到迅速发展 , 其比重从 1 9 7 0 年 的 L 4 2 %增至 19 99 年的 22 .8 5 % 。 尽管火电比重呈逐年下降之势 , 但仍是美国最主要 的发电能源 。 1 . 4 公用电业的火电发展情况 1 9 9 9 年美国火电的总装机容量为 62 1 94 .4 万 k w , 其中公用电业的火电装机容量为 47 62 6. 5 万 k、V ; 发电量为 21 52 7. 27 亿 k w .h , 占公用电业总发电量的 67 .8 3% 。 1 9 9 9 年美国公用电业发电量占全国总发电量的 84 .8 % , 而 10 年前的 1 9 8 9 年为 93 .3 % 。 美 国的火电技术发展很快 , 1 582 年在纽约曼哈顿地区投运的珍珠街发 电厂被称为世界最 早的发电厂 , 它拥有 6 台 12 0 k w 的发电机组 。 到 20 世纪 50 年代后 , 由于电力需求的 增加 , 机组的规模迅速扩大 。 1巧 万 k、V 和 130 万 kw 的机组 (坎巴兰特 , 2 台机组 ) 先后于 1 9 7 0 年和 1 972 年在田纳西流域管理局的电力系统投运 。 20 世纪 60 年代至 70 年代中期 , 美国广泛采用超临界压力机组 , 最高蒸汽参数为 35 .2 M p : , 一般为 23 . 8 ~ 2 5 . 8 MPa 。 截止 1 9 9 6 年底 , 美国 2 2 0 万 kw 以上火电厂已达到 2 5 座 。 煤电在美国电力工业中占有十分重要的地位 。 1 9 9 9 年煤电发电量占总发电量的 55 .7 % 。 然而 , 煤电造成的污染也相当惊人 。 到目前为止 , 美国能源部己推出了 5 批洁 净煤技术 (C C T ) 项目 , 政府出资 27 亿美元 , 电力企业的投资是政府的 L 3 倍 。 此外 , 美国政府自 1 9 8 7 年解除了对天然气发电的禁令以后 , 高效 、 洁净的燃气发电呈持续上 升之势 。 L S 水电 位于威斯康星州的阿普鲁屯水电站是美国最早的水电站 , 它于 1 882 年 9 月投运 , 开始时机组容量仅有 12 . 5 k丫V 。 初期水电建设以引水式和径流式为主 , 以后逐步发展到 有水库调节的中型和大型水电站 。到 19 98 年底美国的水电装机容量达到 9 5 73 . 1 万 kw , 年发电量为 3 229 . 64 亿 kw ·h 。 美国最大的水电站大古力水电站的装机容量为 681 万 .‘W (含抽水蓄能 31 . 4 万 kw )。 最早的抽水蓄能电站于 1 9 2 9 年在康涅狄克州投运 , 最初的容量为 7 00 1四V 。 目前美国 最大的抽水蓄能电站是巴斯康蒂电站 , 于 1 984 年投运 , 装机容量为 21 0 万 kw 。 第 2 9 卷 水利电力科技 第 3 期 L 6 核电 目前 , 美国是世界上核电装机容量最多的国家 , 共有核电站 71 座 , 其中容量超过 15 0 万 kW 的有 31 座 , 最大的帕洛维德核电站装机容量为 37 5 . 1 万 kw 。 1 . 7 输配电 L 7 . 1 交流输电线路 随着用电量的不断增长和大型水 、 火 、 核电的建设 , 美国的输电电压也随之向高 压发展 。 1 9 2 3 年首先采用了 230 kV ; 此后又相继出现了 287 . 5kV 、 345 kV 、 soo kV 、 7“kV 电压 ; 并于 1 967 年开始研究 1 000 kV 特高压输电。 由于美国电网情况较复杂 , 又以私 营为主 , 因而 电压等级从 110 kV 到 7“kV 多达 S 级 。交流输电最高电压为 7“kV 。 1 969 年 5 月第 1 条 7“kV 线路在美国电力公司的系统中投运 。 到 1 9 9 8 年底已建成 220 k V 及以上输电线路 2 4 万 k m , 其中 4 00 kV 以上的输电线路约 5 万 k m 。 美国的配电电压与输电电压一样趋向高压化 。 现在以 12 kV 和 13 kV 系统为主体 , 另外还有采用 33 kV 、 34 .5 kV 和 69 kV 电压等级的 。 家用配电方式一般采用一相三线的 12 0 /2 4 0 V 供电方式 。 L 7. 2 直流输电设备 美国于 1 9 7 0 年建成太平洋沿岸 自北向南的士400 k V 直流输电联络线 , 全长 1 36 1 k m 。 198 5 年升压为士500 kV , 输送容量 2 00 万 kw , 它与 5 00kV 交流输电线并列运 行 。 19 89 年又扩建一回士500 kV 线路及 2 座换流站 , 输送容量 110 万 k、v 。 继太平洋联 络线投运后 , 又建设了几条将产煤地火电厂与负荷中心连接的直流输电线 。 直流输电 设备还用作大电力系统间的非同步连接 , 1 9 7 , 年在斯特加尔建成背靠背换流站 , 实现 东 、 西 2 个系统的非同步互联 。 1 9 8 5 年 , 在 3 处建成背靠背换流站 , 实现得克萨斯州 与东部电力系统非同步互联 。 到 1 9 97 年共有坟50 kv 以上直流输电线路约 3 880 km 。 1 . 