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美國加州去年8月中旬因高溫天氣引起電力供應(yīng)危機，得州今年2月中旬因極寒天氣帶來更大的電力供應(yīng)災(zāi)難，事故的性質(zhì)有一定共性。前者在政府和機構(gòu)事故的調(diào)查分析和建議方面已經(jīng)落地，應(yīng)對措施正在落實；后者在發(fā)生過程中得到了各方面充分討論，有關(guān)機構(gòu)還將組織專業(yè)調(diào)查并出具報告，由此引起的市場價格后續(xù)問題還沒有了結(jié)。自然災(zāi)害愈加頻發(fā)等因素對當(dāng)前電力安全供應(yīng)造成威脅，這是當(dāng)前世界各國共同面臨的問題，加州和得州是美國經(jīng)濟第一和第二大州，還都是美國電力市場最活躍的地區(qū)，各自在10年前也都經(jīng)歷了相似的電力危機，現(xiàn)在又先后發(fā)生這樣具有代表性的事故，更應(yīng)從共同成因中反思規(guī)律，分析當(dāng)前氣候變化、市場機制運行和能源轉(zhuǎn)型等方面帶來的影響，以便全球能源轉(zhuǎn)型與發(fā)展引以為戒。
美國對大停電的管理
美國是全球工業(yè)化的先驅(qū)，歷史上其電力規(guī)模和技術(shù)水平曾長期處于領(lǐng)先地位，在大電網(wǎng)管理方面，無論是經(jīng)驗還是教訓(xùn)，美國都提供了豐富的前車之鑒。
2003年8月14日，美國東北部和加拿大東南部發(fā)生了北美歷史上最大范圍的停電，美國開始特別重視大電網(wǎng)的安全問題。在以往30多年通過民間組織協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)內(nèi)各單位的發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度和運行的基礎(chǔ)上，2005年8月8日，美國頒布了新修訂的國家能源政策法案，通過立法增加了對大電網(wǎng)提升輸電設(shè)施能力和加強可靠性管理的要求，規(guī)定美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）介入電力可靠性管理，強化大電力系統(tǒng)安全監(jiān)督。FERC授權(quán)北美電力可靠性公司（NERC）作為全美電力可靠性組織，其7家區(qū)域組織負(fù)責(zé)監(jiān)管所屬區(qū)域電網(wǎng)可靠性，監(jiān)管對象包括獨立發(fā)電廠、發(fā)輸電公司、電力調(diào)度交易機構(gòu)、電力市場投資者和營銷商等。
在行業(yè)管理過程中，NERC制定標(biāo)準(zhǔn)，由FERC批準(zhǔn)后成為強制性標(biāo)準(zhǔn)，并開展監(jiān)控、審計和調(diào)查。美國每年有1000次左右可靠性違規(guī)情況，一旦核實，企業(yè)要繳納違規(guī)罰金，一般為0.1-100萬美元，最高罰款案例是3500萬美元，全網(wǎng)停電罰款最高。目前的強制性標(biāo)準(zhǔn)有100多項，涉及供需平衡、通信、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護、緊急預(yù)案運行、設(shè)備接入和維護、交換安排和協(xié)調(diào)、網(wǎng)間運行及協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)建模和分析、核電、人員職能和培訓(xùn)、保護和控制、輸電運行、輸電規(guī)劃、電壓和無功控制標(biāo)準(zhǔn)等。各區(qū)域可靠性組織根據(jù)本地區(qū)的實際情況制定相應(yīng)的區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，NERC負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，以維護整個電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。同時，NERC還開展發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估工作，通過中長期預(yù)測對系統(tǒng)進行充裕度評估以及安全性評價，對負(fù)荷預(yù)測和電網(wǎng)規(guī)劃提出可靠性提升措施，每年夏季和冬季分別發(fā)布可靠性評估報告。
美國在實施了市場機制的地區(qū)，有10個電力批發(fā)市場，其中7個為獨立系統(tǒng)運營商（ISO）或區(qū)域輸電組織（RTO），負(fù)責(zé)電力調(diào)度和市場交易。絕大部分ISO/RTO不擁有任何資產(chǎn)，只負(fù)責(zé)調(diào)度和平衡，是非營利組織，其主要功能一是保證高壓電網(wǎng)的安全性和可靠性，這是最重要的目標(biāo)；二是運行市場交易，發(fā)電廠和電力公司在平臺上實現(xiàn)交易；三是制定輸電系統(tǒng)的長期規(guī)劃，指導(dǎo)電網(wǎng)建設(shè)。加州的電力調(diào)度和市場交易中心（CAISO）負(fù)責(zé)加州80%的電力調(diào)度，同時負(fù)責(zé)加州電力批發(fā)市場和西部部分電力公司市場運營；在得州這一機構(gòu)為電力可靠性委員會（ERCOT），管理得州90%的負(fù)荷，也兼管零售側(cè)。由于得州電網(wǎng)相對獨立，跨州電量交易很少，因此ERCOT的具體業(yè)務(wù)不受FERC監(jiān)管，但接受NERC指導(dǎo)。
在大電網(wǎng)管理方面，美國在聯(lián)邦和州立法、政府監(jiān)管和專業(yè)管理方面，建立的體系是比較清晰的，無論是FERC的法令還是NERC的強制性標(biāo)準(zhǔn)都非常具體，運行機構(gòu)也全面開展了工作，近十年沒有再發(fā)生全網(wǎng)失穩(wěn)事件，一些具體措施還是值得借鑒的。但是，由于產(chǎn)權(quán)分散、基礎(chǔ)設(shè)施陳舊和各自為政的管理，加之特殊的地理和氣候原因，美國依然是發(fā)達國家中停電事故最多的國家，2019年美國用電戶均停電時間為4.7小時。議會、政府和運營機構(gòu)可以要求企業(yè)不做什么，但沒有權(quán)力要求企業(yè)做什么，企業(yè)的行為由投資人決定，最根本的企業(yè)主體責(zé)任嚴(yán)重不足，社會責(zé)任弱化，電力安全供應(yīng)保障成了建在沙灘上的大樓，沒能充分防范各類事故發(fā)生。
