最近几天，美国大部分区域履历了稀有的大规模寒潮气候。在寒潮影响下，美国德克萨斯州电力批发商场上电力价格逾越了$9/度。当地时间的2月15日，德克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT，担任电网运转和办理电力批发商场的调度）宣告进入紧急状态，并于15日清晨1:25初步轮番停电（rotating outages）。这一事情引发了动力界和气候界的广泛注重，其间关于电力商场规划和可再生动力电力的诸问题，对我国电力商场革新和可再生动力电力展开或有启示。下图是美国2月15日的停电地图：





在这篇新闻议论中，笔者妄图抛砖引玉地收拾和答复下面几个要害问题：-产生什么事了？“电荒”的原因几许？- 作为国际上电力商场化程度最高的区域之一，德州的“电荒”与德州电力商场规划有无联络？- 因为寒潮来袭，德州一半左右的风力发电机组被冻住无法作业，华尔街日报昨日的议论“A Deep Green Freeze“指出德州电荒“彰显了削减天然气和煤炭的愚笨行为”。可再生动力比例进步，对德州的这次电荒到底有何影响？- 联络到到我国上一年冬季大规模寒潮下的“电荒”，怎么面临北半球冬季寒潮频发的气候改变风险？


产生什么事了？


寒潮当然是电荒的客观原因，ERCOT在2月11号发布的新闻就估量，因为遭受带来数十年来最冷的气候，德州的电力需求量将创历史新高。德州的电力商场化程度很高，点击/就可以看到当日实时的电力需求和猜想、以及各区域的电力批发价格。留意电力批发价格是发电厂提供应电力零售商的价格，之后再由零售商销售给顾客。


下图是笔者2月16日早上登陆的情况，从左上角的图片可以看到实时的电力需求和之后的猜想，以及电力供应保证。可以看到黄昏的用电高峰时期仍有或许电力供应缺乏。右下角的图片是实时的各地电力批发价格，现在简直全部飙（深）红，表明现已到了价格上限。德州的电力批发价格有一个上限：9美元/度，但是加上拥堵费等等，各地电力批发价格最多可以逾越12美元/度，这些深红表明基本上都在9美元/度以上了。





从上周末初步，德州的批发电力价格就初步暴涨。下图是ERCOT批发电力价格的从1月到上周末的走势图，可以看到收到寒潮影响，电价飙升了一百倍。





2月14日后，德州的电力供应初步进一步恶化。一方面，德州的电力需求初步超预期增加；另一方面，遭到寒潮影响，德州有近30GW的发电设备无法作业，其间26GW的是以天然气为主的火电厂，遭到天然气供应等影响无法发电，其他4GW是风电，因为受冻不能发电。德州一共的电力供应也就是80多GW左右，意味着近三分之一的电厂无法发电。德州因此在初步了轮番停电。下图是结冰的风电机组：





- 德州的“电荒”与德州电力商场规划有无联络？


德州的电力商场是一个恰当典型的“Energy only”的电力商场，也就是说，德州没有电力容量商场，即没有除了买电卖电的能量商场以外的机制去保证电厂建的满意多。在电力商场规划的问题上，“Energy-only” vs “Capacity market”一直是一个争议问题。根据电力商场供需曲线的联络（如下图），电力批发价格在需求高峰飙高。保证电力机组容量的满意性、建造满意多的电厂一直是个凌乱的问题。电厂建造跟不上需求增加，电力机组容量过低，就很简单产生批发商场价格极高的问题，带来商场不确定的风险。在极点情况下，就会成为人道主义灾祸。





引进电力容量商场，就是期望保证发电容量满意，下降德州这种电价飙升的情况。但是电力容量商场不是免费的。容量商场恰当于往常买了保险（保费也许很高）。比如在笔者现在所在的新泽西州（PJM电网）引进电力容量商场后，意味着每度电要增加$0.011-0.013的“容量费”（如下图电力价格分化中“Capacity”所示）。这并不是一个小数目。从一些国外电力容量商场的情况看，电力容量商场有些时分变成了老旧发电设备连续生命、以及浪费顾客金钱的一种方法。