8 电力系统的发展 自 1 8 8 2 年在纽约出现第 1 个仅有 6 台 120 kw 蒸汽机发电机的公用电力系统 , 通 过 29 km 电缆线路向 100 多家用户供电 , 美国电力系统经历 了 100 多年的发展 。 开始时 是由私营和公营电力公司根据各 自的负荷和电源分布组成一个个孤立的系统 。 随后在 互利的基础上通过双边或多边协定或联合经营的方式 , 形成由 3 000 多个独立经营又相 互并列运行的电力系统。 目前北美电力系统包括了美国东部 、 西部和得克萨斯以及加 拿大魁北克 4 个互联系统 。 美国东部 、 西部和得克萨斯 3 大系统之间只有非同步联系 。 东部电力系统和西部电力系统分别与加拿大的几个地区电力系统并网运行 , 西部的加 利福利亚电网和南部得克萨斯电网与墨西哥电网连接 。 1 . 9 10 个地区性安全协调委员会的电力系统 1 9“ 年美国东北部大停电后 , 美国政府建议成立一个组织 , 来制定电网运行的安 全性准则 。 1 968 年成立了美国电力可靠性协会 , 19 8 1 年加拿大和墨西哥一些电力公司 加入后改称为北美电力可靠性协会 , 两者简称均为 N E R C 。 N E R C 的总部设在新泽西州 的普林斯顿 , 该协会的主要任务是协调各电网的发展规划和准则 , 进行负荷预测 , 组织典型事故调查 , 进行电网的统计分析等 , 以提高北美电力系统的供电可靠性 。 协会 下设 n 个地区性安全协调委员会 , 它们是 : 东部中区可靠性协调组织 (E C A R )、 得克 萨斯州电力可靠性协会 (E R C O T )、 大西洋中区委员会 (M A A C )、 中部美国互联电力 美国大停电 系统 (M A IN )、 中部大陆地区联合电力系统 (M A PP )、 东北区电力协调委员会(N PCC )、 东南区 电力可靠性协会 (S E R C )、 西南联合电力系统 (S PP ) 、 西部系统协调委员会 (W S C C ) 、 佛罗里达系统协调委员会 (FR C C )及阿拉斯加系统协调委员会 (A SC C )。 按电网联系紧密程度 , 美国又可划分为 7 个大电力系统 。 东北电力系统 : 包括东北区 电力协调委员会 (N PC C ) 和大西洋中区委员会 (MA A C ) 所属供电范围。 其中有 3 个紧密联系的联合电力系统 : 新英格兰联合电力 系统 (N E PO O L ) , 纽约联合电力系统 〔N YPP ) 和宾州 一新泽西一马里兰联合电力系统 (PJM ) , 其供电范围覆盖美国东部 10 个州 , 华盛顿特区和弗吉尼亚州的小部分 。 在 北面与加拿大的魁北克水电系统相连 , 覆盖安大略 、 魁北克 、 纽布伦斯威克等省 。 19 98 年 N PCC 的装机容量为 13 0 00 万 kw (其中加拿大为 6 000 万 k w ) , M A A C 的装机容 量为 5 6 00 万 k、V , 东北电力系统总的装机容量为 1 8 600 万 kw , 总发电量为 8 520 亿 k w · h 。 2 个协调区的输电电压采用不同系列 , N PCC 用 7“kv 、 3朽kv 和 2 3 0 k v , M A A c 用 5 0 0 k V 和 2 3 0 1‘V 。 东北电力系统 230 k V 及以上电压的输电线路总长度为 41 9 5 0 k m (回路 ) 。 东南电力系统 : 包括东南区电力可靠性协会 (sE R C ) 和佛罗里达可靠性协调委员 会 (FR c c ) 所覆盖的美国东南部 14 个州的供电范围 , 划分为 4 个分区系统 , 即田纳 西流域管理局系统 , 南方电力系统 , 弗吉尼亚一卡罗来纳系统和佛罗里达系统 。 19 9 8 年 , 全系统装机 1 9 4 0 0 万 kw , 总发电量为 9 3 6 0 亿 kw .h 。 田纳西流域管理局系统是一个 独立经营的国有电力企业 , 它向与田纳西州相邻的 5 个州部分地区的 160 多个市政和 合作社经营电力公司夏售约 2 000 万 kw 的电力 。 该系统的输电电压统一为 5 00 kv 和 2 3 0 1‘V , 2 3 0 k V 及以上电压输电线路的总长度为 34 2 9 0 k m (回路)。 东中部 电力系统 : 包括东中部可靠性协调会 (E C A R ) 所覆盖的供电范围 , 对美国 东中部密执安等 9 个州的大部分地区供电。 1 9 9 8 年 , 全系统装机 10 500 万 k w , 总发 电量为 5 41 0 亿 k、V . h 。 发电构成以煤电为主 , 约占 80 % 。 美国电力公司 (A E P ) 的 76 5kV 输电线路构成从弗吉尼亚州西南部到密执安州西北部和印第安纳州东南部的坚 强网架 , 其下一级的电压等级为 345 kV 。 在其东部的 A E P 电力系统的输电线路最高电 压为 5 00 kV 。 230 kV 及以上电压输电线路的总长度为 15 962 k m (回路 )。 中部电力系统 : 包括中部美国互联电力系统 (M A IN ) 和中部大陆联合电力系统 (MA PP ) 所覆盖的美国中部伊利诺伊等 10 个州的全部或部分地区 , 以及加拿大马尼 托巴和萨斯喀彻温 2 省的供电范围 。 