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- Words: 7,315
- Pages: 7
i CONTENTS
SECTION ONE: INTRODUCTION ..................................................1 Today’s Electricity Marketplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Electricity in Modern Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 A Brief History of Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 S E C T I O N T W O : W H AT I S E L E C T R I C I T Y ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 How Electricity is Created . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 How Electricity is Used to Perform Useful Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 The Key Components of the Electric Delivery System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 The Key Physical Properties of an Electric Delivery System . . . . . . . . . . . . . . . .16 Electricity Cannot be Stored
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
The Path of Electrical Flow is Difficult to Control . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 Disturbances Travel Very Quickly and are Hard to Contain . . . . . . . . . . .17 Outages and Significant Voltage or Frequency Fluctuations are Not Acceptable . . .17 The Four Key Physical Sectors of the Electricity Business . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 SECTION THREE: ELECTRIC CONSUMERS .....................................21 Residential Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Commercial Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Industrial Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Aggregate Demand Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 S E C T I O N F O U R : G E N E R AT I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 Types of Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 Coal
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Nuclear
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Natural Gas Hydro
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
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Fuel Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Renewables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Distributed Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
v
CONTENTS
Environmental Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Electric Generation, Global Warming and the Kyoto Protocol Demand Response as an Alternative to Generation . . . . . . . Use of Generation to Satisfy the Load Curve . . . . . . . . . . .
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.43 .44 .46 .47
Baseload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 Intermediate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 Peaking . . . . . . . . . . . . . . Ownership of Generation . . . . . . Developing a Generation Portfolio The Future of Generation . . . . . .
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SECTION FIVE: TRANSMISSION ................................................55 Physical Characteristics of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 Operation and Planning of the Transmission System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 Transmission System Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Ownership of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Issues with Transmission Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 The Current Status of the U.S. Transmission System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 i
SECTION SIX: DISTRIBUTION ...................................................63 Physical Characteristics of Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 Radial Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Loop Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Network System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operating and Planning of the Distribution System . . . . . . . . . . . . . . . Distribution System Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ownership and the Current Status of Distribution Systems . . . . . . . . . .
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.67 .68 .69 .69
S E C T I O N S E V E N : E L E C T R I C S Y S T E M O P E R AT I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 Operational Characteristics of Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 What System Operations Does . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 Who Handles System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 Forecasting and Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 Demand Forecasting
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
Scheduling Generation, Transmission and Reserves . . . . . . . . . . . . . . . .76 Ancillary Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 Automatic Generation Control (AGC)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Spinning Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 Non-spinning Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 Supplemental Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
vi
U N D E R S TA N D I N G T O D AY ’ S E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S
Voltage Support
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
Black Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 How Supply and Demand are Kept in Balance in Real Time . . . . . . . . . . . . . . .78 The Changing Role of System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 S E C T I O N E I G H T: M A R K E T PA R T I C I PA N T S I N T H E D E L I V E R Y C H A I N . . . . . 8 3 Participants in the Vertically-Integrated Market Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Investor-Owned Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Municipal Utilities and Public Utility Districts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 Rural Electric Co-ops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 Federal Power Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85 Public Power Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Power Pools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Energy Services Companies (ESCOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Independent Power Producers and Electric Marketers . . . . . . . . . . . . . . .86 Participants in Restructured or Competitive Electric Markets . . . . . . . . . . . . . . .87 Merchant Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 Transmission Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 Independent System Operators (ISOs)/Regional Transmission Organizations (RTOs) .88 Electric Marketers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Financial Services Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 Transmission Owners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 Utility Distribution Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 Load Serving Entities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 Energy Services Companies (ESCOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 SECTION NINE: ELECTRIC MARKET STRUCTURES ............................93 What is an Electric Market Structure? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 Vertically-Integrated Monopoly Utility Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 The Current Status of Vertically-Integrated Monopoly Utility . . . . . . . . . . .96 Single Buyer with Competitive Generation Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 The Current Status of Single Buyer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Wholesale/Industrial Competition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 The Current Status of Wholesale/Industrial Competition . . . . . . . . . . . .100 Complete Retail Competition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 The Current Status of Complete Retail Competition . . . . . . . . . . . . . . . .101 Trading Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 Wheeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 Decentralized . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