加州和得州電力事故的對比
去年8月，持續(xù)的極端高溫天氣使加州用電需求激增，供應(yīng)能力不足以應(yīng)對用電需求，多重因素導(dǎo)致了8月14~15日不同程度的緊急狀態(tài)，CAISO兩天內(nèi)三次指令電網(wǎng)公司切除負(fù)荷輪流停電，一度中斷了超過40多萬企業(yè)和家庭的供電。得州今年2月14~19日因極寒冰雪天氣，以天然氣發(fā)電為首的每一種發(fā)電方式都受到?jīng)_擊，可用容量與需求負(fù)荷增長嚴(yán)重偏離，ERCOT指令電網(wǎng)公司實施輪流斷電，停電用戶一度超過400萬，損失電量據(jù)估計約是去年加州夏季限電的1000倍。
加州8•14停電事故和得州2•14停電事故有很多的共性：一是都是由極端氣候天氣引起，雖有災(zāi)害天氣預(yù)報和防范，但長期準(zhǔn)備不足，臨時措施無法滿足最低應(yīng)備用容量要求，在電力緊急狀態(tài)三級警報情況下實施輪停限電。二是都出現(xiàn)在發(fā)電側(cè)。加州2000-2001年的電力危機，除電力市場初期缺陷外，主要屬于硬缺電，危機后加州新建增加了發(fā)電裝機容量，大多是可再生能源，特別是太陽能發(fā)電，但系統(tǒng)應(yīng)對新能源波動的靈活調(diào)節(jié)能力不足，適應(yīng)不了高溫時期局部時段負(fù)荷的急劇變化；得州本身發(fā)電裝機容量充足，但極寒時期發(fā)電容量因各種原因損失大約50%，可用容量嚴(yán)重不足，這也是2011年事故的擴大翻版。三是由于極端氣候大范圍影響的因素，都沒能得到外來電力電量的有效支援。四是都觸發(fā)了稀缺電價機制，批發(fā)電價達到了市場最高限價。五是在CAISO和ERCOT統(tǒng)一調(diào)度下，運行操作應(yīng)對無誤，系統(tǒng)處于可控狀態(tài)，沒有發(fā)生全網(wǎng)崩潰事故。
當(dāng)前電力安全供應(yīng)主要問題討論
加州和得州電力事故實際上反映了電力發(fā)展過程中的普遍問題，即新形勢下電力供應(yīng)在安全、清潔、經(jīng)濟三角中失衡。兩州過去一是在管理體制上更注重經(jīng)濟性，強調(diào)利潤最大化，二是在能源轉(zhuǎn)型過程中缺乏保障，在基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)乎供應(yīng)安全方面存在缺陷。同時，事故表現(xiàn)出電力安全供應(yīng)與上下游密切聯(lián)系，與社會公共風(fēng)險息息相關(guān)，還缺乏統(tǒng)籌考慮和系統(tǒng)安排，在極端天氣、自然災(zāi)害和突發(fā)事件來臨時不得不付出更高代價。加州和得州的事故都不是由設(shè)備故障或誤操作等單一原因造成的，而是一系列綜合因素導(dǎo)致了緊急情況的發(fā)生，對行業(yè)已經(jīng)看到的發(fā)展問題給出了實證，對需要探討的問題給出了某些方面的答案，為行業(yè)又交了一次學(xué)費，教訓(xùn)值得汲取。
應(yīng)對更加頻繁的極端氣候影響
近年來，在全球變暖的大背景下，世界范圍內(nèi)因極端天氣導(dǎo)致的自然災(zāi)害越來越頻繁，五十年一遇、三十年一遇的事件似乎更加常見，在加州和得州，十年一次的電力危機演變成了現(xiàn)實，背后的根本原因都是氣候變化。美國停電事故80%與天氣有關(guān)，警示能源和電力系統(tǒng)要更加重視氣候變化“新常態(tài)”，提前防范極端氣候事件。極端氣候下導(dǎo)致需求側(cè)用電負(fù)荷陡增，而且是剛性需求，同時供給側(cè)供電能力下降，靈活性資源儲備不足，給電力基礎(chǔ)設(shè)施帶來很大挑戰(zhàn)，對電力系統(tǒng)的整體素質(zhì)是大考，如果準(zhǔn)備不足就將出現(xiàn)供應(yīng)危機。去年8月美國加州極端高溫和今年2月得州極寒天氣，歷史上的溫度記錄都被打破，空調(diào)制冷/電采暖造成電力需求負(fù)荷高峰創(chuàng)出新高，在運行儲備出現(xiàn)供應(yīng)缺口的情況下多次切負(fù)荷輪流停電，主要是居民用戶負(fù)荷。
在系統(tǒng)設(shè)計方面，得州能源電力系統(tǒng)缺乏針對極寒天氣條件的專門標(biāo)準(zhǔn)，帶來設(shè)施抗低溫能力的缺失，造成持續(xù)極寒情況下無法有效維持運轉(zhuǎn)。這次得州大停電突出問題表現(xiàn)在兩個方面：一是在燃料安全性方面，ERCOT在做資源充裕性規(guī)劃時未考慮燃料供應(yīng)，而且由于井口沒有防凍設(shè)施，管道埋設(shè)淺，沒有天然氣濕度控制去除設(shè)備，缺乏預(yù)防管道冰堵的監(jiān)控措施，也缺乏儲氣能力，天然氣供應(yīng)短缺導(dǎo)致得州一半以上的天然氣發(fā)電產(chǎn)能變得不可用，造成有史以來第一次因極端天氣導(dǎo)致天然氣大量斷供致使嚴(yán)重停電，說明電力安全供應(yīng)和燃?xì)饪煽抗?yīng)之間是密切關(guān)聯(lián)的。二是新能源設(shè)備受到影響，大量風(fēng)機渦輪葉片因缺乏基本的防凍措施而被凍結(jié)，300-400萬千瓦風(fēng)力發(fā)電機組停運，冰雪覆蓋使得當(dāng)日光伏發(fā)電受到影響，雖然只是造成大停電的第二位因素，但如果采用防凍設(shè)計并由此增加約10%投資后，會在極端天氣下起到保供的支持作用。
在預(yù)警和應(yīng)對方面，得州事故中一是預(yù)測估計不足，ERCOT預(yù)計寒流下用電需求會達到6700萬千瓦，而極限時負(fù)荷需求達到7400萬千瓦，但沒有估計到3100萬千瓦機組退出運行，實際負(fù)荷4600萬千瓦，缺口超過2000萬千瓦。ERCOT預(yù)測的極端情景下，可調(diào)度的火電為5800萬千瓦，但實際可用的火力發(fā)電只有4200萬千瓦。二是在已提前預(yù)報即將出現(xiàn)極寒天氣后，適應(yīng)性措施不到位，未能及時調(diào)動供給側(cè)潛在發(fā)電能力和需求側(cè)響應(yīng)資源，發(fā)電企業(yè)具體的應(yīng)急準(zhǔn)備不足。
為應(yīng)對極端天氣對電力供應(yīng)造成的影響，應(yīng)加強對非正常狀態(tài)下能源電力問題研究，建立考慮極端情況影響的電源規(guī)劃機制，在可靠性和經(jīng)濟性方面取得最大平衡，提高極端氣象監(jiān)測預(yù)警能力，制定上下游聯(lián)動保障預(yù)案和應(yīng)急響應(yīng)措施，最大程度上化解極端天氣對電力供應(yīng)帶來的風(fēng)險。
