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由暴风雪下的美国德州想到的……

北极星电力会展网 来源:先思录 作者:尹明 2021-02-19 09:54:56
关键词: 停电  电价电力市场

在我们喜迎牛年、欢度春节的时候,西半球的美国中部多个州正经历着暴雪严寒的侵袭(过雪面积超过130多万平方公里),造成550多万户家庭停电(2月16日数据,其中,德克萨斯州就有400多万户停电)。德州的能源电力保障能力在此次暴雪面前显得如此脆弱,有些出人意料。前些年,笔者曾经到美国加州、德州进行过电力市场和可再生能源发展方面的考察和调研,结合考察获得的信息及其他方面的相关信息,写了些自己对此次暴风雪下德州能源电力断供的认识。

(来源:先思录 ID:foresight-thinking 作者:尹明)

笔者认为,德州此次暴雪严寒能源电力断供的主要原因如下:

1、此次能源电力断供是“天灾”的结果,即老天造成的。这次暴雪严寒对德州属于“百年一遇”(Once in a life time)的,德州很多地方的最低气温低于常年同期平均温度十多度,甚至二十多度,且持续时间长达数天。用科学语言说,这属于极端天气,是“小概率事件”。

2、德州能源电力保障体系和能力建设存在欠缺。主要包括:

(1)大量发电机组无法工作。在暴雪严寒中,德州近三分之一的发电机组无法工作,包括2600万千瓦受到天然气供应中断而无法发电的燃气发电机组,因严寒被冻住的400万千瓦的风电机组等。

(2)德州与外部互联较弱。德州仅通过一个345kV通道与西南电力池(SPP)互联,联系非常薄弱,且德州自身就是一个独立的平衡区域,可以算为一个“准孤网”。德州当自己供给能力不足时,又得不到外部及时支援供给,所以只能采取切负荷、限电等不得已措施。

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图1. 美国电力平衡区域

(3)需求侧资源未能有效整合发挥作用。德州电力可靠性委员会(ERCOT)重视将需求侧响应作为给风电提供额外备用的重要手段(即作为风电预测出力与实际出力存在较大偏差时的调节手段,被称为负荷作为资源计划),并取得较好效果。但是这种基于支持风电发展的需求侧响应机制对于能源系统级别的需求而言,还远远不够,主要体现在缺少负荷侧资源的商业整合、系统紧急时段的负荷有序管理、基于系统可靠性的需求侧响应机制等。

另外,也不排除能源电力基础设施,如线路和管道投运时间较长,设施养护状态欠佳等因素也加重了此次德州能源电力断供影响。

由这次暴风雪下的德州联想到2008年初我国大范围低温、雨雪、冰冻等自然灾害。大范围、长时间的降雪异常天气给南方地区能源电力保障带来严重影响,造成大量人员伤亡、财产损失。但之后,我国通过技术、管理等多方面举措消除了相关风险隐患。结合以上分析,此次暴风雪下的德州再次深化了笔者对能源电力发展的几点认识。

认识一:我国应加强对非正常状态下能源电力问题研究,做好应急应对准备。

正常状态下的能源电力发展可以是现实主义(经济可承受是主要标准)与浪漫主义(生态道德是主要标准)的平衡,这种场景也是很多环保主义者、绿色能源支持者最喜欢和最擅长的场景。非正常状态可以理解为“小概率事件”场景,包括极端天气、重大地缘政治风险、系统重大故障(或人为破坏)风险等,这种场景下的能源电力发展就是以安全为底线、为核心(能活着、能运行是主要标准),直接涉及生命和财产安全,没有浪漫可言,这种场景是专业技术人员、政策制定者最关注的。

当前我国面临的地缘政治、大国博弈日益复杂多变,在我国落实减碳国际承诺中能源源电力转型压力倍增,加之气候变化诱发的局部极端天气出现频次增多,我国能源电力系统将面临更多非正常状态挑战,直接影响国家能源安全与能源保供。正常状态下的能源电力发展问题,通常可以通过技术、政策等措施加以解决,基本没有跳出“技术+政策”的圈子。而预见和解决非正常状态下的能源电力问题需要对能源电力发展的深入理解、对多维风险的合理预见、对更多场景的科学模拟与推演,需要“技术+政策+科学思维+责任心”等综合能力,复杂程度更高,所需资源更多。

