美國德克薩斯州能源危機(jī)剖析

文/江 濤

近日，由全球綠色發(fā)展聯(lián)盟會舉辦的系列講座討論了美國德州2021 雪災(zāi)導(dǎo)致的停電危機(jī)以及相應(yīng)的解決方案。會上，電力專家認(rèn)為停電危機(jī)不是德州電力市場設(shè)計的問題，建議適當(dāng)發(fā)展分布式新能源。同時，與外部聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，需要綜合考慮分析工程的成本與可帶來的長期效益。

1 電力市場可靠，稀缺電價或過高

停電危機(jī)發(fā)生后，作為電網(wǎng)運(yùn)營商的德克薩斯州電力可靠性委員會（簡稱“ERCOT”）飽受指責(zé)。不過，IEEE 電力與能源委員會主席、Grid-X Partners 副總裁卞建華和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校助理教授朱昊均認(rèn)為，ERCOT 在事發(fā)前的準(zhǔn)備和危機(jī)時的處理都履行了其職責(zé)，在其管理范圍內(nèi)的應(yīng)對是可靠的。

朱昊稱，由于本次天氣過于寒冷，發(fā)電機(jī)組沒有對如此寒冷的天氣做好準(zhǔn)備，大部分品類的發(fā)電機(jī)組都出現(xiàn)了不同程度的脫機(jī)情況，并非是單一品種電源的問題。即使是備用機(jī)組也會受天氣影響，無法填補(bǔ)供應(yīng)缺口。

卞建華表示，用電需求分析沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，主要是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和概率制定計劃。

ERCOT 預(yù)測冬季的峰值用電量需求是67 000 MW，也是基于2011 年電力危機(jī)的情況進(jìn)行的預(yù)測，如果遭遇類似2011 年的寒冷天氣時有足夠的發(fā)電量。

2 月14 日，當(dāng)用電需求達(dá)到69 000 MW 時，已經(jīng)超過了ERCOT 預(yù)計的67 000 MW。朱昊認(rèn)為，ERCOT 很好地應(yīng)對了這一情況，沒有出現(xiàn)輸電問題。

朱昊指出，ERCOT 在做冬季發(fā)電計劃時認(rèn)為煤炭、天然氣和核電幾乎是百分百可靠的，也預(yù)計到可再生能源的波動性，對風(fēng)電和光伏的輸出期望值不高。但是讓ERCOT 沒想到的是，2021 年2 月份天氣比2011 年時更為極端，而被寄予厚望的發(fā)電主力也出現(xiàn)了大滑坡，超出了事前預(yù)料的范圍。

盡管幾位專家均認(rèn)同德州此次危機(jī)不是電力市場設(shè)計的問題，但是卞建華認(rèn)為，德州的稀缺電價算法機(jī)制在本次危機(jī)中出現(xiàn)了一些問題。

在第一天開始輪流停電后，電價仍然沒有上升，一直 在1 200 美 元/MWh 左 右徘徊。如果稀缺電價算法機(jī)制正常運(yùn)行，在需求上漲、備用容量下降的情況下，電價會自動上升。在德州公共事業(yè)委員會（簡稱“PUCT”）的干預(yù)下，ERCOT 才將電價上調(diào)到9 000 美元/MWh 的上限。而在停電開始兩天后，溫度已經(jīng)逐步回升，發(fā)電量也在逐步恢復(fù)，電價卻仍然在9 000 美元/MWh 的高位維持了幾天。

卞建華指出，實(shí)時電價并沒有反映出當(dāng)時的需求情況。不過總體而言，德州的電力市場設(shè)計并沒有問題。

對于停電時高達(dá)9 000 美元/MWh 的電價，全球綠色發(fā)展聯(lián)盟會長，IEEE PES 中國智慧鄉(xiāng)村委員會主席張曉楓認(rèn)為相比加州2020 年8 月停電危機(jī)時996 美元/MWh 的高峰電價，德州的電價要高出很多。

“電力市場尤其是電價機(jī)制設(shè)計需要與電力供應(yīng)的公共事業(yè)特性相結(jié)合，電網(wǎng)為用戶提供服務(wù)，所以應(yīng)該適當(dāng)考慮用戶負(fù)擔(dān)的成本?！睆垥詶髡f。

2 聯(lián)網(wǎng)成本和停電損失

德州并非所有地區(qū)的電網(wǎng)都屬于ERCOT 管理，德州北部和東部小部分地區(qū)與美國東部電網(wǎng)（Eastern Interconnection）相連，西部小部分地區(qū)跟西部電網(wǎng)（Western Interconnection）相連。在本次停電危機(jī)中，這部分地區(qū)受影響相對較小，而幾大城市則成了“重災(zāi)區(qū)”，關(guān)于德州電網(wǎng)是否需要與外界互聯(lián)的討論愈發(fā)熱烈。

張曉楓表示，德州跟相鄰的州以及墨西哥聯(lián)網(wǎng)的容量大概有1 GW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法彌補(bǔ)此次德州危機(jī)30 GW 發(fā)電機(jī)下線的缺口。“平常德州的電價相比加州普遍便宜，當(dāng)加州晚上沒有太陽能發(fā)電的時候，需要從外州進(jìn)口電力，德州就可以把電賣到加州?！彼J(rèn)為，聯(lián)網(wǎng)后，由于德州可以出口電力到其他州，對經(jīng)濟(jì)有促進(jìn)作用，同時，也可以從外州進(jìn)口電力，可以增強(qiáng)電網(wǎng)的可靠性。

