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CO NT ENTS

S E C T I O N O N E : I N T R O D U C T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Today’s Electricity Marketplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1Electricity in Modern Society . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4A 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 ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9How Electricity is Created . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11How Electricity is Used to Perform Useful Tasks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12The Key Components of the Electric Delivery System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15The Key Physical Properties of an Electric Delivery System . . . . . . . . . . . . . . . . .16

Electricity Cannot be Stored . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16The Path of Electrical Flow is Difficult to Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16Disturbances Travel Very Quickly and are Hard to Contain . . . . . . . . . . . .17Outages and Significant Voltage or Frequency Fluctuations are Not Acceptable . . .17

The Four Key Physical Sectors of the Electricity Business . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

S E C T I O N T H R E E : E L E C T R I C C O N S U M E R S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1Residential Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22Commercial Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25Industrial Customers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28Aggregate Demand Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

S E C T I O N F O U R : G E N E R AT I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5Types of Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

Coal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Natural Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Hydro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39Fuel Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Renewables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Distributed Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

Environmental Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43Electric Generation, Global Warming and the Kyoto Protocol . . . . . . . . . . . . . . .44Demand Response as an Alternative to Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46Use of Generation to Satisfy the Load Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47

Baseload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48Intermediate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48Peaking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

Ownership of Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49Developing a Generation Portfolio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50The Future of Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

S E C T I O N F I V E : T R A N S M I S S I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5Physical Characteristics of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56Operation and Planning of the Transmission System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57Transmission System Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58Ownership of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58Issues with Transmission Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59The Current Status of the U.S. Transmission System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60

S E C T I O N S I X : D I S T R I B U T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3Physical Characteristics of Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63

Radial Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67Loop Feed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67Network System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

Operating and Planning of the Distribution System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68Distribution System Costs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69Ownership and the Current Status of Distribution Systems . . . . . . . . . . . . . . . . .69The Smart Grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70

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 3Operational Characteristics of Power Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73What System Operations Does . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74Who Handles System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74Forecasting and Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

Demand Forecasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78Scheduling Generation, Transmission and Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . .78

Ancillary Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78Automatic Generation Control (AGC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79Spinning Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79Non-spinning Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

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C O N T E N T S

Supplemental Reserves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80Voltage Support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80Black Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80

How Supply and Demand are Kept in Balance in Real Time . . . . . . . . . . . . . . . .80The Changing Role of System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82

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 5Participants in the Vertically-Integrated Market Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85

Investor-Owned Utilities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85Municipal Utilities and Public Utility Districts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86Rural Electric Co-ops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86Federal Power Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87Public Power Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88Power Pools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88Energy Services Companies (ESCOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .88Independent Power Producers and Electric Marketers . . . . . . . . . . . . . . . .88

Participants in Restructured or Competitive Electric Markets . . . . . . . . . . . . . . . .89Merchant Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89Transmission Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89Independent System Operators (ISOs)/Regional Transmission Organizations (RTOs) .90Electric Marketers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90Financial Services Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Transmission Owners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Utility Distribution Companies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Load Serving Entities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92Energy Services Companies (ESCOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92

S E C T I O N N I N E : E L E C T R I C M A R K E T S T R U C T U R E S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5What is an Electric Market Structure? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95Vertically-Integrated Monopoly Utility Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

The Current Status of Vertically-Integrated Monopoly Utility . . . . . . . . . . .98Single Buyer with Competitive Generation Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99

The Current Status of Single Buyer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Wholesale/Industrial Competition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100

The Current Status of Wholesale/Industrial Competition . . . . . . . . . . . . .102Complete Retail Competition Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102

The Current Status of Complete Retail Competition . . . . . . . . . . . . . . . . .103Trading Arrangements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

Wheeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

vii

U N D E R S T A 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

Decentralized . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106Integrated . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107

The Current Status of Market Structures and Trading Arrangements . . . . . . . . . .109

S E C T I O N T E N : R E G U L AT I O N I N T H E E L E C T R I C I N D U S T R Y . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1Why Regulate the Electric Industry? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111The Goals of Regulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112The Historical Basis for Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112

State Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112Federal Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

Who Regulates What? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115The Regulatory Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116

The Initial Filing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116Preliminary Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117Hearings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117The Draft Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118The Final Decision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118Review of Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118Tariffs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118

Setting Rates through a Traditional Ratecase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119Determining the Authorized Rate of Return . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120Forecasting Usage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120Determining a Revenue Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120Allocating Revenue to Customer Classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121Determining Rate Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121Allocating Revenue to Charge Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122Determining the Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122

Incentive Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122Performance-based . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123Benchmarking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123Rate Caps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123Service Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123

Market-based Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124State and Federal Rate Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124The Future of Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

S E C T I O N E L E V E N : T H E C O N C E P T S O F M A R K E T R E S T R U C T U R I N G . . . . . . 1 2 7Why Restructuring? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128Market Evolution under Deregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

viii

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C O N T E N T S

Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130Deregulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131Commoditization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132Value-Added Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

The Necessary Components for a Competitive Marketplace . . . . . . . . . . . . . . .133Supply Side Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133Fair Access to Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134Unbiased System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134Demand Side Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135Distribution without Impediments to Competition . . . . . . . . . . . . . . . . . .136Opportunities for Hedging Risks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

Creating a Competitive Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136Transitioning Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137Creating a Robust Transmission Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138Creating an ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138Transitioning to Customer Choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139Continued Regulation of Transmission and Distribution . . . . . . . . . . . . . .139Ensuring Reliability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139Settlements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .140

SECT ION TWELVE: THE HISTORY OF ELECTRIC MARKET RESTRUCTURING . . 1 4 3Federal Restructuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144

The First Steps Towards Independent Generation – PURPA of 1978 . . . . .144Fostering Wholesale Generation Competition – the Energy Policy Act of 1992 . .144Furthering Open Access Transmission – FERC Order 888 . . . . . . . . . . . .146Encouraging Formation of Regional Transmission Operators – FERC Order 2000 . .148The Current Stalemate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149

State Restructuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150Separating the Vertical Utility Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152Allowing Retail Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152Continued Regulation of the Monopoly Function . . . . . . . . . . . . . . . . . .152The California Experience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153

Restructuring in Other Countries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156

S E C T I O N T H I R T E E N : M A R K E T D Y N A M I C S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 5 9Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160

Short-term Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161Long-term Supply and Demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162

ix

U N D E R S T A 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

The Current Supply/Demand Situation in the U.S. . . . . . . . . . . . . . . . . .162Pricing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .163

Indexes and Trading Hubs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164Price Volatility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165

The Wholesale Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166Energy and Generation Capacity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168

Forward Markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .168Spot Markets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169

Transmission Rights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169Financial Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170

The Retail Market . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170Utility Retail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .171Competitive Retail Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172ESCO and other Energy Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .173

S E C T I O N F O U R T E E N : M A K I N G M O N E Y A N D M A N A G I N G R I S K . . . . . . . . 1 7 5How Market Participants Create Profits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176

How a Utility Makes Money —Traditional Method . . . . . . . . . . . . . . . . .176How a Utility Makes Money — Incentive Regulation . . . . . . . . . . . . . . . .178How Unregulated Market Participants Make Money . . . . . . . . . . . . . . . .178

Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .178Choices for Managing Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180

Physical Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .180Financial Risk Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181Speculation versus Hedging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182Hedging Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182

Value at Risk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .184

S E C T I O N F I F T E E N : T H E F U T U R E O F T H E E L E C T R I C I T Y B U S I N E S S . . . . . . . 1 8 7A Review of Market Changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .187The Future of the Generation Sector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .188The Future of Transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189The Future of Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189The Future of System Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190The Future of Retail Marketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .190A Sustainable Energy Future? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191

A P P E N D I X A : G L O S S A R Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5

x

C O N T E N T S

i

A P P E N D I X B : U N I T S A N D C O N V E R S I O N S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 7

A P P E N D I X C : A C R O N Y M S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 9

A P P E N D I X D : I N D E X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 5

xi

U N D E R S T A 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