最近幾天，美國大部分區(qū)域履歷了稀有的大規(guī)模寒潮氣候。在寒潮影響下，美國德克薩斯州電力批發(fā)商場上電力價格逾越了$9/度。當?shù)貢r間的2月15日，德克薩斯州電力可靠性委員會（ERCOT，擔任電網(wǎng)運轉(zhuǎn)和辦理電力批發(fā)商場的調(diào)度）宣告進入緊急狀態(tài)，并于15日清晨1:25初步輪番停電（rotating outages）。這一事情引發(fā)了動力界和氣候界的廣泛注重，其間關(guān)于電力商場規(guī)劃和可再生動力電力的諸問題，對我國電力商場革新和可再生動力電力展開或有啟示。下圖是美國2月15日的停電地圖：





在這篇新聞議論中，筆者妄圖拋磚引玉地收拾和答復下面幾個要害問題：-產(chǎn)生什么事了？“電荒”的原因幾許？- 作為國際上電力商場化程度最高的區(qū)域之一，德州的“電荒”與德州電力商場規(guī)劃有無聯(lián)絡？- 因為寒潮來襲，德州一半左右的風力發(fā)電機組被凍住無法作業(yè)，華爾街日報昨日的議論“A Deep Green Freeze“指出德州電荒“彰顯了削減天然氣和煤炭的愚笨行為”。可再生動力比例進步，對德州的這次電荒到底有何影響？- 聯(lián)絡到到我國上一年冬季大規(guī)模寒潮下的“電荒”，怎么面臨北半球冬季寒潮頻發(fā)的氣候改變風險？


產(chǎn)生什么事了？


寒潮當然是電荒的客觀原因，ERCOT在2月11號發(fā)布的新聞就估量，因為遭受帶來數(shù)十年來最冷的氣候，德州的電力需求量將創(chuàng)歷史新高。德州的電力商場化程度很高，點擊/就可以看到當日實時的電力需求和猜想、以及各區(qū)域的電力批發(fā)價格。留意電力批發(fā)價格是發(fā)電廠提供應電力零售商的價格，之后再由零售商銷售給顧客。


下圖是筆者2月16日早上登陸的情況，從左上角的圖片可以看到實時的電力需求和之后的猜想，以及電力供應保證?？梢钥吹近S昏的用電高峰時期仍有或許電力供應缺乏。右下角的圖片是實時的各地電力批發(fā)價格，現(xiàn)在簡直全部飆（深）紅，表明現(xiàn)已到了價格上限。德州的電力批發(fā)價格有一個上限：9美元/度，但是加上擁堵費等等，各地電力批發(fā)價格最多可以逾越12美元/度，這些深紅表明基本上都在9美元/度以上了。





從上周末初步，德州的批發(fā)電力價格就初步暴漲。下圖是ERCOT批發(fā)電力價格的從1月到上周末的走勢圖，可以看到收到寒潮影響，電價飆升了一百倍。





2月14日后，德州的電力供應初步進一步惡化。一方面，德州的電力需求初步超預期增加；另一方面，遭到寒潮影響，德州有近30GW的發(fā)電設備無法作業(yè)，其間26GW的是以天然氣為主的火電廠，遭到天然氣供應等影響無法發(fā)電，其他4GW是風電，因為受凍不能發(fā)電。德州一共的電力供應也就是80多GW左右，意味著近三分之一的電廠無法發(fā)電。德州因此在初步了輪番停電。下圖是結(jié)冰的風電機組：





- 德州的“電荒”與德州電力商場規(guī)劃有無聯(lián)絡？


德州的電力商場是一個恰當?shù)湫偷摹癊nergy only”的電力商場，也就是說，德州沒有電力容量商場，即沒有除了買電賣電的能量商場以外的機制去保證電廠建的滿意多。在電力商場規(guī)劃的問題上，“Energy-only” vs “Capacity market”一直是一個爭議問題。根據(jù)電力商場供需曲線的聯(lián)絡（如下圖），電力批發(fā)價格在需求高峰飆高。保證電力機組容量的滿意性、建造滿意多的電廠一直是個凌亂的問題。電廠建造跟不上需求增加，電力機組容量過低，就很簡單產(chǎn)生批發(fā)商場價格極高的問題，帶來商場不確定的風險。在極點情況下，就會成為人道主義災禍。