M峨PP 装机容量为 4 1 80 万 !‘W (包括加拿大的 7 8 0 万 k 丫V ) , 发电量为 1 920 亿 k、V . h 。 M A IN 装机容量为 5 2 0 0 万 k w , 发电量为 2 3 6 0 亿 k丫V . h 。 中部电力系统中 , MA IN 协调区主要用 3 4 5 k V 的输电电压 , 只在与外区的 联络线采用少量的 500 k V 和 765 k V 线路 。 MA PP 协调区的东南部以 345 kV 的输电电 压为主 , 而在中南部和西南部则以 2 3 0】‘V 和 3 45 kV 电压的电力网为主 , 在北部从西到 东的联络线以 2 3 0 k V 线路为主 , 并以 2 条直流输电线路连接北塔科他州发电基地和明 尼苏达州东部和威斯康星州西部的负荷中心 , 北面还与加拿大的马尼托巴省的电力系 统相连 。 230 k V 及以上电压输电线路的总长度为 25 5 51 k m (回路 )。 西南部电力系统 : 包括西南联合电力系统 (sPP ) 瞿盖的阿肯色等 4 个州的全部和 密西西比等 4 个州的部分地区 。 19 9 8 年 , 系统装机 4 3 6 0 万 kw , 发电量为 1 7 8 0 亿 kw ·h 。 本地区以烧油/气的火电为主 , 煤电次之 。 大部分采用 3 4 5 k V 输电电压 , 而在人 口稀少 第 29 卷 水利电力科技 第 3 期 的地区仍以 2 3 0kV 为主要输电电压 。 230 k V 及以上电压输电线路的总长度为 6 sl sk m (回路 ) 。 得克萨斯电力系统 : 包括得克萨斯电力可靠性委员会 (E R C O T ) 覆盖 的得克萨斯 州 73 %面积的中北部和南部 区域 。 它是目前唯一不与东西 2 大联合电力系统同步相连 的电力系统 。 1 9 9 8 年的发电装机容量为 5 580 万 kw , 发电量为 2 556 亿 kw .h 。 发电 以烧油 /气为主 , 约占 60 % , 水电很少 。 高压输电电压为 3朽kV 和 13 8 k V 。 2 3 0 k V 及以 上电压输电线路的总长度为 7 0 3 2 k m (回路 ) 。 西部电力系统 : 西部电力系统协调委员会 (W S C C ) 除覆盖美国西部加利福尼亚等 9 个州外 , 还包括相邻 5 个州的西部地区和加拿大的不列颠哥伦比亚和艾伯塔 2 个省以 及墨西哥 B a ja e a一iro r n i: N o r th 的一部分 。 由于供电面积达 4 6 6 万 km , , 在气侯 、 负荷 密度 、 能源资源等方面的差别很大 , 所以又分为 4 个分区进行协调 , 即 : 西北联合电 力系统 , 高峰负荷在冬季 , 水 电装机容量占 “% ; 落基山电力系统 , 高峰负荷在冬季 或夏季 , 24 %为水电 , 59 %为煤电 ; 亚里桑那一新墨西哥一南内华达电力系统 , 高峰负荷 在夏季 , 17 %为核电 , 44 % 为煤电 ; 加利福尼亚 一墨西哥电力系统 , 高峰负荷在夏季 , 依赖天然气发电厂 , 约占 47 % 。 1 9 9 8 年W S C C 美国部分的装机容量为 13 560 万 kw , 发电量为 6 360 亿 k丫V . h ; 加拿大部分的装机容量为 1 8 80 万 】‘W , 发电量为 1 080 亿 k w . h ; 墨西哥部分的装机容量为 170 万 kw , 发电量为 75 亿 kw .h 。 W S C C 的 1 /3 装 机容量为水 电 , 主要 由美国西北部的哥伦比亚河流域的水电站群向南部送电 。 西部电 力系统的 2 3 0 k V 、 3 4 5 kV 和 5 0 0 kV 的交流输电线路总长为 1 0 7 7 0 0 k m (回路 ) , 直流 士50 0 kv 线路长 2 1 1 4 k m (回路 )。 本区的北部为不列颠哥伦比亚和艾伯塔电力系统 , 与美国的电力系统有很强的联系 。 1 . 10 联合电力系统调度 美国联邦政府一直鼓励电力系统加强互联和协调 。 供电地域相邻的电力公司为了规 模效益和提高运行可靠性以及有效利用资源 , 通过双边或多边的协议规定电力交换和 建立各种不同内容和形式的共 同管理和协调机构 , 组成联合电力系统 。 各电力公司通 过各 自的电力调度所进行独立的运行调度 ; 也有的是数家公司对其所属 的电网实行统 一调度 ,还有一种是由数家公司组成联合电网 , 实行电力联营 。 联营各公司之间都通过 协议方式 . , 送受所议定的电力 , 建立危急状况下的相互支援关系 。 自 19 63 年开始 建立的自愿组成的北美电力系统互联委员会 (N A PSI C ) , 现包括 10 个互联电力系统 , 由 1 3 3 个控制区组成 。 每个控制区都必须保持本区发电出力与负荷平衡 , 并监视与相 令巧电力系统交换功率 。 1 . 11 科研与制造 1 . n . 1 公用电业的科研机构 美国没有全国性的电力科学研究单位 , 电力科研工作由各公用 电业分别进行 。 