冷空气让燃机更有力
这一条没写进模型
这不是一篇关于芯片的报告。它讲的是美国最大的电力市场 PJM 用来决定「今年该买多少发电厂」的那个模型——一个到目前为止对外是黑箱的模型。SemiAnalysis 的能源团队花了六个月,把它从公开资料里重建了出来。
重建之后他们发现的东西,可以用一句物理常识概括:冷空气密度更大,燃气轮机在冬天能多发电——最高多出 25%。而 PJM 的模型只承认冬天电厂更容易坏,不承认冬天电厂更有力。这一条没写进去的代价,是 6,600 万人在两场拍卖里多付的约 116 亿美元。而九月底,同一个缺口还要再用一次。
一句物理常识,和它在电费单上的价格
先把全篇的因果链摆出来,后面每一节都是在给这条链补细节
整份报告的逻辑链只有五步,而且第一步是中学物理:
- 一、燃气轮机是一台「质量流量机器」。它把空气压缩、混合燃料、点燃、推动叶片。空气越冷、密度越大,同样体积里的氧气越多,同一台机器能榨出的电就越多。报告给的量级是:对燃气轮机而言,这个增益最高可达 25%;而 PJM 自己的分类表里,冬季月份的平均值是 8.4%。
- 二、PJM 的模型只记得坏消息。它承认冬天燃气电厂更容易同时故障(冻管、冻阀、冻仪表),却按夏天的额定出力来计算所有热电厂在冬天的能力。报告的说法是:如果只算冬天的失效风险、不算冬天的出力增益,你就把风险重复计了一遍。
- 三、于是模型认为自己缺电,就去买电厂。PJM 每年办一次容量拍卖,替整个电网买「随叫随到的发电能力」。模型算出的缺口越大,要买的越多。
- 四、而 PJM 的供给曲线是「直角形」的。绝大部分老电厂报价极低,最后 1% 的新电厂报价极高。所以在满负荷附近,多买一点点电量,价格会跳一大截——而拍卖是统一出清价,那个跳起来的价格要付给全部机组。
- 五、账单落在 6,600 万人身上。PJM 覆盖区域的电费在 2025 年 6 月跳涨 17–24%,各州监管机构把容量拍卖点名为主因。
SemiAnalysis 做的事,就是把第三步那个模型重建出来,把第一、二步漏掉的两件事补进去,然后看第四、五步的数字会变成什么样。
补课:什么是容量市场,以及为什么只有美国这一家这么干
本节不是报告原文,是本站为不熟悉美国电力市场的读者垫的地基
中文读者对电力市场的直觉通常来自「按度电付钱」。但 PJM 收的这笔钱不是电费,是「待命费」。要理解后面所有的数字,先要把这件事说清楚。
问题的起点叫「缺失的钱」(missing money)。一座电厂有两种成本:多发一小时电的成本(燃料、人工、变动维护,称短期边际成本),和当初把它盖起来并维持它存在的成本(资本、资产、固定维护,称长期边际成本)。日常的电能市场按最后一台被调用的机组的短期边际成本出清——这套机制能逼出真实报价,但它结构性地补不上第二种成本。差额就是「缺失的钱」。
两种补法。一种是德州 ERCOT 的做法:只设电能市场,让稀缺时刻的电价飙到极高,电厂在那几个小时里把钱赚回来。另一种就是容量市场:电网每年办一次拍卖,替所有用户预先买下「随叫随到的能力」,付钱给电厂只为它存在、不为它发电。这被认为是更稳的做法。
PJM 的特殊之处在于它把这件事做到了极端。报告列出的对照是:
| 市场 | 有多少产能按统一出清价结算 | 新老电厂是否分开 | 用户暴露程度 |
|---|---|---|---|
| PJM(美国) | 约 93% | 不分开——全世界唯一 | 几乎全额暴露 |
| MISO(美国中西部) | 剩余拍卖仅约 15% | — | 2025/26 夏季需求约 86% 在拍卖之外满足 |
| 纽约 | 按月滚动 | — | 分散 |
| 加州 | 双边合同为主 | — | 合同锁定 |
| 德州 ERCOT | 无容量拍卖 | — | 走电能市场稀缺定价 |
| 英国/爱尔兰/意大利/日本 | 有中央拍卖 | 合格新电厂给 10 或 20 年合同,老电厂一般 1 年 | 新老分层 |
| 新英格兰 | — | 已彻底放弃该设计 | — |
BRA(基础剩余拍卖)——每年那场主拍卖,PJM 在这里买下交割年度所需的容量。本篇所有价格($270、$329、$333、$325)都是它的出清价,单位是美元/兆瓦·日,即「一兆瓦的待命能力,一天多少钱」。
RRS(备用需求研究)——决定「今年该买多少」的那个模型,也就是本篇的主角、那个黑箱。2024 年 PJM 把它从旧的 EFORd 体系换成了逐小时的风险模拟。
LOLE 0.1——可靠性标准:平均十年只允许出现一天「供不上」的日子。模型的全部工作,就是算出「要多少容量才能把 LOLE 压到 0.1」。这个数一变,拍卖买多少就跟着变。
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