引進電力容量商場，就是期望保證發(fā)電容量滿意，下降德州這種電價飆升的情況。但是電力容量商場不是免費的。容量商場恰當于往常買了保險（保費也許很高）。比如在筆者現(xiàn)在所在的新澤西州（PJM電網(wǎng)）引進電力容量商場后，意味著每度電要增加$0.011-0.013的“容量費”（如下圖電力價格分化中“Capacity”所示）。這并不是一個小數(shù)目。從一些國外電力容量商場的情況看，電力容量商場有些時分變成了老舊發(fā)電設備連續(xù)生命、以及浪費顧客金錢的一種方法。





德州的電力商場沒有容量商場，所以電價往常相對廉價，假設看德州的均勻一年的批發(fā)電價，2019年在0.038美元/度，2020年更為廉價在0.022美元/度。2019年高一些正是因為2019年產(chǎn)生了一次熱浪引發(fā)的電價飆升。均勻來看，考慮到容量商場會有容量本錢，德州一年的均勻電價不必定因為這次飆升就比有容量商場的當?shù)馗??！P(guān)于德州這樣的“Energy only”的商場，呈現(xiàn)的“飆升”就是商場機制在效果（而不是商場失靈）。此外，在這次德州電價飆升事情中，一些電力零售商給用戶的是固定的電力價格（比如就是0.04美元一度電），而從批發(fā)商場上要以9美元一度電的價格買回來，這些電力零售商最近損失應該不小。


電力商場規(guī)劃“Energy-only” vs “Capacity market”并不是一個簡單的問題。關(guān)于這次電荒，如同與電力商場的規(guī)劃聯(lián)絡不大。很或許更準確的答復是，關(guān)于那些電力需求比較靈敏的用戶，德州這種大多時分很廉價的電價對他們更適宜；但是關(guān)于要保證時時刻刻需求的用戶，德州或許更簡單呈現(xiàn)的電價飆升就很心痛了。


在我國的電力體系革新中，容量商場也是一個恰當搶手的概念，還有不少區(qū)域先敞開容量商場，再方案敞開能量商場的。有關(guān)容量商場的效果機制，既要保證容量滿意，又要防止容量商場成為老舊的應該盡早挑選的機組的避風港，還需求更深化的研討——電廠該建的要建，不該建的不要建，該退役的不要留下。也有學者提出構(gòu)建容量商場的一個重要理由就是可再生動力電力有波動性，需求有必定的火電容量保證電力供應：不過德州的故事如同告知我們，火電也不完全靠譜。


-風電 vs. 火電：誰是德州電荒的首惡巨惡？


每有問題產(chǎn)生，廣泛的反應就是要找到首惡巨惡。德州電荒的一個重要原因顯然是前所未有的嚴寒氣候。下圖是德州近年來的用電需求走勢，可以看到2020年這幾天的用電高峰是前所未有的；而且寒潮導致近30GW的發(fā)電設施無法作業(yè)，也是前所未有的。





ERCOT不是沒有對或許的寒潮氣候作準備。但是在ERCOT公布的預案中，估量的情況是極點寒潮會導致大約8GW的火電設備無法發(fā)電，5GW的風電設備無法發(fā)電，加起來大約就是13GW左右；所估量的最極點的電力需求則在67GW左右，德州大約一共85GW的電力設備，這樣也還是足以滿意供應需求。


但事實上，德州的用電高峰需求達到了近70GW左右；而有逾越30GW的設備無法作業(yè)，其間26GW都是火電，有的煤電機組被凍住了轉(zhuǎn)不了；有的沒有天然氣供應（天然氣價格也飆升近百倍，而且買不到）；有的管道壞了天然氣運不過來。風電也有4GW左右（總量大約8GW）也被凍住發(fā)不了電。