重新審視電力供應(yīng)充裕性
加州和得州事故表明，在運行儲備不足、電力供應(yīng)緊張的情況下，電力系統(tǒng)想要保證安全供應(yīng)，保證一定的容量冗余非常必要，用電負(fù)荷高企時，可用的發(fā)電裕度能及時跟進，需要提前優(yōu)化備用比例和備用方案。NERC沒有為充裕性設(shè)置可靠性標(biāo)準(zhǔn)，但在對可靠性進行評估時，對以火電為主的系統(tǒng)要求備用裕度不低于15%，對以水電為主的系統(tǒng)要求不低于10%。CAISO以缺電時間預(yù)期研究為基準(zhǔn)，按照月度必開機組容量的15%確定系統(tǒng)運行備用容量，其中6%為應(yīng)急備用容量，9%為補償電廠計劃外停機和超歷史平均負(fù)荷用電。加州8·14和8·15停電事故中，系統(tǒng)運行應(yīng)急備用降低到6%以下，先后進入二級、三級緊急狀態(tài)。事故調(diào)查完成后，據(jù)了解CASIO正在計劃在15%-20%之間調(diào)整備用容量比例。ERCOT基于不同場景，測算動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)備用容量，2月備用容量約15.5%，但是極端氣候情況下，備用容量不等于實際可用容量，停電事故依然沒能避免發(fā)生。
當(dāng)前，可再生能源在發(fā)電結(jié)構(gòu)中所占份額越來越大，由于其容量系數(shù)較低，要重視高可再生能源比例下的發(fā)電容量充裕度問題，電力系統(tǒng)需要有足夠的可再生能源容量和靈活性電源負(fù)荷來滿足電力可靠供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。加州事故表明，由于新能源的不確定性和波動性，用電負(fù)荷不僅爬坡速度快，高峰出現(xiàn)時間偏離傳統(tǒng)時間，而且峰谷差變大。在危急情況下，常規(guī)能源要有承擔(dān)基本用電負(fù)荷的能力，確保整個系統(tǒng)的裝機及備用安排能夠隨時滿足負(fù)荷平衡要求。
在加州和得州大停電過程中，常規(guī)發(fā)電機組可靠性也出現(xiàn)了問題，擴大了負(fù)荷缺口。加州事故期間一臺容量為 49.4萬千瓦的燃?xì)鈾C組因故障跳閘，一臺容量為 47萬千瓦的燃?xì)鈾C組因錯誤指令出力降負(fù)荷，得州事故期間一個反應(yīng)堆由于水泵壓力傳感管線故障導(dǎo)致反應(yīng)堆自動跳閘。電力安全供應(yīng)的先決條件是系統(tǒng)隨時保持充足的輔助服務(wù)備用容量，要強化運行備用管理，采取有效措施來滿足電力供需平衡，保持系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行。
更大范圍優(yōu)化配置資源
加州電網(wǎng)屬于美國西部電網(wǎng)，北部與俄勒岡州電網(wǎng)互聯(lián)，南部與亞利桑那州、墨西哥等電網(wǎng)互聯(lián)，可以通過跨州輸電線路從互聯(lián)電網(wǎng)中得到電力供應(yīng)。加州每年三分之一的電量是從俄勒岡州和華盛頓州進口的水電，但在去年夏天整個西部都出現(xiàn)高溫天氣，與加州相鄰的 3 個州的電力需求也高于往年同期，且用電高峰時間接近，另外由于輸電線路能力受限，外來電力減少到歷史上最大凈受入電力的60%，無法在短期及時緩解缺電局面。
得州電網(wǎng)本身相對獨立，只與北美東部電網(wǎng)西南電力庫（SPP）有2條容量總計800兆瓦的直流聯(lián)絡(luò)線，以及墨西哥電網(wǎng)3條容量總計430兆瓦直流聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)，限制了得州的電力送出和受入。在大范圍冰雪天氣下，SPP和墨西哥電力系統(tǒng)也遭受了輪流斷電，與墨西哥的聯(lián)絡(luò)由于天氣的惡化導(dǎo)致輸電中斷，受限于輸電能力的制約，總計輸入外部電力不足1000兆瓦，作用非常有限。
從加州和得州事故中可以看出，即使有了電網(wǎng)互聯(lián)，在大面積自然災(zāi)害的情況下，也難以真正起到互相補給的作用，如果要得到其他區(qū)域電網(wǎng)的支援，就需要更大范圍優(yōu)化配置資源。特高壓輸電具有大容量、高效率、低損耗、遠(yuǎn)距離等多項突出特點，在應(yīng)對區(qū)域資源不平衡和遠(yuǎn)距離電力調(diào)度支援上，特高壓直流電技術(shù)的優(yōu)勢是顯而易見的，在行業(yè)業(yè)務(wù)交流過程中，特高壓技術(shù)也得到了美國行業(yè)人士的高度認(rèn)同。
客觀審視電力市場機制影響
目前美國三分之二的電力負(fù)荷由ISO/RTO在提供，非市場化的公司也在逐漸靠近市場，說明市場機制有很大可取性。電力市場建設(shè)有不同的理論，也有不同的模式，本身都是復(fù)雜的系統(tǒng)。在兩州停電事故發(fā)生后，充分暴露出所采用市場機制的長期性和即時性的影響。在電力安全供應(yīng)方面，要看市場機制能否吸引投資，維系長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展，也要看事故中帶來的次生影響。
在電力系統(tǒng)采用垂直一體化、受管制的壟斷經(jīng)營模式時，電力供應(yīng)的安全基礎(chǔ)是明確的。在去管制之后，電網(wǎng)仍受到監(jiān)管，電網(wǎng)公司的成本計劃由ISO和所有利益相關(guān)方通過，經(jīng)過FERC批準(zhǔn)后納入輸電價格，由用戶承擔(dān)。但是，在開放的發(fā)電市場中，價格由競爭性的批發(fā)市場競價產(chǎn)生，如何吸引投資人對發(fā)電的長期投入，維持發(fā)電設(shè)備安全水平，不同的市場設(shè)計了不同的機制。
CAISO 負(fù)責(zé)加州電力日前市場和實時市場的運營，前一天制定次日24小時的計劃，在次日再分割為15分鐘和5分鐘的實時市場，去年8月14 日和15 日報價負(fù)荷與實際負(fù)荷的峰值偏差分別達到3386兆瓦和3434兆瓦，由此導(dǎo)致調(diào)度計劃安排不足，難以應(yīng)對實時市場上的負(fù)荷增長。8月14日由于系統(tǒng)運行備用的供應(yīng)短缺，觸發(fā)了稀缺電價機制，導(dǎo)致這幾個小時的能量和輔助服務(wù)的價格從正常時的幾十美元每兆瓦時飆升到報價上限1000美元。得州電力市場是單一電能量市場，以去掉容量市場來換取更便宜的日常電價。在極端天氣影響下，得州因供電嚴(yán)重不足，系統(tǒng)備用短缺，供需嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致ERCOT電力批發(fā)現(xiàn)貨價格80多個小時飆升至市場9000美元/兆瓦時的價格上限，是平時100倍以上，反映了電力的實時價格以及電網(wǎng)不同點的擁堵和損失成本。