为了 协调科研工作 , 许多私营公用电业在 1 933 年成立的爱迪生电气协会 (E E I) 中 , 设立 了研究委员会 , 对某些有共性的项目进行使用研究 , 但缺乏统一规划和较大范围的协调 管理 。 为此 , 19 6 5 年成立了电力研究委员会 (R EC ) 。 197 2 年又成立了电力研究协会 (E PR I) 。 EP R I 的总部设在加州帕洛阿尔托 , 其任务是进行发 、 输 、 配 、 用 电方面的 科研工作 , 组织协调各公用电业的新技术开发 , 组织技术和信息交流 。 电力研究协会现 美国大停电 有 7 00 多个会员单位 , 其会员向全世界范围的发 、 输 、 配电业开放 , 并在北美 、 欧洲 、 亚洲 、 南非和拉丁美洲都有他们的派出机构 。 协会为非盈利机构 , 协会经费的 80 %来 自各公司按售电量提取的费用 , 另外 20 %来自委托科研项目的收费 。 1 . 11 . 2 电力设备制造企业 美国主要的电力设备制造企业有 : 通用 电气公司 (G E )、 西屋电气公司 (W H )、 美国巴布柯克 、威尔柯克斯公司 ( B & W )、 燃烧工程公司 (C E )和福斯特惠勒公司 (FW ) 等 。 1 . 12 美国公用电业的管制机构和体制 迄止 70 年代后期 , 美国的公用电业都由地方政府授权在一定区域内垄断经营供电 业务 。 为了消除由垄断价格获取垄断利润等弊病 , 设置了管制机构 。 与公用电业有关 的联邦级管制机构有 : . 由联邦动力委员会改组于 1 9 7 7 年成立的联邦能源管制委员会(FE R C ) , FE R C 在电业方面的权限是管理州际间电力夏售电价和送电电价 、 发布夏售托送指令 、 认可合 格设备 (QF ) 以及发布和实施公用事业管制法 (PU R p A ) 等 ; 证券交易委员会 (SE C ) , 负责管制州际交易的有价证券 ; 核能管制委员会 (N R C ) , 管制所有反应堆的建设 、 运行及核材料的销售 、 整: 配和购买 ; . 环境保护署 (EPA ) , 制定大气 、 水质 、 放射性废弃物和噪音等环境并加 以管制 ; 以及独立管制委员会等 。 此外 , 与电力事业发展有关的机构还有内务部的垦务局 、 陆军工程师团以及农业部 的农村电气化局 。 各州政府不直接干预电力公司的日常业务 , 只监督和管制零售 、 夏售 和交换电力的电价 , 审批和颁布电力建设许可证 , 掌握和监督电网的联接 、 合并或分解 , 以及核定有关证券的发行和销售等 。 根据 1997 年国会通过的 “能源部设置法案 ” 将原有 联邦动力委员会 、 联邦能源管理局和能源研究开发署合并改组为能源部 。 其主要职能是 研究制订能源政策和长远规划 、 审核年度预算以及监督和评价计划执行情况等 。 近 20 年来 , 美国电力行业进行了改革 , 公用电业的自然垄断地位被削弱 。 自 1 978 年公布了公用事业管制政策法以来 , 非公用电业的 QF 和 IP P (独立发电业主 ) 的发电 设备快速增长 。 1 9 8 6一 1 994 年间 IP P 电源平均年增加 500 万 kw , 到 1 9 9 9 年非公用电 业的发电设备已有 16 735 .7 万 k w , 发电量达 5 693 .3 6 亿 k w ·h , 分别占全国总装机和 发电量的 19 . 8 %和 15 . 2 % 。 1 . 13 美国公用电业的改革动向 以 1 99 2 年新能源法案的公布 , 19% 年联邦能源管制委员会 (FE R C ) 第 888 和 889 法令的颁布为主要标志 , 美国开始了以放松电力管制 , 在发电领域引入竞争 , 给用户选 择供电者权利为主要特征的电力市场改革 。 其原则是 : 在电力生产和供应的各个环节开 展竞争 , 实行输电网络开放 , 对输电网络服务和辅助服务分别制定统一的收费原则 , 确 保对所有市场成员一视同仁 。 第 888 和 889 法令的内容包括 : 规定电网必须向使用者无歧视地开放 ; 制定统一的 输电网收费原则 ; 建立开放的输电网络公共信息系统 (O A SIs )。 其中第 888 号法令主 第 2 9 卷 水利电力科技 第 3 期 要是说明输电网收费标准 , 要求电力企业对 6 项辅助服务进行成本分析 , 逐一定价 , 包 括无功容量价格 、 备用容量价格等 ; 第 5 89 号法令规定了发电厂必须与输电网分离 、 开放输电网络公共信息系统的标准和通信规约 、 发 电厂与电网分开的具体要求 。 F E R C 是美国电力市场的监管者 。 公用事业管制法 (PU RPA ) 的实施推动了发电 部门的自由化 , 鼓励引入发电的市场机制 , 展开相同部 门间的竞争 。 由于燃气轮机和 联合循环技术的进步 , 非公用独立发电厂的介入以及相邻电力公司电价的差距 , 促使 大电力用户跨州购电的自由化 。 1 9 9 5 年召开的电力工业改革会议决定在加利福尼亚等 10 个州开展第 1 批试点 , 然后进行亚利桑那州等 6 个州的第 2 批试点。 交易模式有双边合同和 P0 0 L 2 种模式 。双边合同模式是指电力生产者和购买者之 间签订双边合同 , 并报系统调度运行部门。 