因此,我国需要更加重视对能源电力发展中非正常状态问题的研究,在战略、技术、市场、政策等方面做好准备。笔者在《将“能源替代”上升为“能源备份”国家战略》《由特朗普的“大电力系统安全”行政命令想到的》和《中国能源转型需要大力发展煤炭和煤电产业》等文中对此都有所表达和阐述。表1对其又进行了进一步梳理和归纳。

表1. 重视对非正常状态下能源电力问题的准备

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认识二:通过金融保险创新解决能源电力基础设施安全问题。

能源电力系统涵盖原料运输、能源转化、能源传输、能源分配与使用多个环节,整体性、关联性、系统性都很强。哪一环节出现问题,整个系统都会遭殃。这次暴风雪下的德州,天然气管道因低温无法向发电厂供气、风电机组被冻住极大降低了德州的发电能力,电力线路也有不同程度损毁。这一方面暴露出其在电源规划和投资建设方面存在“市场思维”压倒“安全思维”的问题,属于“资本战胜科学”造成的对人的“反噬”,暴露出资本逐利的本性。另一方面,也能看出,提高能源电力基础设施的抗寒抗低温能力,肯定需要大量资金投入,暴露出资本厌恶这类“以防万一”投资的本性。该如何解决和处理好这种资本逐利与资本厌恶的矛盾,也是我国发展能源电力基础设施方面需要注意的。

笔者认为,我国能源电力发展应该更加重视供气管道、储气设施、输配电网等能源电力基础设施建设,通过金融和保险创新的方式解决“以防万一”投资需求。一是鼓励保险机构创新针对发电设施、供气/供电设施的保险产品;二是可以将供气、输配电这部分“以防万一”的投资作为准许成本由输配电价回收;三是可以研究采取“能源电力系统安全基金”的方式,对造成系统运行风险的投资项目除要求其在技术上尽量减轻风险外,按照一定比例缴纳“能源电力系统安全基金”,用于改善整个系统的安全稳定性。

认识三:巩固和优化城市能源电力保障。

美国德州多个城市的能源电力供应遭受的前所未有的影响,提醒我们要重视城市能源电力保障能力规划和建设。在我国,城市用能消耗占到全国的能源消耗的70%左右,其产生的GDP占比超过全国的80%。城市能源电力保障是国家能源安全的重要组成部分,对我国经济发展、社会稳定举足轻重。笔者认为可从以下方面提高城市能源电力保障。

一是建立“远中近”三层保障体系确保一二线大城市的供能供电保障。“远”即通过跨省跨区输电实现远方保障,“中”即通过本省能源电力调配实现中层保障,“近”即通过利用大城市周边土地、屋顶或资源建设分布式电源(如光伏、风电、生物质发电、热泵等)提高用能用电自给比例。“远中近”三层保障通过各级调度和控制中心实现协同。考虑到大城市内土地等资源集约化要求高、建设运维标准要求高等条件,大城市的能源电力发展与服务宜采用综合性、协同大规划、大统筹模式,实现高度专业化运营。

二是按照“因地制宜,多元解决”的思路,解决中小城市的能源电力保障问题。对于远离枢纽变电站或大型电源的中小城市,一方面可鼓励其附近的产业园区、工业园区、大型工程配套电力工程等转制为增量配电网,实现对中小城市的供能供电服务;另一方面,可通过特许经营权模式,引入社会资本进行能源电力基础设施投资运营。同时,鼓励就近用户开发风电、光伏等分布式能源,满足城市和居民用能用电需求。中小城市能源电力发展和服务可结合当地情况,采取综合性、协同大规划、大统筹模式,或是分专业规划模式,可以向社会第三方优选运维服务提供商。

三是重视城市用能用电的需求侧资源价值挖掘。采取市场化手段,深度挖掘在夏季和冬季用电用能高峰时段需求侧资源价值,调动用户参与积极性,减低用户侧需求对系统运行的可靠性压力。利用先进信息通信技术,提高用户与系统的互动性、响应及时性和结算便捷性。

总之,笔者认为,能源电力系统不管如何转型,如何发展,都不能弱化和忽视安全问题。解决这个问题,光靠市场、光靠技术、光靠政策都不行,需要的是综合性的整体战略和解决方案。笔者再次呼吁国家相关部门,重视我国“能源备份战略”的研究与制定。

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