停電事故不是市場機制造成的，但在災(zāi)害出現(xiàn)的時價格作用的發(fā)揮需要客觀認(rèn)識。當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生后，電力供需產(chǎn)生異常供需缺口，市場實際上已經(jīng)失靈，再用價格機制去保證供應(yīng)、抑制需求作用不大，還有很大負(fù)作用，需要政府在緊急狀態(tài)下進行價格管制，限制天然氣價格、電價的暴漲。容量市場和特定時期稀缺電價等市場機制，只是較長期的價格信號，災(zāi)害后大幅漲價，這一部分現(xiàn)貨電量的高電價如果傳遞到零售側(cè)企業(yè)或居民，只能加深災(zāi)難影響。
高度重視高可再生能源滲透率的電力系統(tǒng)韌性
加州一直是美國環(huán)境和清潔能源政策的領(lǐng)導(dǎo)者，率先立法承諾碳減排，10年來可再生能源發(fā)電量占比從12%大幅增加到31%以上，光伏發(fā)電量占20%，屬于高比例可再生能源的電力系統(tǒng)。根據(jù)加州2018年9月出臺的法案要求，隨著淘汰化石的逐步燃料，到2024年、2030年、2045年，加州電力系統(tǒng)中可再生能源供給占比將分別達到40%、50%和100%，實現(xiàn)氣候友好型能源系統(tǒng)。由于加州陸上風(fēng)電開發(fā)余地已經(jīng)不大，海岸因素使海上風(fēng)電成本較高，近年來加州大力發(fā)展光伏發(fā)電，2018年法案要求三層以下的新建住房必須安裝太陽能設(shè)備，并從2020年年初開始執(zhí)行。不斷增加的光伏電量使電力需求曲線呈現(xiàn)典型的“鴨子曲線”，需要大量靈活的機組來維持電力供需實時平衡。但去年停限電事故表明，在極端氣候條件和風(fēng)能不足情況下，加州缺乏可靈活調(diào)節(jié)的發(fā)電機組來應(yīng)傍晚時出現(xiàn)的電力供需缺口，不能保障電力供應(yīng)。
得州的傳統(tǒng)能源和新能源規(guī)模都很突出，在選擇能源轉(zhuǎn)型路徑、應(yīng)對氣候變化問題上存在爭議。得州2020年風(fēng)力發(fā)電量占比23%，太陽能占比2%。在過去10年中，得州的風(fēng)力發(fā)電逐漸成為該州的第二大電源，在最強季節(jié)甚至可以解決全州60%的供電需求，但冬季低于年均值。今年極寒天氣下，由于缺乏防凍設(shè)計和措施，約有60%風(fēng)力發(fā)電機凍結(jié)，太陽能發(fā)電能力一度近零，新能源雖然不是造成停電的第一因素，但自身出現(xiàn)問題的比例較高，也促成了電力供應(yīng)的不可靠性。
在新能源發(fā)展過程中，必須有靈活性電源保障，常規(guī)能源、可再生能源和儲能協(xié)調(diào)發(fā)展。加州自2010年以來的10年間，已有7個電廠、共計770萬千瓦發(fā)電容量的燃?xì)怆姀S退役，2臺112.7萬千瓦核電機組退役，并且計劃在2025年關(guān)閉最后一座核電站，還要求火電、核電停止使用直流冷卻系統(tǒng)，將導(dǎo)致1900萬千瓦電廠需新建蒸發(fā)冷卻設(shè)備或者退役，使得系統(tǒng)容量儲備大大降低。在風(fēng)電光伏發(fā)電沒有完全解決其波動性問題之前，如果不能做到協(xié)調(diào)發(fā)展，為電力系統(tǒng)提供充足的有效容量，將來在極端氣候事件下停電事故的再次發(fā)生難以避免，加州給出了實際的例證。
新能源加儲能是一種成本較高的組合，加州和得州事故后需要更加重視儲能建設(shè)。加州的電力儲能已經(jīng)比較領(lǐng)先了，但儲存能力與需求相比還非常小，停電事故后儲能將得到快速發(fā)展。據(jù)介紹，今年年初CAISO只有550兆瓦電池儲能，預(yù)計到今年夏天會增加到1750兆瓦，到2022年、2023年、2024年可能會達到3000、4000、5000兆瓦的電池規(guī)模，足以顯示出自去年停電事故后，儲能的發(fā)展具有了更高的戰(zhàn)略地位。
實施需求側(cè)響應(yīng)
在加州事故中，當(dāng)電力供應(yīng)不足時，CAISO 發(fā)布緊急狀態(tài)信息和彈性警告，呼吁用戶通過錯峰用電、調(diào)高空調(diào)溫度等措施節(jié)約用電，初期效果不佳，實際需求峰值反而超過日前預(yù)測峰值；進入二級緊急狀態(tài)后，則啟動了需求側(cè)響應(yīng)以緩解供需矛盾，在輪流停電發(fā)生后的持續(xù)高溫日子里，用戶積極響應(yīng)呼吁自愿節(jié)電，使得多天的實際負(fù)荷低于預(yù)測，避免了電力供應(yīng)再次中斷，取得了良好效果，需重視需求響應(yīng)常態(tài)化。目前，美國已經(jīng)廣泛推進智能電能表的安裝工作，包括空調(diào)控制芯片，將可有效調(diào)整電量供給，充分利用可再生能源。CAISO與一些可中斷負(fù)荷和可調(diào)節(jié)負(fù)荷簽定合同，在需求高峰供應(yīng)不足的情況下，可以削減或中斷供電并給予一定的經(jīng)濟補償。
重視危機的社會管理
加州和得州的停限電事故都是在極端氣候條件下發(fā)生的公共危機。由于美國用電以居民、商業(yè)用電為主，工業(yè)用電比例低，輪流停電切的主要是居民用戶負(fù)荷。在酷熱、極寒的條件下，人民日常生活乃至生命安全受到嚴(yán)重影響，其中得州進入重大災(zāi)難狀態(tài)，因電力供應(yīng)短缺引起電力現(xiàn)貨批發(fā)價格飆升，帶來民生問題和強烈的、大范圍的輿論沖擊，已經(jīng)威脅到了地區(qū)的社會穩(wěn)定。如同同期的疫情管理，事故中表現(xiàn)出社會治理體制在重大災(zāi)難面前的不適應(yīng)。對于難以避免的停電事故，需要向社會做好預(yù)告、疏導(dǎo)和善后處理工作，盡量減小極端事件對民眾和社會的沖擊。
結(jié)語
