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国家电网:美国为什么老是停电?

日期:2021-02-21    来源:国家电网报

能源资讯中心

2021
02/21
15:33
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关键词: 国家电网 美国得州电网 电力缺口 得州风力发电

得州又停电了。

10年前,得克萨斯州就一度因为电力缺口向墨西哥借电。

10年后,这个美国能源最丰富的南部大州,再次陷入无电可用的困局。

2月15日起,受冬季风暴影响,得克萨斯州限电1650万千瓦,超过400万个家庭和企业在冬季忍受停水停电之苦,甚至有17人因天气寒冷不幸丧生。与此同时,交易市场上的电价一度飙升100倍。

5天过去了,得州居民还是没有等来曾经熟悉的电力。社交网络上,人们纷纷晒出结冰的洗脸池、冻坏的水管,甚至还有怀抱宠物蜷缩在床上取暖、拆卸门窗烧火取暖、烧雪水冲马桶的心酸画面。

乱相之下,一些以往很少被人注意的深层次问题渐渐浮出水面。从加州到得州再到路易斯安那州,从2003年美加大停电、2019年纽约曼哈顿大停电、2020年加州停电几个月,再到2021年年初停电,作为全球唯一的超级大国,美国为什么总是停电?

危机!

电力供应结构失衡

三大电源同时出现问题

先从发电的事说起。毕竟,这几天,这方面的脉络相对清楚些。

看两张图。彭博社展示的得州电网负荷与电网频率曲线图,足以让全世界的电力从业者惊出一身冷汗。

2月14日晚,得州电网的负荷急剧攀升,到了15日凌晨,负荷却断崖式下降。与之相呼应的是电网频率在15日凌晨出现了较大波动。得州电网只能快速实施大面积非计划停电,也就是俗称的“拉闸限电”。随后几日,由于大面积停电,得州电网负荷一直保持比平日还低的水平。

兵来将挡,水来土掩。用电激增时,如果发电厂能及时增加供给,这条蓝色曲线也能保持平稳。但雪上加霜的是,得州的发电厂掉链子了。

首先出问题的是该州大出风头的风电。

得州风电近年来一举超过煤电,成为第二大电源(占比23.8%),仅次于第一大电源天然气发电(占比53.4%)。在风力强盛的夏季,得州风电甚至可以供给60%左右的电量。放眼全球,得州风电也有理由骄傲:如果把得州当做一个单独的地区和世界各国(包含美国非得州区域)进行比较,其风电装机容量排名第六。但在本轮寒潮中,许多风机叶片结冰,致使产能腰斩,约4000万千瓦机组无法正常运转。

祸不单行。在风电被“冻”掉一半的时候,得州发电的绝对主力天然气发电也被“冻住”了——因天然气管道运输冻结,导致天然气供应短缺。

最后,因发电稳定而经常充当“压舱石”的煤电在得州的占比已经降至13.8%。一片冰封之下,煤电情况如何?目前看,也大概率受到了一定影响。得州州长格雷格·阿伯特就表示:受极端天气和极端温度影响,许多使用煤炭、天然气或风力发电的电厂无法正常运转。在三大电源(总占比91%)都或多或少受到影响的情况下,大范围拉闸停电也就不足为怪了。

必须指出的是,得州遇到的问题,很大程度上也是整个美国遇到的问题。

2020年,得州风力发电首次超过煤电,而在全美,煤电在总发电中的占比降至24%。

长期以来,对于狂飙突进的风电,得州不仅毫无警惕,反而盲目乐观——该州的项目开发商甚至建议未来接入电网的新一代发电设施中,风能、太阳能以及大容量储能电池要占到95%。不过,此次大停电后,相信得州乃至全美对新能源发展会有更加客观、清醒的认识。

救援?

没有统一电力调度

没有真正意义上的国家电网

在互联的大电网中,像得州这样的一个“省级电网”出现了供应问题,并非没有办法挽救。因为,可以通过国家一级的电力调度来及时调剂余缺、相互支援。

但不幸的是,这在美国很难实现,在得州更难实现。

首先,得州电网是一个孤立电网,即所谓的“独立性供电组织”(ISO)。

早在1996年,得州电力可靠性委员会就成为全美第一个独立系统调度机构。得州电网和外州没有交流互联,仅通过直流(总容量125万千瓦)与Southwest PowerPool(SPP)、墨西哥电网相连。作为能源重镇,得州的外来电比例甚至仅为最大负荷的1.7%,真正处于“自给自足”的状态。

这样的“孤网”遇到危机时当然就很难转危为安。对此,美国的学者也有清醒认识。得州农工大学的谢乐教授、马克·巴尔托教授、美国国家工程院院士Chanan Singh以及Efstratios Pistikopoulos教授在《休斯顿纪事报》发表文章,直言孤立于美国东部互联电网和西部互联电网的得州电网,极端天气条件下电力送出和受入大为受限,难以通过跨州输电线路从互联电网及时获得电力供应。