從全體來看，ERCOT現(xiàn)已估量到風電或許會有4-5GW的不能運轉(zhuǎn)，但是沒有估量到火電設備的問題，所以這次電荒不應該歸咎于風電本身。但是德州的電網(wǎng)現(xiàn)在的風電發(fā)電占比大約在23%左右（如下圖），假設風電占比進一步進步，而火電占比進一步下降，會不會就有風險？





這個問題的確值得擔憂。不過更為要害的如同是，德州的風電機組并沒有對極點寒潮作準備。對比來看，在其他的一些區(qū)域，雖然氣候更冷，風電設備也沒有結(jié)冰——風電機組可以經(jīng)過一些防凍技能削減結(jié)冰的或許性，但是很惋惜，德州處在美國中南部，沒有估量到或許會有如此嚴寒的氣候，所以其風電機組并沒有防凍的處理。許多區(qū)域的電網(wǎng)也相似，大都是按照為了夏天用電高峰來準備的，很少注重隆冬的問題，所以在德州這次寒潮中，也有不少電網(wǎng)的問題、管道的問題，都是無法習氣低溫而中止作業(yè)的。


電力供應不或許保證100%的滿意需求，那樣的話電力本錢會大幅上漲，所以呈現(xiàn)電荒或許有時分并不是一個“問題”，重要是操控“電荒”帶來的后果，理順電力供需聯(lián)絡。此外，這次德州的電荒原因是發(fā)電的問題，我們也看到其他區(qū)域（如加州、我國各區(qū)域）也有傳輸?shù)膯栴}。電網(wǎng)需求統(tǒng)籌本錢和安穩(wěn)，所以更為要害的如同是「做好更壞的準備」。跟著氣候改變的展開，氣候異常的影響需求我們更充沛的準備。


北半球冬季寒潮頻發(fā)，氣候改變使得我們的電力供應更軟弱


聯(lián)絡到我國上一年冬季的寒潮氣候和“電荒”，氣候改變正在使得我們的基礎設施更加軟弱。紐約時報的議論文章應該要比開頭所說的華爾街日報議論好一些：AGlimpse of America’s Future: Climate Change Means Trouble for Power Grids（美國未來一瞥：氣候改變讓電網(wǎng)更軟弱）。


跟著極地變暖，北半球寒潮產(chǎn)生的或許性或許會增加，而且夏天的熱浪也會增加。這幾回電荒現(xiàn)已告知我們，這些電荒的問題是凌亂而多變的，而且是系統(tǒng)性的，不是僅靠“深化推進商場化革新”或“加強辦理”就能處理，也不是僅靠“大力展開新動力”或“用火電保證電力安穩(wěn)”就能處理，系統(tǒng)性的問題是：我們當時的基礎設施不能習氣正在改變的氣候。


假設2030年也就是十年內(nèi)我國的電網(wǎng)非水可再生動力占比要達到25%（加上水電，40%左右），那么我我國電網(wǎng)的情況會和德州今天相似，不過光伏會多一些，而且關(guān)于水電少一些的北方區(qū)域，可再生動力比例或許會更高一些。那樣的情況下，我們的電網(wǎng)是不是也有應對極點氣候的才能？


老生常談，我們需求的是綜合的處理方案：從建筑節(jié)能，下降冬夏天節(jié)的用電高峰；到儲能展開，防止高峰值需求的供應失利；到基礎設施習氣，到擬定人道主義的氣候改變極點氣候應對方案，這些現(xiàn)已時不我與。我們需求低碳電網(wǎng)，也需求更能反抗極點氣候的電網(wǎng)。正如A Glimpse of America’s Future中指出：“更加扎手的問題是，我們現(xiàn)在處于這個國際，（尤其是針對氣候改變問題），過去現(xiàn)已不能為未來提供杰出的借鑒”。