從加州和得州的電力危機中可以看出，電力安全供應(yīng)始終是電力發(fā)展和社會生活的基礎(chǔ)，需要通過系統(tǒng)思維不斷推動發(fā)展中問題的解決。在全球碳中和共同目標(biāo)下，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是發(fā)展的必然趨勢，電力行業(yè)要適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展要求，發(fā)揮傳統(tǒng)能源優(yōu)勢，促進新能源發(fā)展，通過技術(shù)創(chuàng)新和機制創(chuàng)新實現(xiàn)安全升級，全面構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。
本文系《中國電力企業(yè)管理》獨家稿件，作者供職于中國電力企業(yè)聯(lián)合會。
美國對大停電的管理
美國是全球工業(yè)化的先驅(qū)，歷史上其電力規(guī)模和技術(shù)水平曾長期處于領(lǐng)先地位，在大電網(wǎng)管理方面，無論是經(jīng)驗還是教訓(xùn)，美國都提供了豐富的前車之鑒。
2003年8月14日，美國東北部和加拿大東南部發(fā)生了北美歷史上最大范圍的停電，美國開始特別重視大電網(wǎng)的安全問題。在以往30多年通過民間組織協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)內(nèi)各單位的發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)、調(diào)度和運行的基礎(chǔ)上，2005年8月8日，美國頒布了新修訂的國家能源政策法案，通過立法增加了對大電網(wǎng)提升輸電設(shè)施能力和加強可靠性管理的要求，規(guī)定美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）介入電力可靠性管理，強化大電力系統(tǒng)安全監(jiān)督。FERC授權(quán)北美電力可靠性公司（NERC）作為全美電力可靠性組織，其7家區(qū)域組織負(fù)責(zé)監(jiān)管所屬區(qū)域電網(wǎng)可靠性，監(jiān)管對象包括獨立發(fā)電廠、發(fā)輸電公司、電力調(diào)度交易機構(gòu)、電力市場投資者和營銷商等。
在行業(yè)管理過程中，NERC制定標(biāo)準(zhǔn)，由FERC批準(zhǔn)后成為強制性標(biāo)準(zhǔn)，并開展監(jiān)控、審計和調(diào)查。美國每年有1000次左右可靠性違規(guī)情況，一旦核實，企業(yè)要繳納違規(guī)罰金，一般為0.1-100萬美元，最高罰款案例是3500萬美元，全網(wǎng)停電罰款最高。目前的強制性標(biāo)準(zhǔn)有100多項，涉及供需平衡、通信、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護、緊急預(yù)案運行、設(shè)備接入和維護、交換安排和協(xié)調(diào)、網(wǎng)間運行及協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)建模和分析、核電、人員職能和培訓(xùn)、保護和控制、輸電運行、輸電規(guī)劃、電壓和無功控制標(biāo)準(zhǔn)等。各區(qū)域可靠性組織根據(jù)本地區(qū)的實際情況制定相應(yīng)的區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)，NERC負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，以維護整個電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。同時，NERC還開展發(fā)輸電系統(tǒng)的可靠性評估工作，通過中長期預(yù)測對系統(tǒng)進行充裕度評估以及安全性評價，對負(fù)荷預(yù)測和電網(wǎng)規(guī)劃提出可靠性提升措施，每年夏季和冬季分別發(fā)布可靠性評估報告。
美國在實施了市場機制的地區(qū)，有10個電力批發(fā)市場，其中7個為獨立系統(tǒng)運營商（ISO）或區(qū)域輸電組織（RTO），負(fù)責(zé)電力調(diào)度和市場交易。絕大部分ISO/RTO不擁有任何資產(chǎn)，只負(fù)責(zé)調(diào)度和平衡，是非營利組織，其主要功能一是保證高壓電網(wǎng)的安全性和可靠性，這是最重要的目標(biāo)；二是運行市場交易，發(fā)電廠和電力公司在平臺上實現(xiàn)交易；三是制定輸電系統(tǒng)的長期規(guī)劃，指導(dǎo)電網(wǎng)建設(shè)。加州的電力調(diào)度和市場交易中心（CAISO）負(fù)責(zé)加州80%的電力調(diào)度，同時負(fù)責(zé)加州電力批發(fā)市場和西部部分電力公司市場運營；在得州這一機構(gòu)為電力可靠性委員會（ERCOT），管理得州90%的負(fù)荷，也兼管零售側(cè)。由于得州電網(wǎng)相對獨立，跨州電量交易很少，因此ERCOT的具體業(yè)務(wù)不受FERC監(jiān)管，但接受NERC指導(dǎo)。
在大電網(wǎng)管理方面，美國在聯(lián)邦和州立法、政府監(jiān)管和專業(yè)管理方面，建立的體系是比較清晰的，無論是FERC的法令還是NERC的強制性標(biāo)準(zhǔn)都非常具體，運行機構(gòu)也全面開展了工作，近十年沒有再發(fā)生全網(wǎng)失穩(wěn)事件，一些具體措施還是值得借鑒的。但是，由于產(chǎn)權(quán)分散、基礎(chǔ)設(shè)施陳舊和各自為政的管理，加之特殊的地理和氣候原因，美國依然是發(fā)達國家中停電事故最多的國家，2019年美國用電戶均停電時間為4.7小時。議會、政府和運營機構(gòu)可以要求企業(yè)不做什么，但沒有權(quán)力要求企業(yè)做什么，企業(yè)的行為由投資人決定，最根本的企業(yè)主體責(zé)任嚴(yán)重不足，社會責(zé)任弱化，電力安全供應(yīng)保障成了建在沙灘上的大樓，沒能充分防范各類事故發(fā)生。
加州和得州電力事故的對比
去年8月，持續(xù)的極端高溫天氣使加州用電需求激增，供應(yīng)能力不足以應(yīng)對用電需求，多重因素導(dǎo)致了8月14~15日不同程度的緊急狀態(tài)，CAISO兩天內(nèi)三次指令電網(wǎng)公司切除負(fù)荷輪流停電，一度中斷了超過40多萬企業(yè)和家庭的供電。得州今年2月14~19日因極寒冰雪天氣，以天然氣發(fā)電為首的每一種發(fā)電方式都受到?jīng)_擊，可用容量與需求負(fù)荷增長嚴(yán)重偏離，ERCOT指令電網(wǎng)公司實施輪流斷電，停電用戶一度超過400萬，損失電量據(jù)估計約是去年加州夏季限電的1000倍。