PO O L 模式是指所有电力汇总到 P 0 0 L 处 , 所有的购买者到 P 0 0 L 处购电 , 买者和卖者分别对 P O O L 进行交易。 随着发电市场自由化 , 电力托送 (批发托送 ) 兴起 。 F E R c 于 1 9 9 6 年颁布了关于 输电网开放式托送电力的 2 项法令 , 即 M E G A 法规 。 其法律的宗旨是在电力夏售市场 引入全面和公平的竞争 。 该法规还规定了关于独立系统运营者 (15 0 ) 的条例 。 独立系 统运营者并不是电网所有者 , 它与发电企业没有利害关系 。 它对输电网的使用权保证 了输电线路进一步开放 。 美国部分州的电力市场由独立系统运营者 (15 0 ) 运作 , 15 0 由 FE R C 监管 。 15 0 的职责是保证电力安全地输送到用户 , 保证输电网络的可靠运行 , 并对使用者无歧视地开放 。 电力供应服务商 (E SP ) 可直接与 15 0 签订合同 , 或通过 计划协调员获得进入开放电力市场的输电通道 , 输电网络由 15 0 负责运行 。 15 0 是否 买卖电能 , 不同的州有不同的规定 。 另有一些州是通过电力交易机构 (P X ) 和 15 0 联合运作 。 各发电厂商必须将所有 的发电量售给 P X 。 所有用户均从 PX 中购买所需电能 。 PX 通过 15 0 传输电能 。 同时 PX 还是地区配电公司 (U D C ) 的计划协调员 。 PX 的电力交易可分成按提前 1 天 、 1 小时以及实时电力市场 。 交易内容包括电量交易和辅助交易 。 美国 已形成了多种模式的电力市场 , 从交易模式来看 , 加州和美国东部宾州一新泽 西一马里兰 (PJM ) 是 2 种不同的典型 。 加州电力市场为了竞争的公开性 , 防止发电商 和零售商操纵市扬 , 采用实时电力交易方式 , 排斥了中长期合同 , 使巨大的电力市场 处于即时交易状态 。 一天分成 48 个时段 , 每个时段电价不同 , 即时平衡 。 当电力处于 高峰负荷时 , 市场和 电价处于十分不稳定状态 。 PJM 采用以中长期合同交易为主的方 式 , 即时交易量仅占 15 % 。 20 00 年加州发生的电力危机以及 2 001 年 3 月 27 日英国取消 PO O L 模式 , 正式实 行新电力交易规则 , 已引起广泛的关注 , 给正在发展中的世界电力市场化的改革提供 了深刻的经验和教训 。 1 . 14 美国各州电力改革现状 ( 1 ) 阿 拉 巴 马 州 鉴于当时没有证据表明电力重组和市场竞争符合大众利益 , 州管制机构于2 0 0 0年 12月投票通过暂缓电力重组 。 (2 ) 阿 拉 斯 加 州 该州地域偏远 , 电力公司之间只实现了有限联网 , 这限制了电力市场的竞争 。 预 计近期不会通过关于电力重组的新法案 。 美国大停电 (3 ) 亚 利 桑 那 州 该州的电力重组方案针对所有的公共电力公司和 9家电力合作公司 。 2 0 01 年 1月该 州的大部分地区己经引入电力竞争 。 在组建区域输电组织之前 , 管制机构要求所有的 输电公司成立一家州内的独立系统管理机构 。 (4) 阿 肯 色 州 2 0 0 1年6月该州决定把开始放松电力管制的时间从2 002 年1月推迟至 2 003 年 10 月 , 并授权州公共服务委员会 (PSC )根据本州的输电系统和发电能力而建议是否进一步延 期 。 鉴于本州的电力成本低于 国家平均水平 , 并且预计未来若干年内仍保持低电价 , 该委员会于2 0 01 年 12 月建议最早在 2 0 1 0年通过电力重组法案 。 (5) 加 里 福 尼 亚 州 2 0 0 0年加州出现电力危机 。 2 0 0 1年1月州政府采取紧急措施 , 恢复对本州公共发电 公司的电价管制 , 并通过代理公司为用户购买 电力 。 2 001 年9月20 日, 州公共事业委员 会 (PU C ) 决定暂缓执行用户直接购电 , 最迟至州政府停止为用户购电 。 (6 ) 科 罗 拉 多 州 该州2 0 0 1年没有考虑进行电力重组 。 预计近期也不会通过关于电力重组的新法案 。 (7 ) 康 涅 狄 格 州 州电力竞争法案包括 : 降低电价10 % , 补偿转型期成本 , 制定电力公司行为准则 , 补贴低收入家庭 , 规定新能源的比重等 。 2 0 01 年4月州议会成立专家组 , 讨论电力重组 方案 , 为立法机构提供建议 。 (8 ) 特 拉 华 州 该州于 2 0 0 0年8月实现了全部用户的零售竞争 。 电力重组法案包括降低电价 , 补偿 转型期成本 , 提供竞争性表计等 。 (9) 哥 伦 比 亚 特 区 该州于 2 0 0 1年 1月实现用户选择权法案 , 包括降低电价 , 限制电价 , 保护用户 , 补 偿转型期成本 , 制定行为准则 , 提供多种福利等 。 (1 0 ) 佛 罗 里 达 州 该州于2 000 年 5月成立佛罗里达州2 0 2 0年能源研究委员会 。 委员会于2 0 01 年12 月发 表了一份报告 , 建议在佛州建立竞争性电力批发市场 , 消除进入商业发电厂的壁垒 , 售卖发电资产 , 并建议最早于2 004 年引入零售竞争 。 (1 1 ) 乔 治 亚 州 鉴于本州的电价低于国家平均水平 , 州公共服务委员会建议近期不考虑电力重组 新法案 。 (1 2 ) 夏 威 夷 州 目前 , 该州没有考虑电力重组法案 。 ( 1 3 ) 爱 达 荷 州 近期不会通过关于 电力重组的新法案 。 (1 4 ) 伊 利 诺 斯 州 1 9 9 9年6月该州修改了重组法案 , 规定 : 电价上浮不得超过2 % , 2 0 0 6年补偿转型 期成本 , 从2 001 年10 月加速降低居民电价等 。 第 2 9 卷 水利电力科技 第 3 期 (1 5 ) 印 地 安 那 州 该州在 2 0 0 0年和 2 001 年议会会议期间 , 没有深入讨论电力重组 。 预计近期不会通 过关于电力重组的新法案 。 (1 6 ) 爱 荷 华 州 该州在2 001 年议会会议期间 , 没有深入讨论电力重组 。 预计近期也不会通过关于 电力重组的新法案 。 (1 7 ) 堪 萨 斯 州 该州在2 001 年议会会议期间讨论了关于独立发电商的资格 , 但没有通过法案 。 近 期也不会通过关于电力重组或零售竞争的新法案 。 (1 8 ) 肯 塔 基 州 2 0 01 年底该州能源顾问委员会发表了一份报告 。 近期不会通过关于电力重组的新 法案 。 (1 9 ) 路 易 斯 安 那 州 该州公共服务委员会于 2 0 01 年1月公布电力市场重组草案 , 建议于2 003 年 1月开放 大用户购 电选择权 。 但此建议于2 001 年n 月被拒绝 。 该委员会还发布了建议 《公共服 务委员会关于竞争过度计划的最终建议》, 介绍其他州的竞争经验 , 建议在2 0 0 5年前研 究竞争是否符合全体公民的利益 。 (2 0 ) 缅 因 州 该州的重组法案包括补偿转型期成本 、 剥离发电公司 、 新能源电力不低于30 % , 补贴核电退役成本等 。 目前 , 州公共服务委员会同意对没有选择竞争性供电公司的用 户调整电价 。 (2 1 ) 马 里 兰 州 该州电力竞争法案包括 : 公共电力公司的用户在 2 0 01 年之前拥有选择权 , 电力合 作公司的用户在2 003 年7月之前拥有选择权 , 限制居 民电价 , 居民电价在四年中降 0. 7 5 一 3 % , 补偿转型期成本等 。 (2 2 ) 马 萨 诸 塞 州 该州于 19 98 年3月开始实行电力零售竞争 , 包括降低电价 , 补偿转型期成本 , 注重 环保 , 考虑社会公平等 。 2 001 年立法委员会专家组检查了重组法案 , 预计近期会提出 建议 。 (2 3 ) 密 歇 根 州 根据州电力重组法案 , 所有公共电力公司的用户在 2 001 年1月拥有选择权 , 合作电 力公司的用户在晚些时间拥有选择权 ; 电价在2 0 03 年前降低 5 % ; 补偿转型期成本 ; 保 护用户利益和公共福利 ; 要求本州两家最大的电力公司增加装机2 000 人4、V , 进而加入 区域输电组织 (R T O ) 或剥离输电业务 。 (2 4 ) 明 尼 苏 达 州 州议会于2 001 年通过了保证明尼苏达州未来能源的法案 , 内容包括简化发输电项 目的审批 、 集中能源规划 、 鼓励利用新能源等 , 但没有改变行业结构和管制 。 鉴于加 州电力危机和本州的电价低于平均水平 , 州议会近几年不可能通过电力重组或竞争的 法案 。 美国大停电 (2 5 ) 密 西 西 t匕州 该州公共服务委员会认为电力竞争不符合大众利益 , 而终止了关于电力重组和零 售竞争的研究 。 州议会在2 0 0 1年会议期间没有讨论重组方案 , 预计近几年也不会通过 电力重组法案 。 (2 6 ) 密 苏 里 州 州议会近期不可能通过重组法案或零售竞争法案 。 (2 7 ) 蒙 大 纳 州 州公共服务委员会于2 0 0 0年n 月决定推迟电力零售完全竞争至2 0 0 4年6月 。 2 0 0 1年 S月州议会通过H B 474 法案 , 限制电价上升 , 将用户选择权推迟至2 0 0 7年执行 。 目前 , 大多数农村电力公司不希望电力重组或提供零售选择权 。 同时 , 大多数用户也没有准 备拥有购电选择权 。 (2 8 ) 内 布 拉 斯 加 州 州议会进行了对公共电力公司进行重组的法案研究 , 但预计近期不会通过电力零 售竞争法案 。 (2 9 ) 内 华 达 州 鉴于加州的电力危机 , 该州于2 0 01 年4月暂缓电力重组 , 在2 0 02 年4 一6月间执行大用 户选择权 。 同时 , 决定在三年内限制燃料和购电成本 , 延期偿还电力公司剥离的发电 资产 。 (3 0 ) 新 罕 布 什 尔 州 2 0 0 1年 5月州议会通过H B 4 89 法案 , 批准州公共服务公司 (P SN H ) 的重组方案 , 内容包括降低电价 15 5 % 、 补偿转型期成本 、 实施零售竞争等 , 但要求P S N H 至少推迟 3 3个月后剥离水电站和火电厂 。 (3 1 ) 新 泽 西 州 1 9 9 9年n 月通过竞争方案 , 内容包括 : 立即降低电价5 % , 并在未来3年内再逐步 降低 5% ; 补偿转型期成本 ; 鼓励自由购电 ; 保护用户利益 。 (3 2 ) 新 墨 西 哥 州 2 001 年3月通过了新的立法 , 延期零售竞争的开放时间 , 在2 0 0 7年 1月开放学校和 居民选择权 , 在 2 008 年7月实现完全用户选择权 。 竞争方案的内容包括 : 电力公司5年 内最多补偿转型期成本的50 % ; 补贴低收入家庭和新能源项目; 发电与输配电业务分 离 , 但不要求剥离发电资产 。 (3 3 ) 纽 约 州 2 0 0 1年州公共服务委员会完善了电力市场的设计方案 , 允许各电力公司根据实际 J清况开放零售市场 。 2 0 01 年6月该委员会颁布了纽约州关于电力和天然气供应商之间进 行常规商业信息和数据电子交换的标准 , 以及建立统一零售帐单和支付手续的命令 , 方便用户以同一个帐单消费电力和/或天然气 。 (3 4 ) 北 卡 罗 莱 纳 州 2 001 年 1月州立法研究专家组决定仔细研究电力市场重组所带来的各种问题后再 引入零售竞争 。 专家组重点考虑如何保护用户利益和鼓励投资建设电厂 。 州议会在2 0 0 1 年会议期间没有讨论重组方案 。 第 2 9 卷 水利电力科技 第 3 期 (3 5 ) 北 达 科 他 州 州电力行业竞争委员会一直研究竞争对本州发电、 输电 、 配电的影响 。 预计近期 不会进行电力重组或零售竞争 。 (3 6 ) 俄 亥 俄 州 根据 1 9 9 9年7月重组法案的规定 , 于2 0 0 1年1月开放电力零售市场 , 用户直接选择 供电商 ; 在5年内冻结电价 , 并降低居 民电价 5% ; 加入区域输电组织 ; 制定行为准则 。 (3 7 ) 阿 克 拉 荷 马 州 2 001 年6月该州通过SB 440 法案 , 暂缓电力零售竞争 , 并组织了一个9人工作组 , 研 究放松管制的影响 。 (3 8 ) 俄 勒 冈 州 19 9 9年7月法案规定本州在 2 001 年10 月前实现非居 民用户直接购电 , 居民用户和小 商业用户拥有选择权 。 2 0 0 1年8月通过了H B 3 6 3 3法案 , 重组方案被推迟至2 002 年3月执 行 , 包括对大用户开始零售竞争和居民拥有购电选择权 。 (3 9 ) 宾 西 法 尼 亚 州 19 9 6年重组法案规定在2 0 0 0年引入零售竞争 , 补偿转型期成本 , 降低电价 , 节约 能源 , 发电电价与输配电分离 。 2 0 01 年3月通过新立法 , 制定行为准则 , 允许供电公司 对当时没有购电选择权的用户竞价供电 。 (4 0 ) 罗 得 岛 州 该州是美国电力改革的先行者 , 于1 997 年7月开始零售竞争 。 由于电价上升 , 2 001 年5月州议会通过决议 , 计划修改原重组法案 。 (4 1 ) 南 卡 罗 莱 纳 州 鉴于本州的电价低于国家平均水平 , 州议会在2 0 01 年会议期间讨论了重组方案 , 但没有通过决议 。 (4 2 ) 南 达 科 他 州 州公共事业委员会认为“ 目前没有必要进行电力行业重组” 。 州议会在2 0 01 年没有 通过重组法案 。 (4 3 ) 田 纳 西 州 该州的电力主要来自田纳西流域管理局 (T 、叭 ) 。 T 丫A 是一家联邦公司 , 不受州政 府管制 。 2 0 0 1年该州暂缓批准建设新商业电厂 。 (4 4) 得 克 萨 斯 州 1 9 9 9年6月州零售竞争法规定 : 在2 0 02 年之前引入零售竞争 ; 补偿转型期成本 ; 对 老电厂的环保要求 ; 限制电力公司拥有的发电资产 ; 竞争性表计 ; 对新能源的要求 ; 零售实验项目等 。 2 002 年 1月该州大部分地区实现了零售竞争 。 但是 , 北部某些区域由 于条件不成熟而没有进行零售竞争 。 (4 5 ) 犹 他 州 州立法专家组更多考虑了未来能源需求和电力行业结构 , 而没有深入研究电力重 组和竞争 。 本州在2 001 年没有通过重组法案 。 (4 6 ) 佛 蒙 特 州 州公共服务委员会认为零售竞争不符合大众利益 , 于2 0 01 年12 月拒绝了电力重组 l1 美国大停电 计划 。 (4 7 ) 维 吉 尼 亚 州 19 9 8年电力重组法规定 : 在2 0 02 年引入用户选择权 , 在 2 007 年之前限制电价 , 补 偿转型期成本 。 2 002 年 1月1日开始实施用户选择权 , 目前该州稳步推进电力重组方案 。 (4 8 ) 华 盛 顿 州 2 00 1年议会讨论了如何修改能源政策 , 但没有通过法案 。 预计近期也不会通过电 力重组或零售竞争法案 。 (4 9) 西 维 吉 尼 亚 州 2 0 0 0年3月州议会通过了零售竞争方案 , 计划在2 0 01 年1月开始全面实施用户选择 权 。 由于税收改革滞后 , 不得不暂缓电力竞争方案 。 本州在2 001 年没有通过电力重组 法案 。 (5 0 ) 威 斯 康 星 州 目前 , 州议会和法院正在研究本州的发电 、 输电 、 电力系统扩容等 。 在2 0 0 1年没 有通过电力重组法案 。 (5 1 ) 怀 俄 明 州 2 0 0 0 一 2 0 0 1年州议会讨论了电力重组问题 , 但没有通过法案 。 1 . 1 5 美国能源部输电网研究报告内容提要 美国输电网系统是 由一个覆盖广泛的互联高压线路组成的 , 承担着将电能从发电 商向用户输送的任务 。 