美国德克萨斯州能源危机剖析

文/江 涛

近日，由全球绿色发展联盟会举办的系列讲座讨论了美国德州2021 雪灾导致的停电危机以及相应的解决方案。会上，电力专家认为停电危机不是德州电力市场设计的问题，建议适当发展分布式新能源。同时，与外部联网的建设，需要综合考虑分析工程的成本与可带来的长期效益。

1 电力市场可靠，稀缺电价或过高

停电危机发生后，作为电网运营商的德克萨斯州电力可靠性委员会（简称“ERCOT”）饱受指责。不过，IEEE 电力与能源委员会主席、Grid-X Partners 副总裁卞建华和德克萨斯大学奥斯汀分校助理教授朱昊均认为，ERCOT 在事发前的准备和危机时的处理都履行了其职责，在其管理范围内的应对是可靠的。

朱昊称，由于本次天气过于寒冷，发电机组没有对如此寒冷的天气做好准备，大部分品类的发电机组都出现了不同程度的脱机情况，并非是单一品种电源的问题。即使是备用机组也会受天气影响，无法填补供应缺口。

卞建华表示，用电需求分析没有固定的标准，主要是根据以往的经验和概率制定计划。

ERCOT 预测冬季的峰值用电量需求是67 000 MW，也是基于2011 年电力危机的情况进行的预测，如果遭遇类似2011 年的寒冷天气时有足够的发电量。

2 月14 日，当用电需求达到69 000 MW 时，已经超过了ERCOT 预计的67 000 MW。朱昊认为，ERCOT 很好地应对了这一情况，没有出现输电问题。

朱昊指出，ERCOT 在做冬季发电计划时认为煤炭、天然气和核电几乎是百分百可靠的，也预计到可再生能源的波动性，对风电和光伏的输出期望值不高。但是让ERCOT 没想到的是，2021 年2 月份天气比2011 年时更为极端，而被寄予厚望的发电主力也出现了大滑坡，超出了事前预料的范围。

尽管几位专家均认同德州此次危机不是电力市场设计的问题，但是卞建华认为，德州的稀缺电价算法机制在本次危机中出现了一些问题。

在第一天开始轮流停电后，电价仍然没有上升，一直 在1 200 美 元/MWh 左 右徘徊。如果稀缺电价算法机制正常运行，在需求上涨、备用容量下降的情况下，电价会自动上升。在德州公共事业委员会（简称“PUCT”）的干预下，ERCOT 才将电价上调到9 000 美元/MWh 的上限。而在停电开始两天后，温度已经逐步回升，发电量也在逐步恢复，电价却仍然在9 000 美元/MWh 的高位维持了几天。

卞建华指出，实时电价并没有反映出当时的需求情况。不过总体而言，德州的电力市场设计并没有问题。

对于停电时高达9 000 美元/MWh 的电价，全球绿色发展联盟会长，IEEE PES 中国智慧乡村委员会主席张晓枫认为相比加州2020 年8 月停电危机时996 美元/MWh 的高峰电价，德州的电价要高出很多。

“电力市场尤其是电价机制设计需要与电力供应的公共事业特性相结合，电网为用户提供服务，所以应该适当考虑用户负担的成本。”张晓枫说。

2 联网成本和停电损失

德州并非所有地区的电网都属于ERCOT 管理，德州北部和东部小部分地区与美国东部电网（Eastern Interconnection）相连，西部小部分地区跟西部电网（Western Interconnection）相连。在本次停电危机中，这部分地区受影响相对较小，而几大城市则成了“重灾区”，关于德州电网是否需要与外界互联的讨论愈发热烈。

张晓枫表示，德州跟相邻的州以及墨西哥联网的容量大概有1 GW，远远无法弥补此次德州危机30 GW 发电机下线的缺口。“平常德州的电价相比加州普遍便宜，当加州晚上没有太阳能发电的时候，需要从外州进口电力，德州就可以把电卖到加州。”她认为，联网后，由于德州可以出口电力到其他州，对经济有促进作用，同时，也可以从外州进口电力，可以增强电网的可靠性。

联合爱迪生（ComEd）电力公司配网工程与智能电网高级经理张旒玺则表示，此次危机从现有数据看，来自相邻州的发电量也不够。而且即使有了联络线，由于负荷中心可能不在联络线的附近，而是在中部地区，并不是外来电可以直接送到的地方。

德州2000 年后大力发展风电，目前已成为该州第二大发电来源。“为了把西部的风电送到达拉斯以及用电量大的中部和东南部地区，德州用了十几年的时间，花费了数十亿美元的巨资才得以建成输电线，成本支出非常高昂。”朱昊说，“德州大概有98%的土地都是私有的。一旦与外部建立联网，确实会带来一些好处，但是从工程花费和土地私有的角度来讲，短期内是难以实现的。”

张晓枫则指出，投资成本不单只是考虑工程本身的造价，还要考虑到如果发生大停电，会造成多少损失。如果有了联网，因大停电造成的损失可以减少，这同样是成本分析计算时需要考虑的问题。“如果通过联网可以减少更多的损失，那么联网就是值得做的。”

3 增加微网建设，提高民生应急保障

未来如何更好地解决极端情况下电力系统的难题，多位专家均表示，增加微网建设是一个发展的方向。

“假如有微网为整个电网增加弹性，带来的效益就不仅仅是减少停电的损失。在这次德州危机中，如果有一个区域，可以保障加油站、水厂、医院等关系民生的用户正常运行，那就像是沙漠中的一片绿洲，可以提供应急保障。由此带来的应急体系等价值远远高于只是减少一次停电，所以应该将这些效果定义为间接的价值效益。”张旒玺说：“建立微网本身的成本高，但是如果考虑了这些间接价值的话，也可能是一个值得投资的方向。”

停电发生后，对于新能源在德州发电来源所占的比重讨论不绝于耳。张旒玺表示：“发展新能源是未来的趋势。而在越来越多的新能源接入电网后，需要对现有电网进行升级。现在电网大部分都是作单向考虑，当新能源接入时，有可能需要进行双向考虑。比如说，一个变电站不仅是在输电，有可能在晚上用电量下降的时候，往电网送电。”在这种情况下，电网很多环节需要重新设计。

张旒玺指出，电网首先需要有一双好的“眼睛”，获取各种各样的实时监控数据；其次是充当“神经系统”的实时通信设施，比如光纤、5G等；然后需要一个可靠的新能源管理系统，接收数据后在最快的时间里做出判断，甚至在事情还没有发生的时候就做出预判。

本次轮流停电还造成了不同区域居民用电不平衡，卞建华认为，在紧急情况下把电分配到需求最大的地区是德州电网需要改进的方向。“以奥斯汀为例，有些不需要大量用电的楼栋（如办公区域）有电，而有些需要大量用电的楼栋（如居民区）却没有电。”卞建华说，电网需要做的是加强监测信号和控制中心的联系，在轮流停电时释放相应的需求信号，可以对不需要用电的地方实施停电，把电尽量供给需要用电的地方。

除此之外，加强电力市场的监管也是德州正在思考的问题。据卞建华分析，德州遇到这种极端情况相对较少，目前缺乏足够的法律依据让承受高电价的公司向发电公司或者天然气管道公司索赔。

目前，德州能源电力主要由PUCT 和德州铁路委员会（简称RRC）监管，两者类似加州能源委员会和加州公共事业委员会的关系。卞建华称，现在已有德州参议员提议将这两个机构合并，以便更好地协调管理，制定更完善的市场规则。