加州8•14停電事故和得州2•14停電事故有很多的共性：一是都是由極端氣候天氣引起，雖有災(zāi)害天氣預(yù)報和防范，但長期準(zhǔn)備不足，臨時措施無法滿足最低應(yīng)備用容量要求，在電力緊急狀態(tài)三級警報情況下實施輪停限電。二是都出現(xiàn)在發(fā)電側(cè)。加州2000-2001年的電力危機，除電力市場初期缺陷外，主要屬于硬缺電，危機后加州新建增加了發(fā)電裝機容量，大多是可再生能源，特別是太陽能發(fā)電，但系統(tǒng)應(yīng)對新能源波動的靈活調(diào)節(jié)能力不足，適應(yīng)不了高溫時期局部時段負(fù)荷的急劇變化；得州本身發(fā)電裝機容量充足，但極寒時期發(fā)電容量因各種原因損失大約50%，可用容量嚴(yán)重不足，這也是2011年事故的擴大翻版。三是由于極端氣候大范圍影響的因素，都沒能得到外來電力電量的有效支援。四是都觸發(fā)了稀缺電價機制，批發(fā)電價達到了市場最高限價。五是在CAISO和ERCOT統(tǒng)一調(diào)度下，運行操作應(yīng)對無誤，系統(tǒng)處于可控狀態(tài)，沒有發(fā)生全網(wǎng)崩潰事故。
當(dāng)前電力安全供應(yīng)主要問題討論
加州和得州電力事故實際上反映了電力發(fā)展過程中的普遍問題，即新形勢下電力供應(yīng)在安全、清潔、經(jīng)濟三角中失衡。兩州過去一是在管理體制上更注重經(jīng)濟性，強調(diào)利潤最大化，二是在能源轉(zhuǎn)型過程中缺乏保障，在基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)乎供應(yīng)安全方面存在缺陷。同時，事故表現(xiàn)出電力安全供應(yīng)與上下游密切聯(lián)系，與社會公共風(fēng)險息息相關(guān)，還缺乏統(tǒng)籌考慮和系統(tǒng)安排，在極端天氣、自然災(zāi)害和突發(fā)事件來臨時不得不付出更高代價。加州和得州的事故都不是由設(shè)備故障或誤操作等單一原因造成的，而是一系列綜合因素導(dǎo)致了緊急情況的發(fā)生，對行業(yè)已經(jīng)看到的發(fā)展問題給出了實證，對需要探討的問題給出了某些方面的答案，為行業(yè)又交了一次學(xué)費，教訓(xùn)值得汲取。
應(yīng)對更加頻繁的極端氣候影響
近年來，在全球變暖的大背景下，世界范圍內(nèi)因極端天氣導(dǎo)致的自然災(zāi)害越來越頻繁，五十年一遇、三十年一遇的事件似乎更加常見，在加州和得州，十年一次的電力危機演變成了現(xiàn)實，背后的根本原因都是氣候變化。美國停電事故80%與天氣有關(guān)，警示能源和電力系統(tǒng)要更加重視氣候變化“新常態(tài)”，提前防范極端氣候事件。極端氣候下導(dǎo)致需求側(cè)用電負(fù)荷陡增，而且是剛性需求，同時供給側(cè)供電能力下降，靈活性資源儲備不足，給電力基礎(chǔ)設(shè)施帶來很大挑戰(zhàn)，對電力系統(tǒng)的整體素質(zhì)是大考，如果準(zhǔn)備不足就將出現(xiàn)供應(yīng)危機。去年8月美國加州極端高溫和今年2月得州極寒天氣，歷史上的溫度記錄都被打破，空調(diào)制冷/電采暖造成電力需求負(fù)荷高峰創(chuàng)出新高，在運行儲備出現(xiàn)供應(yīng)缺口的情況下多次切負(fù)荷輪流停電，主要是居民用戶負(fù)荷。
在系統(tǒng)設(shè)計方面，得州能源電力系統(tǒng)缺乏針對極寒天氣條件的專門標(biāo)準(zhǔn)，帶來設(shè)施抗低溫能力的缺失，造成持續(xù)極寒情況下無法有效維持運轉(zhuǎn)。這次得州大停電突出問題表現(xiàn)在兩個方面：一是在燃料安全性方面，ERCOT在做資源充裕性規(guī)劃時未考慮燃料供應(yīng)，而且由于井口沒有防凍設(shè)施，管道埋設(shè)淺，沒有天然氣濕度控制去除設(shè)備，缺乏預(yù)防管道冰堵的監(jiān)控措施，也缺乏儲氣能力，天然氣供應(yīng)短缺導(dǎo)致得州一半以上的天然氣發(fā)電產(chǎn)能變得不可用，造成有史以來第一次因極端天氣導(dǎo)致天然氣大量斷供致使嚴(yán)重停電，說明電力安全供應(yīng)和燃?xì)饪煽抗?yīng)之間是密切關(guān)聯(lián)的。二是新能源設(shè)備受到影響，大量風(fēng)機渦輪葉片因缺乏基本的防凍措施而被凍結(jié)，300-400萬千瓦風(fēng)力發(fā)電機組停運，冰雪覆蓋使得當(dāng)日光伏發(fā)電受到影響，雖然只是造成大停電的第二位因素，但如果采用防凍設(shè)計并由此增加約10%投資后，會在極端天氣下起到保供的支持作用。
在預(yù)警和應(yīng)對方面，得州事故中一是預(yù)測估計不足，ERCOT預(yù)計寒流下用電需求會達到6700萬千瓦，而極限時負(fù)荷需求達到7400萬千瓦，但沒有估計到3100萬千瓦機組退出運行，實際負(fù)荷4600萬千瓦，缺口超過2000萬千瓦。ERCOT預(yù)測的極端情景下，可調(diào)度的火電為5800萬千瓦，但實際可用的火力發(fā)電只有4200萬千瓦。二是在已提前預(yù)報即將出現(xiàn)極寒天氣后，適應(yīng)性措施不到位，未能及時調(diào)動供給側(cè)潛在發(fā)電能力和需求側(cè)響應(yīng)資源，發(fā)電企業(yè)具體的應(yīng)急準(zhǔn)備不足。
為應(yīng)對極端天氣對電力供應(yīng)造成的影響，應(yīng)加強對非正常狀態(tài)下能源電力問題研究，建立考慮極端情況影響的電源規(guī)劃機制，在可靠性和經(jīng)濟性方面取得最大平衡，提高極端氣象監(jiān)測預(yù)警能力，制定上下游聯(lián)動保障預(yù)案和應(yīng)急響應(yīng)措施，最大程度上化解極端天氣對電力供應(yīng)帶來的風(fēng)險。
重新審視電力供應(yīng)充裕性