其次,美国没有真正意义上的国家级电网。

美国在1996年4月以前实行的是由联邦能源管理委员会(FERC)统一发电、供电、配送、管理的体系。但社会舆论抨击该体系“垄断性强”“缺乏市场竞争”“容易造成价格畸高”。于是,FERC改弦更张,“减少政府插手、提高经济效率和可靠性,改善社会公平”。此后,FERC只负责监管各州电网,而各州电网则不直接经营发电和供电,而仅仅负责监督、管理和规范本州发、供电企业的市场经营行为。各州既可以组成跨州的“区域性供电组织”(RTO),也可以组建原则上只给本州供电的“独立性供电组织”(ISO)。1996年8月21日,得州电力可靠性委员会(ERCOT)成立,成为全美第一个ISO。而北美总共有9个ISO/RTO。踌躇满志的ERCOT甫一成立就将得州电力公司一拆为四,而在全美,则陆续诞生了3000多家电力企业,包括私营企业、联邦公营、市政公司、电力合作社等,大多各自为战。

一方面是全球唯一超级大国、能源消耗第一大国,一方面是山头林立、松散连接的美国电网,这其中蕴含的巨大风险早已被有识之士所察觉。早在2014年,美国前能源部部长、新墨西哥州州长比尔·理查德森就在Politico时政新闻网撰文指出:“美国的电力系统在过去100多年的发展过程中,形成了上百个互相隔离的区域性经营者,而非我们所需要的综合、协调的全国性电网。现在正是考虑建立全国性电网的时候,不仅仅是为了处理管理辖权之争,还是为了使用新技术来最大化利用我们的能源。”

没有真正意义上的国家电网,没有自上而下的统一电力调度,所以,面对“省级电网”大停电,即便是总统也只能宣布该州进入紧急状态,而无电可救。这一点,在2020年的加州大停电中已经暴露无遗。缺乏统一调度的电力市场,让加州千金难买一度电——高温高负荷下,邻近各州也表示“没有余粮”,不愿意卖电。

由此可见,面对危机,没有统一、互联的大电网,就无法有效应对、跨区域支援。如果一国之内,电网多而不强、强而不联,势必会产生重大隐患。

反思

为什么美国没有“保电”

不要求“保民生”?

过去这几天,大停电之下的得州,发生的事情屡屡刷新国内网友的认知。

其一,电价暴涨100倍。

得州电网实时批发市场价格一度攀升至每兆瓦时1.1万美元,而平时,得州电价每兆瓦时不到100美元。目前部分居民每日电费接近3000美元。一方面极度缺电,一方面是价格奇高,真正是“市场经济”。

其二,电力“双城记”。

冰天雪地、寒风瑟瑟中,居住更多低收入居民和有色人种的东部社区一片黑暗,冻死、冻伤的事件频频发生,而市中心和富裕社区的写字楼、景观灯却彻夜长明。国内媒体人感慨:“资本主义的现实如此骨感令人无语。”

其三,市长怒斥求助民众。

科罗拉多市长甚至在社交网络抛出观点——“政府不欠你们的,供电公司不欠你们的,适者生存。政府不负责为你们提供援助支持……”

与国内民众熟悉的认知——面对缺电应该“保电”“保民生”相反,美国的拉闸限电优先保障的是大企业、重要机构的用电。

其实,这也不难理解——这与高度市场化的制度直接相关。

自扫门前雪的私营企业寻求利益最大化,平日没有动力维护电力设施、增加备用容量,难时又把资本的逐利天性发挥到了极致。于是,绝对自由的市场调节带来了成百上千倍的价格暴涨。这种看起来有些趁火打劫的“不厚道”操作早已不是新闻了——2019年、2020年夏季,炎热干旱的得州电网都曾出现过9000美元/兆瓦时的超高电价。

为什么不会保障普通民众的用电等民生需求?民选上台反而怒斥民众的科罗拉多市长,已经说得很清楚了:“救援是社会主义国家才会做的事情。”而在社交媒体上,网友也指责说:一周前就知道要来风暴,但他们不愿意花钱去充分准备应对。

一次暴雪,确实让制度层面的问题暴露无遗。

目前,得州停电已经进入第五天,但谁该“管电”反而扑朔迷离。

休斯敦市长西尔维斯特·特纳发推表示:“市政府并不能控制得克萨斯的电网。我们也不能监督得州电力可靠性委员会。而监督该委员会的责任,那是州长和州政府、州议会的事儿。”

得州州长格雷格·雅培也表示,私人运营商负责的环节出了问题,与州政府无关。他甚至下令对得州电力可靠性委员会开展调查。

处于风口浪尖的的得州电力可靠性委员会则发布公告称,因为能源价格近期上涨,又因为严寒天气供不应求,才导致本次危机。该委员会还暗指,拜登上台后的一系列绿色新政导致化石能源价格上涨……

虽然怒怼民众的市长已经删除发言并递交辞呈,但缺电的问题似乎还没有找到有效的解决办法。

但愿,得州的民众能早日迎来温暖和光明。

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