输电系统必须足够灵活 , 随时满足国家不断增长的对可靠 、 价 格合理的电力需求 。 在过去1 00 年里 , 输电系统是由垂直一体化的公用 电力企业建设 , 并负责本地区的 电力生产和运输 。 相邻的企业间有少量的联络线以提高可靠性和进行富余电力交换 。 在过去的10 年里 , 在电力批发市场引入了竞争 , 通过鼓励发电投资和提高运行效率的 方式来降低用户用 电成本 。 目前 , 输电系统在电力批发市场中扮演着州际高速公路的 角色 。 现在越来越多的证据表明 , 美国的输电网迫切需要现代化 。 因电力需求的增长和 发电设备投资增加而新的配套输电设施没有相应跟上 , 输电系统己变得非常拥挤了。 由于未完全过渡到公平高效的竞争性批发市场 , 使输电问题变得更加恶化 。 由于现有 的输电系统并不是按当前的负荷水平设计的 , 经常性的输电限制和 “瓶颈”增加了用户 成本和停电风险 。 为保证当前及将来的可靠的价格合理的电力供应 , 有必要消除输电限制和瓶颈 。 能源部进行一个美国输电系统独立评估中发现 : 美国输电系统帮助电力批发市场每年为用户减少了130 亿美元的电费开支 。 尽管存在上述成效 , 但由于地区间输电线路阻塞 , 每年导致用户增加数亿美元: 开支 。 消除美国4个地区 (加利福尼亚 、 PJM 、 纽约和新英格兰 ) 中的任一个瓶颈 , 能 为用户每年减少支出5亿美元 。 能源部的分析中还不包括所有因素 , 如瓶颈对可靠性的 影响 , 如果加上这些 , 这个数还要更大 。 . 引进先进的输电技术 、 提高运行业务水平 、 发电厂选址更靠近电力负荷需求地 区 、 通过提高电能使用效率 , 减少用 电需求和分散布置电厂都有助于减少输电阻塞 。 l2 第 29 卷 水利电力科技 第 3 期 . 更好利用现有设施能有助于延缓对新输电设施的需求 , 但还不能完全避免建设 新输电设施 。 清醒的认识到输电瓶颈和输电系统需要现代化还有很多工作要做 。 电能在全部能 源消费中的比例在不断上升 , 由1 9 7 0年的8 %上升到20 00 年的16 % 。 这反映了经济在向 高精尖 、 信息化方向转型 。 电能是不易储存的商品。 输电系统基础设施是经济体的重 要组成部分 。 设想一条州际高速公路没有储运车站和货栈 , 交通阻塞不仅意味着运输 商品的时间损失 , 而且还损失商品本身 。 这是运输基础设施的特性 。 这就是为什么消 除瓶颈和维护发展一个高效输电基础设施如此重要 。 这份报告提出了有助于保证一个 强大和可靠的21 世纪输电网的51 条建议 。 其中主要有下列六条 : 第一 , 通过完全过渡到竞争性区域电力批发市场加强管制 。 第二 , 需要建立一套识别和提示关系国家利益的输电瓶颈的方法 。 第三 , 通过提高输电系统运行水平和充分利用现有设备的方法避免或延缓对新输 电设施的需求 。 第四 , 用户自愿减少用电需求 、 追求能源使用效率的选择权和分散分布电厂应在 区域电力市场内协调 。 第五 , 为保证可靠性规则的依法执行 , 必须包括对违规者的强制性惩罚 , 惩罚标 准要与违规所产生的风险相称 。 第六 , 能源部通过建立一个新的输配电办公室来加强对输电研究和发展及政策的 领导 。 现在是需要将研究提出的建议付诸于实施的时候了。 私人企业和联邦 、 州和地方 政府必须共同努力 , 保证美国的输电系统能满足国家 21 世纪对可靠 、 价格合理的电力 需求 。 2 2 0 0 3 年 8 月 1 4 日北美大停电 2 0 0 3年S月美国东部时间14 日下午4时左右 , 美国东北部和加拿大部分地区发生了 大面积停电 , 这是北美历史上最大规模的断电事故 , 除了纽约 、 底特律和克利夫兰等 大城市电力全部中断外 , 断电的还有新泽西 、 俄亥俄 、 密歇根 、 康涅狄格 、 宾夕法尼 亚 、 佛蒙特 、 马萨诸塞等州和加拿大首都握太华 、 第一大城市多伦多、 西部城市温莎 和安大略省北部地区的诺斯贝市 , 给当地交通 、 通信和居民的生活造成了严重的影响。 随后 , 美国关闭了位于纽约等四个州境内的九座核电站 。 2 . 1 停电造成的影响 在纽约市 , 停电影响了地铁 、 电梯以及机场的正常运营 , 成千上万的市民受停电 影响 , 涌上街头 , 街道上到处是拥挤的人群 。 在付费电话前 , 人们排成了长队 , 因为 大部分手机因为停电而无法接通 。 市区的桥梁和通道开始禁止车辆进入市区。 14 日纽 约市发生 了60 起严重火灾 , 电梯救援行动多达5 00 次 , 紧急求救电话接近8万次 , 急诊 医疗服务求助电话也达创记录的5 0 00 次 。 15 日早上 , 尽管电力供应得以部分恢复 , 但 由于地铁停开 , 交通信号灯仍没有恢复正常 , 成千上万的纽约市民一大早起来显得有 些手足无措 , 街头景象忙乱不堪 。 15 日, 美国密歇根州和俄亥俄州部分地区又开始面 临缺水威胁 , 密歇根州东南部的5个县进入紧急状态 , 俄亥俄州的克利夫兰市 , 100 多 万居 民14 日晚靠国民警卫队运来的水度过了一个夜晚 。 l3 美国大停电 美国这次大停电 , 造