加州和得州事故表明，在運行儲備不足、電力供應(yīng)緊張的情況下，電力系統(tǒng)想要保證安全供應(yīng)，保證一定的容量冗余非常必要，用電負(fù)荷高企時，可用的發(fā)電裕度能及時跟進，需要提前優(yōu)化備用比例和備用方案。NERC沒有為充裕性設(shè)置可靠性標(biāo)準(zhǔn)，但在對可靠性進行評估時，對以火電為主的系統(tǒng)要求備用裕度不低于15%，對以水電為主的系統(tǒng)要求不低于10%。CAISO以缺電時間預(yù)期研究為基準(zhǔn)，按照月度必開機組容量的15%確定系統(tǒng)運行備用容量，其中6%為應(yīng)急備用容量，9%為補償電廠計劃外停機和超歷史平均負(fù)荷用電。加州8·14和8·15停電事故中，系統(tǒng)運行應(yīng)急備用降低到6%以下，先后進入二級、三級緊急狀態(tài)。事故調(diào)查完成后，據(jù)了解CASIO正在計劃在15%-20%之間調(diào)整備用容量比例。ERCOT基于不同場景，測算動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)備用容量，2月備用容量約15.5%，但是極端氣候情況下，備用容量不等于實際可用容量，停電事故依然沒能避免發(fā)生。
當(dāng)前，可再生能源在發(fā)電結(jié)構(gòu)中所占份額越來越大，由于其容量系數(shù)較低，要重視高可再生能源比例下的發(fā)電容量充裕度問題，電力系統(tǒng)需要有足夠的可再生能源容量和靈活性電源負(fù)荷來滿足電力可靠供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。加州事故表明，由于新能源的不確定性和波動性，用電負(fù)荷不僅爬坡速度快，高峰出現(xiàn)時間偏離傳統(tǒng)時間，而且峰谷差變大。在危急情況下，常規(guī)能源要有承擔(dān)基本用電負(fù)荷的能力，確保整個系統(tǒng)的裝機及備用安排能夠隨時滿足負(fù)荷平衡要求。
在加州和得州大停電過程中，常規(guī)發(fā)電機組可靠性也出現(xiàn)了問題，擴大了負(fù)荷缺口。加州事故期間一臺容量為 49.4萬千瓦的燃?xì)鈾C組因故障跳閘，一臺容量為 47萬千瓦的燃?xì)鈾C組因錯誤指令出力降負(fù)荷，得州事故期間一個反應(yīng)堆由于水泵壓力傳感管線故障導(dǎo)致反應(yīng)堆自動跳閘。電力安全供應(yīng)的先決條件是系統(tǒng)隨時保持充足的輔助服務(wù)備用容量，要強化運行備用管理，采取有效措施來滿足電力供需平衡，保持系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運行。
更大范圍優(yōu)化配置資源
加州電網(wǎng)屬于美國西部電網(wǎng)，北部與俄勒岡州電網(wǎng)互聯(lián)，南部與亞利桑那州、墨西哥等電網(wǎng)互聯(lián)，可以通過跨州輸電線路從互聯(lián)電網(wǎng)中得到電力供應(yīng)。加州每年三分之一的電量是從俄勒岡州和華盛頓州進口的水電，但在去年夏天整個西部都出現(xiàn)高溫天氣，與加州相鄰的 3 個州的電力需求也高于往年同期，且用電高峰時間接近，另外由于輸電線路能力受限，外來電力減少到歷史上最大凈受入電力的60%，無法在短期及時緩解缺電局面。
得州電網(wǎng)本身相對獨立，只與北美東部電網(wǎng)西南電力庫（SPP）有2條容量總計800兆瓦的直流聯(lián)絡(luò)線，以及墨西哥電網(wǎng)3條容量總計430兆瓦直流聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)，限制了得州的電力送出和受入。在大范圍冰雪天氣下，SPP和墨西哥電力系統(tǒng)也遭受了輪流斷電，與墨西哥的聯(lián)絡(luò)由于天氣的惡化導(dǎo)致輸電中斷，受限于輸電能力的制約，總計輸入外部電力不足1000兆瓦，作用非常有限。
從加州和得州事故中可以看出，即使有了電網(wǎng)互聯(lián)，在大面積自然災(zāi)害的情況下，也難以真正起到互相補給的作用，如果要得到其他區(qū)域電網(wǎng)的支援，就需要更大范圍優(yōu)化配置資源。特高壓輸電具有大容量、高效率、低損耗、遠(yuǎn)距離等多項突出特點，在應(yīng)對區(qū)域資源不平衡和遠(yuǎn)距離電力調(diào)度支援上，特高壓直流電技術(shù)的優(yōu)勢是顯而易見的，在行業(yè)業(yè)務(wù)交流過程中，特高壓技術(shù)也得到了美國行業(yè)人士的高度認(rèn)同。
客觀審視電力市場機制影響
目前美國三分之二的電力負(fù)荷由ISO/RTO在提供，非市場化的公司也在逐漸靠近市場，說明市場機制有很大可取性。電力市場建設(shè)有不同的理論，也有不同的模式，本身都是復(fù)雜的系統(tǒng)。在兩州停電事故發(fā)生后，充分暴露出所采用市場機制的長期性和即時性的影響。在電力安全供應(yīng)方面，要看市場機制能否吸引投資，維系長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展，也要看事故中帶來的次生影響。
在電力系統(tǒng)采用垂直一體化、受管制的壟斷經(jīng)營模式時，電力供應(yīng)的安全基礎(chǔ)是明確的。在去管制之后，電網(wǎng)仍受到監(jiān)管，電網(wǎng)公司的成本計劃由ISO和所有利益相關(guān)方通過，經(jīng)過FERC批準(zhǔn)后納入輸電價格，由用戶承擔(dān)。但是，在開放的發(fā)電市場中，價格由競爭性的批發(fā)市場競價產(chǎn)生，如何吸引投資人對發(fā)電的長期投入，維持發(fā)電設(shè)備安全水平，不同的市場設(shè)計了不同的機制。
CAISO 負(fù)責(zé)加州電力日前市場和實時市場的運營，前一天制定次日24小時的計劃，在次日再分割為15分鐘和5分鐘的實時市場，去年8月14 日和15 日報價負(fù)荷與實際負(fù)荷的峰值偏差分別達到3386兆瓦和3434兆瓦，由此導(dǎo)致調(diào)度計劃安排不足，難以應(yīng)對實時市場上的負(fù)荷增長。8月14日由于系統(tǒng)運行備用的供應(yīng)短缺，觸發(fā)了稀缺電價機制，導(dǎo)致這幾個小時的能量和輔助服務(wù)的價格從正常時的幾十美元每兆瓦時飆升到報價上限1000美元。得州電力市場是單一電能量市場，以去掉容量市場來換取更便宜的日常電價。在極端天氣影響下，得州因供電嚴(yán)重不足，系統(tǒng)備用短缺，供需嚴(yán)重不平衡，導(dǎo)致ERCOT電力批發(fā)現(xiàn)貨價格80多個小時飆升至市場9000美元/兆瓦時的價格上限，是平時100倍以上，反映了電力的實時價格以及電網(wǎng)不同點的擁堵和損失成本。