聯(lián)合愛迪生（ComEd）電力公司配網(wǎng)工程與智能電網(wǎng)高級經(jīng)理張旒璽則表示，此次危機(jī)從現(xiàn)有數(shù)據(jù)看，來自相鄰州的發(fā)電量也不夠。而且即使有了聯(lián)絡(luò)線，由于負(fù)荷中心可能不在聯(lián)絡(luò)線的附近，而是在中部地區(qū)，并不是外來電可以直接送到的地方。

德州2000 年后大力發(fā)展風(fēng)電，目前已成為該州第二大發(fā)電來源?！盀榱税盐鞑康娘L(fēng)電送到達(dá)拉斯以及用電量大的中部和東南部地區(qū)，德州用了十幾年的時間，花費(fèi)了數(shù)十億美元的巨資才得以建成輸電線，成本支出非常高昂?！敝礻徽f，“德州大概有98%的土地都是私有的。一旦與外部建立聯(lián)網(wǎng)，確實(shí)會帶來一些好處，但是從工程花費(fèi)和土地私有的角度來講，短期內(nèi)是難以實(shí)現(xiàn)的。”

張曉楓則指出，投資成本不單只是考慮工程本身的造價，還要考慮到如果發(fā)生大停電，會造成多少損失。如果有了聯(lián)網(wǎng)，因大停電造成的損失可以減少，這同樣是成本分析計算時需要考慮的問題?！叭绻ㄟ^聯(lián)網(wǎng)可以減少更多的損失，那么聯(lián)網(wǎng)就是值得做的?！?/p>

3 增加微網(wǎng)建設(shè)，提高民生應(yīng)急保障

未來如何更好地解決極端情況下電力系統(tǒng)的難題，多位專家均表示，增加微網(wǎng)建設(shè)是一個發(fā)展的方向。

“假如有微網(wǎng)為整個電網(wǎng)增加彈性，帶來的效益就不僅僅是減少停電的損失。在這次德州危機(jī)中，如果有一個區(qū)域，可以保障加油站、水廠、醫(yī)院等關(guān)系民生的用戶正常運(yùn)行，那就像是沙漠中的一片綠洲，可以提供應(yīng)急保障。由此帶來的應(yīng)急體系等價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于只是減少一次停電，所以應(yīng)該將這些效果定義為間接的價值效益。”張旒璽說：“建立微網(wǎng)本身的成本高，但是如果考慮了這些間接價值的話，也可能是一個值得投資的方向?！?/p>

停電發(fā)生后，對于新能源在德州發(fā)電來源所占的比重討論不絕于耳。張旒璽表示：“發(fā)展新能源是未來的趨勢。而在越來越多的新能源接入電網(wǎng)后，需要對現(xiàn)有電網(wǎng)進(jìn)行升級?，F(xiàn)在電網(wǎng)大部分都是作單向考慮，當(dāng)新能源接入時，有可能需要進(jìn)行雙向考慮。比如說，一個變電站不僅是在輸電，有可能在晚上用電量下降的時候，往電網(wǎng)送電?！痹谶@種情況下，電網(wǎng)很多環(huán)節(jié)需要重新設(shè)計。

張旒璽指出，電網(wǎng)首先需要有一雙好的“眼睛”，獲取各種各樣的實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)；其次是充當(dāng)“神經(jīng)系統(tǒng)”的實(shí)時通信設(shè)施，比如光纖、5G等；然后需要一個可靠的新能源管理系統(tǒng)，接收數(shù)據(jù)后在最快的時間里做出判斷，甚至在事情還沒有發(fā)生的時候就做出預(yù)判。

本次輪流停電還造成了不同區(qū)域居民用電不平衡，卞建華認(rèn)為，在緊急情況下把電分配到需求最大的地區(qū)是德州電網(wǎng)需要改進(jìn)的方向。“以奧斯汀為例，有些不需要大量用電的樓棟（如辦公區(qū)域）有電，而有些需要大量用電的樓棟（如居民區(qū)）卻沒有電?！北褰ㄈA說，電網(wǎng)需要做的是加強(qiáng)監(jiān)測信號和控制中心的聯(lián)系，在輪流停電時釋放相應(yīng)的需求信號，可以對不需要用電的地方實(shí)施停電，把電盡量供給需要用電的地方。

除此之外，加強(qiáng)電力市場的監(jiān)管也是德州正在思考的問題。據(jù)卞建華分析，德州遇到這種極端情況相對較少，目前缺乏足夠的法律依據(jù)讓承受高電價的公司向發(fā)電公司或者天然氣管道公司索賠。

目前，德州能源電力主要由PUCT 和德州鐵路委員會（簡稱RRC）監(jiān)管，兩者類似加州能源委員會和加州公共事業(yè)委員會的關(guān)系。卞建華稱，現(xiàn)在已有德州參議員提議將這兩個機(jī)構(gòu)合并，以便更好地協(xié)調(diào)管理，制定更完善的市場規(guī)則。