vii
CONTENTS
Integrated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 The Current Status of Market Structures and Trading Arrangements . . . . . . . . .107 S E C T I O N T E N : R E G U L AT I O N I N T H E Why Regulate the Electric Industry? . . The Goals of Regulators . . . . . . . . . . The Historical Basis for Regulation . . . State Regulation
ELECTRIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
INDUSTRY ...............109 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Federal Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 Who Regulates What? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113 The Regulatory Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114 The Initial Filing
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
Preliminary Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 Hearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 The Draft Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 The Final Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Review of Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Tariffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Setting Rates through a Traditional Ratecase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
i
Determining the Authorized Rate of Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Forecasting Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Determining a Revenue Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Allocating Revenue to Customer Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Determining Rate Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Allocating Revenue to Charge Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 Determining the Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 Incentive Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 Performance-based
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121 Rate Caps
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Service Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Market-based Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . State and Federal Rate Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . The Future of Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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SECTION ELEVEN: THE CONCEPTS OF MARKET RESTRUCTURING ......125 Why Restructuring? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126 The Market Maturation Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
viii
U N D E R S TA N D I N G T O D AY ’ S E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S
Deregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129 Commoditization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 Value-Added Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 The Necessary Components for a Competitive Marketplace . . . . . . . . . . . . . . .131 Supply Side Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131 Fair Access to Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 Unbiased System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 Demand Side Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Distribution without Impediments to Competition
. . . . . . . . . . . . . . . . .134
Opportunities for Hedging Risks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Creating a Competitive Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Transitioning Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135 Creating a Robust Transmission Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Creating an ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Transitioning to Customer Choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137 Continued Regulation of Transmission and Distribution . . . . . . . . . . . . .137 Ensuring Reliability
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
Settlements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138 S E C T I O N T W E LV E : T H E H I S T O RY O F E L E C T R I C M A R K E T R E S T R U C T U R I N G . . 1 4 1 Federal Restructuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 The First Steps Towards Independent Generation – PURPA of 1978 . . . . .142 Fostering Wholesale Generation Competition – the Energy Policy Act of 1992 . .142 Furthering Open Access Transmission – FERC Order 888 . . . . . . . . . . . .144 Encouraging Formation of Regional Transmission Operators – FERC Order 2000 . .146 The Current Stalemate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 State Restructuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148 Separating the Vertical Utility Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 Allowing Retail Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 Continued Regulation of the Monopoly Function . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 The California Experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151 Restructuring in Other Countries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154 SECTION THIRTEEN: MARKET DYNAMICS ...................................157 Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158 Short-term Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159 Long-term Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160 The Current Supply/Demand Situation in the U.S. . . . . . . . . . . . . . . . .160
ix
CONTENTS
Pricing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161 Indexes and Trading Hubs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 Price Volatility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163 The Wholesale Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164 Energy and Generation Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Forward Markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Spot Markets
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
Transmission Rights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167 Financial Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168 The Retail Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168 Utility Retail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169 Competitive Retail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 ESCO and other Energy Services
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
SECTION FOURTEEN: MAKING MONEY AND MANAGING RISK ........173 How Market Participants Create Profits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174 How a Utility Makes Money —Traditional Method
. . . . . . . . . . . . . . . .174
How a Utility Makes Money — Incentive Regulation . . . . . . . . . . . . . . .175 How Unregulated Market Participants Make Money . . . . . . . . . . . . . . .176 Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
i
Choices for Managing Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 Physical Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 Financial Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 Speculation versus Hedging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 Hedging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 Value at Risk
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
SECTION FIFTEEN: THE FUTURE OF THE A Review of Market Changes . . . . . . . . . The Future of the Generation Sector . . . . . The Future of Transmission . . . . . . . . . . . The Future of Distribution . . . . . . . . . . . . The Future of System Operations . . . . . . . The Future of Retail Marketing . . . . . . . . . A Sustainable Energy Future? . . . . . . . . .
ELECTRICITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BUSINESS .......185 . . . . . . . . . . . . . .185 . . . . . . . . . . . . . .186 . . . . . . . . . . . . . .187 . . . . . . . . . . . . . .187 . . . . . . . . . . . . . .188 . . . . . . . . . . . . . .188 . . . . . . . . . . . . . .189
APPENDIX A: GLOSSARY .......................................................193 APPENDIX B: UNITS AND CONVERSIONS ..................................205
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U N D E R S TA N D I N G T O D AY ’ S E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S
APPENDIX C: ACRONYMS ......................................................207 APPENDIX D: INDEX ............................................................213
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SECTION ONE: INTRODUCTION ..................................................1 Today’s Electricity Marketplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 Electricity in Modern Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 A Brief History of Electricity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 S E C T I O N T W O : W H AT I S E L E C T R I C I T Y ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 How Electricity is Created . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 How Electricity is Used to Perform Useful Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 The Key Components of the Electric Delivery System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 The Key Physical Properties of an Electric Delivery System . . . . . . . . . . . . . . . .16 Electricity Cannot be Stored
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
The Path of Electrical Flow is Difficult to Control . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 Disturbances Travel Very Quickly and are Hard to Contain . . . . . . . . . . .17 Outages and Significant Voltage or Frequency Fluctuations are Not Acceptable . . .17 The Four Key Physical Sectors of the Electricity Business . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 SECTION THREE: ELECTRIC CONSUMERS .....................................21 Residential Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Commercial Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Industrial Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Aggregate Demand Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32 S E C T I O N F O U R : G E N E R AT I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 Types of Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36 Coal
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Nuclear
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Natural Gas Hydro
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Fuel Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Renewables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Distributed Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
v
CONTENTS
Environmental Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Electric Generation, Global Warming and the Kyoto Protocol Demand Response as an Alternative to Generation . . . . . . . Use of Generation to Satisfy the Load Curve . . . . . . . . . . .
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.43 .44 .46 .47
Baseload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 Intermediate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 Peaking . . . . . . . . . . . . . . Ownership of Generation . . . . . . Developing a Generation Portfolio The Future of Generation . . . . . .
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.48 .49 .50 .51
SECTION FIVE: TRANSMISSION ................................................55 Physical Characteristics of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 Operation and Planning of the Transmission System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 Transmission System Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Ownership of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 Issues with Transmission Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 The Current Status of the U.S. Transmission System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59 i
SECTION SIX: DISTRIBUTION ...................................................63 Physical Characteristics of Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 Radial Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Loop Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67 Network System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operating and Planning of the Distribution System . . . . . . . . . . . . . . . Distribution System Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ownership and the Current Status of Distribution Systems . . . . . . . . . .
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.67 .68 .69 .69
S E C T I O N S E V E N : E L E C T R I C S Y S T E M O P E R AT I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 Operational Characteristics of Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 What System Operations Does . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 Who Handles System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72 Forecasting and Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 Demand Forecasting
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
Scheduling Generation, Transmission and Reserves . . . . . . . . . . . . . . . .76 Ancillary Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 Automatic Generation Control (AGC)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77
Spinning Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77 Non-spinning Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 Supplemental Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
vi
U N D E R S TA N D I N G T O D AY ’ S E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S
Voltage Support
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
Black Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78 How Supply and Demand are Kept in Balance in Real Time . . . . . . . . . . . . . . .78 The Changing Role of System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 S E C T I O N E I G H T: M A R K E T PA R T I C I PA N T S I N T H E D E L I V E R Y C H A I N . . . . . 8 3 Participants in the Vertically-Integrated Market Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Investor-Owned Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83 Municipal Utilities and Public Utility Districts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 Rural Electric Co-ops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 Federal Power Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85 Public Power Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Power Pools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Energy Services Companies (ESCOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86 Independent Power Producers and Electric Marketers . . . . . . . . . . . . . . .86 Participants in Restructured or Competitive Electric Markets . . . . . . . . . . . . . . .87 Merchant Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 Transmission Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 Independent System Operators (ISOs)/Regional Transmission Organizations (RTOs) .88 Electric Marketers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88 Financial Services Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 Transmission Owners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 Utility Distribution Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 Load Serving Entities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 Energy Services Companies (ESCOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 SECTION NINE: ELECTRIC MARKET STRUCTURES ............................93 What is an Electric Market Structure? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93 Vertically-Integrated Monopoly Utility Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95 The Current Status of Vertically-Integrated Monopoly Utility . . . . . . . . . . .96 Single Buyer with Competitive Generation Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97 The Current Status of Single Buyer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 Wholesale/Industrial Competition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98 The Current Status of Wholesale/Industrial Competition . . . . . . . . . . . .100 Complete Retail Competition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 The Current Status of Complete Retail Competition . . . . . . . . . . . . . . . .101 Trading Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 Wheeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103 Decentralized . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
