2021-02-24 13:21:40
美國德州“電荒”:對電力商場革新和新動力電力的啟示
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”。