停電事故不是市場機制造成的，但在災(zāi)害出現(xiàn)的時價格作用的發(fā)揮需要客觀認(rèn)識。當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生后，電力供需產(chǎn)生異常供需缺口，市場實際上已經(jīng)失靈，再用價格機制去保證供應(yīng)、抑制需求作用不大，還有很大負(fù)作用，需要政府在緊急狀態(tài)下進行價格管制，限制天然氣價格、電價的暴漲。容量市場和特定時期稀缺電價等市場機制，只是較長期的價格信號，災(zāi)害后大幅漲價，這一部分現(xiàn)貨電量的高電價如果傳遞到零售側(cè)企業(yè)或居民，只能加深災(zāi)難影響。
高度重視高可再生能源滲透率的電力系統(tǒng)韌性
加州一直是美國環(huán)境和清潔能源政策的領(lǐng)導(dǎo)者，率先立法承諾碳減排，10年來可再生能源發(fā)電量占比從12%大幅增加到31%以上，光伏發(fā)電量占20%，屬于高比例可再生能源的電力系統(tǒng)。根據(jù)加州2018年9月出臺的法案要求，隨著淘汰化石的逐步燃料，到2024年、2030年、2045年，加州電力系統(tǒng)中可再生能源供給占比將分別達到40%、50%和100%，實現(xiàn)氣候友好型能源系統(tǒng)。由于加州陸上風(fēng)電開發(fā)余地已經(jīng)不大，海岸因素使海上風(fēng)電成本較高，近年來加州大力發(fā)展光伏發(fā)電，2018年法案要求三層以下的新建住房必須安裝太陽能設(shè)備，并從2020年年初開始執(zhí)行。不斷增加的光伏電量使電力需求曲線呈現(xiàn)典型的“鴨子曲線”，需要大量靈活的機組來維持電力供需實時平衡。但去年停限電事故表明，在極端氣候條件和風(fēng)能不足情況下，加州缺乏可靈活調(diào)節(jié)的發(fā)電機組來應(yīng)傍晚時出現(xiàn)的電力供需缺口，不能保障電力供應(yīng)。
得州的傳統(tǒng)能源和新能源規(guī)模都很突出，在選擇能源轉(zhuǎn)型路徑、應(yīng)對氣候變化問題上存在爭議。得州2020年風(fēng)力發(fā)電量占比23%，太陽能占比2%。在過去10年中，得州的風(fēng)力發(fā)電逐漸成為該州的第二大電源，在最強季節(jié)甚至可以解決全州60%的供電需求，但冬季低于年均值。今年極寒天氣下，由于缺乏防凍設(shè)計和措施，約有60%風(fēng)力發(fā)電機凍結(jié)，太陽能發(fā)電能力一度近零，新能源雖然不是造成停電的第一因素，但自身出現(xiàn)問題的比例較高，也促成了電力供應(yīng)的不可靠性。
在新能源發(fā)展過程中，必須有靈活性電源保障，常規(guī)能源、可再生能源和儲能協(xié)調(diào)發(fā)展。加州自2010年以來的10年間，已有7個電廠、共計770萬千瓦發(fā)電容量的燃?xì)怆姀S退役，2臺112.7萬千瓦核電機組退役，并且計劃在2025年關(guān)閉最后一座核電站，還要求火電、核電停止使用直流冷卻系統(tǒng)，將導(dǎo)致1900萬千瓦電廠需新建蒸發(fā)冷卻設(shè)備或者退役，使得系統(tǒng)容量儲備大大降低。在風(fēng)電光伏發(fā)電沒有完全解決其波動性問題之前，如果不能做到協(xié)調(diào)發(fā)展，為電力系統(tǒng)提供充足的有效容量，將來在極端氣候事件下停電事故的再次發(fā)生難以避免，加州給出了實際的例證。
新能源加儲能是一種成本較高的組合，加州和得州事故后需要更加重視儲能建設(shè)。加州的電力儲能已經(jīng)比較領(lǐng)先了，但儲存能力與需求相比還非常小，停電事故后儲能將得到快速發(fā)展。據(jù)介紹，今年年初CAISO只有550兆瓦電池儲能，預(yù)計到今年夏天會增加到1750兆瓦，到2022年、2023年、2024年可能會達到3000、4000、5000兆瓦的電池規(guī)模，足以顯示出自去年停電事故后，儲能的發(fā)展具有了更高的戰(zhàn)略地位。
實施需求側(cè)響應(yīng)
在加州事故中，當(dāng)電力供應(yīng)不足時，CAISO 發(fā)布緊急狀態(tài)信息和彈性警告，呼吁用戶通過錯峰用電、調(diào)高空調(diào)溫度等措施節(jié)約用電，初期效果不佳，實際需求峰值反而超過日前預(yù)測峰值；進入二級緊急狀態(tài)后，則啟動了需求側(cè)響應(yīng)以緩解供需矛盾，在輪流停電發(fā)生后的持續(xù)高溫日子里，用戶積極響應(yīng)呼吁自愿節(jié)電，使得多天的實際負(fù)荷低于預(yù)測，避免了電力供應(yīng)再次中斷，取得了良好效果，需重視需求響應(yīng)常態(tài)化。目前，美國已經(jīng)廣泛推進智能電能表的安裝工作，包括空調(diào)控制芯片，將可有效調(diào)整電量供給，充分利用可再生能源。CAISO與一些可中斷負(fù)荷和可調(diào)節(jié)負(fù)荷簽定合同，在需求高峰供應(yīng)不足的情況下，可以削減或中斷供電并給予一定的經(jīng)濟補償。
重視危機的社會管理
加州和得州的停限電事故都是在極端氣候條件下發(fā)生的公共危機。由于美國用電以居民、商業(yè)用電為主，工業(yè)用電比例低，輪流停電切的主要是居民用戶負(fù)荷。在酷熱、極寒的條件下，人民日常生活乃至生命安全受到嚴(yán)重影響，其中得州進入重大災(zāi)難狀態(tài)，因電力供應(yīng)短缺引起電力現(xiàn)貨批發(fā)價格飆升，帶來民生問題和強烈的、大范圍的輿論沖擊，已經(jīng)威脅到了地區(qū)的社會穩(wěn)定。如同同期的疫情管理，事故中表現(xiàn)出社會治理體制在重大災(zāi)難面前的不適應(yīng)。對于難以避免的停電事故，需要向社會做好預(yù)告、疏導(dǎo)和善后處理工作，盡量減小極端事件對民眾和社會的沖擊。
結(jié)語
從加州和得州的電力危機中可以看出，電力安全供應(yīng)始終是電力發(fā)展和社會生活的基礎(chǔ)，需要通過系統(tǒng)思維不斷推動發(fā)展中問題的解決。在全球碳中和共同目標(biāo)下，建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是發(fā)展的必然趨勢，電力行業(yè)要適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展要求，發(fā)揮傳統(tǒng)能源優(yōu)勢，促進新能源發(fā)展，通過技術(shù)創(chuàng)新和機制創(chuàng)新實現(xiàn)安全升級，全面構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。
本文系《中國電力企業(yè)管理》獨家稿件，作者供職于中國電力企業(yè)聯(lián)合會。
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