vii
CONTENTS
Integrated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 The Current Status of Market Structures and Trading Arrangements . . . . . . . . .107 S E C T I O N T E N : R E G U L AT I O N I N T H E Why Regulate the Electric Industry? . . The Goals of Regulators . . . . . . . . . . The Historical Basis for Regulation . . . State Regulation
ELECTRIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
INDUSTRY ...............109 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Federal Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111 Who Regulates What? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113 The Regulatory Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114 The Initial Filing
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
Preliminary Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 Hearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115 The Draft Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 The Final Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Review of Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Tariffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 Setting Rates through a Traditional Ratecase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
i
Determining the Authorized Rate of Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Forecasting Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Determining a Revenue Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118 Allocating Revenue to Customer Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Determining Rate Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119 Allocating Revenue to Charge Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 Determining the Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 Incentive Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 Performance-based
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121 Rate Caps
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Service Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Market-based Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . State and Federal Rate Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . The Future of Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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.121 .122 .122 .122
SECTION ELEVEN: THE CONCEPTS OF MARKET RESTRUCTURING ......125 Why Restructuring? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126 The Market Maturation Cycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128
viii
U N D E R S TA N D I N G T O D AY ’ S E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S
Deregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129 Commoditization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 Value-Added Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130 The Necessary Components for a Competitive Marketplace . . . . . . . . . . . . . . .131 Supply Side Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131 Fair Access to Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 Unbiased System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132 Demand Side Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 Distribution without Impediments to Competition
. . . . . . . . . . . . . . . . .134
Opportunities for Hedging Risks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Creating a Competitive Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134 Transitioning Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135 Creating a Robust Transmission Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Creating an ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136 Transitioning to Customer Choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137 Continued Regulation of Transmission and Distribution . . . . . . . . . . . . .137 Ensuring Reliability
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
Settlements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138 S E C T I O N T W E LV E : T H E H I S T O RY O F E L E C T R I C M A R K E T R E S T R U C T U R I N G . . 1 4 1 Federal Restructuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 The First Steps Towards Independent Generation – PURPA of 1978 . . . . .142 Fostering Wholesale Generation Competition – the Energy Policy Act of 1992 . .142 Furthering Open Access Transmission – FERC Order 888 . . . . . . . . . . . .144 Encouraging Formation of Regional Transmission Operators – FERC Order 2000 . .146 The Current Stalemate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147 State Restructuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148 Separating the Vertical Utility Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 Allowing Retail Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 Continued Regulation of the Monopoly Function . . . . . . . . . . . . . . . . . .150 The California Experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151 Restructuring in Other Countries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154 SECTION THIRTEEN: MARKET DYNAMICS ...................................157 Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158 Short-term Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .159 Long-term Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160 The Current Supply/Demand Situation in the U.S. . . . . . . . . . . . . . . . .160
ix
CONTENTS
Pricing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161 Indexes and Trading Hubs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162 Price Volatility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163 The Wholesale Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164 Energy and Generation Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Forward Markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 Spot Markets
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
Transmission Rights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167 Financial Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168 The Retail Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168 Utility Retail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169 Competitive Retail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170 ESCO and other Energy Services
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171
SECTION FOURTEEN: MAKING MONEY AND MANAGING RISK ........173 How Market Participants Create Profits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .174 How a Utility Makes Money —Traditional Method
. . . . . . . . . . . . . . . .174
How a Utility Makes Money — Incentive Regulation . . . . . . . . . . . . . . .175 How Unregulated Market Participants Make Money . . . . . . . . . . . . . . .176 Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
i
Choices for Managing Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 Physical Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 Financial Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178 Speculation versus Hedging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 Hedging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180 Value at Risk
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
SECTION FIFTEEN: THE FUTURE OF THE A Review of Market Changes . . . . . . . . . The Future of the Generation Sector . . . . . The Future of Transmission . . . . . . . . . . . The Future of Distribution . . . . . . . . . . . . The Future of System Operations . . . . . . . The Future of Retail Marketing . . . . . . . . . A Sustainable Energy Future? . . . . . . . . .
ELECTRICITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
BUSINESS .......185 . . . . . . . . . . . . . .185 . . . . . . . . . . . . . .186 . . . . . . . . . . . . . .187 . . . . . . . . . . . . . .187 . . . . . . . . . . . . . .188 . . . . . . . . . . . . . .188 . . . . . . . . . . . . . .189
APPENDIX A: GLOSSARY .......................................................193 APPENDIX B: UNITS AND CONVERSIONS ..................................205
x
U N D E R S TA N D I N G T O D AY ’ S E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S
APPENDIX C: ACRONYMS ......................................................207 APPENDIX D: INDEX ............................................................213
xi
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