德州的电力商场没有容量商场，所以电价往常相对廉价，假设看德州的均匀一年的批发电价，2019年在0.038美元/度，2020年更为廉价在0.022美元/度。2019年高一些正是因为2019年产生了一次热浪引发的电价飙升。均匀来看，考虑到容量商场会有容量本钱，德州一年的均匀电价不必定因为这次飙升就比有容量商场的当地高。——关于德州这样的“Energy only”的商场，呈现的“飙升”就是商场机制在效果（而不是商场失灵）。此外，在这次德州电价飙升事情中，一些电力零售商给用户的是固定的电力价格（比如就是0.04美元一度电），而从批发商场上要以9美元一度电的价格买回来，这些电力零售商最近损失应该不小。


电力商场规划“Energy-only” vs “Capacity market”并不是一个简单的问题。关于这次电荒，如同与电力商场的规划联络不大。很或许更准确的答复是，关于那些电力需求比较灵敏的用户，德州这种大多时分很廉价的电价对他们更适宜；但是关于要保证时时刻刻需求的用户，德州或许更简单呈现的电价飙升就很心痛了。


在我国的电力体系革新中，容量商场也是一个恰当抢手的概念，还有不少区域先敞开容量商场，再方案敞开能量商场的。有关容量商场的效果机制，既要保证容量满意，又要防止容量商场成为老旧的应该尽早挑选的机组的避风港，还需求更深化的研讨——电厂该建的要建，不该建的不要建，该退役的不要留下。也有学者提出构建容量商场的一个重要理由就是可再生动力电力有波动性，需求有必定的火电容量保证电力供应：不过德州的故事如同告知我们，火电也不完全靠谱。


-风电 vs. 火电：谁是德州电荒的首恶巨恶？


每有问题产生，广泛的反应就是要找到首恶巨恶。德州电荒的一个重要原因显然是前所未有的严寒气候。下图是德州近年来的用电需求走势，可以看到2020年这几天的用电高峰是前所未有的；而且寒潮导致近30GW的发电设施无法作业，也是前所未有的。





ERCOT不是没有对或许的寒潮气候作准备。但是在ERCOT公布的预案中，估量的情况是极点寒潮会导致大约8GW的火电设备无法发电，5GW的风电设备无法发电，加起来大约就是13GW左右；所估量的最极点的电力需求则在67GW左右，德州大约一共85GW的电力设备，这样也还是足以满意供应需求。


但事实上，德州的用电高峰需求达到了近70GW左右；而有逾越30GW的设备无法作业，其间26GW都是火电，有的煤电机组被冻住了转不了；有的没有天然气供应（天然气价格也飙升近百倍，而且买不到）；有的管道坏了天然气运不过来。风电也有4GW左右（总量大约8GW）也被冻住发不了电。


从全体来看，ERCOT现已估量到风电或许会有4-5GW的不能运转，但是没有估量到火电设备的问题，所以这次电荒不应该归咎于风电本身。但是德州的电网现在的风电发电占比大约在23%左右（如下图），假设风电占比进一步进步，而火电占比进一步下降，会不会就有风险？





这个问题的确值得担忧。不过更为要害的如同是，德州的风电机组并没有对极点寒潮作准备。对比来看，在其他的一些区域，虽然气候更冷，风电设备也没有结冰——风电机组可以经过一些防冻技能削减结冰的或许性，但是很惋惜，德州处在美国中南部，没有估量到或许会有如此严寒的气候，所以其风电机组并没有防冻的处理。许多区域的电网也相似，大都是按照为了夏天用电高峰来准备的，很少注重隆冬的问题，所以在德州这次寒潮中，也有不少电网的问题、管道的问题，都是无法习气低温而中止作业的。


电力供应不或许保证100%的满意需求，那样的话电力本钱会大幅上涨，所以呈现电荒或许有时分并不是一个“问题”，重要是操控“电荒”带来的后果，理顺电力供需联络。此外，这次德州的电荒原因是发电的问题，我们也看到其他区域（如加州、我国各区域）也有传输的问题。电网需求统筹本钱和安稳，所以更为要害的如同是「做好更坏的准备」。跟着气候改变的展开，气候异常的影响需求我们更充沛的准备。


北半球冬季寒潮频发，气候改变使得我们的电力供应更软弱


联络到我国上一年冬季的寒潮气候和“电荒”，气候改变正在使得我们的基础设施更加软弱。纽约时报的议论文章应该要比开头所说的华尔街日报议论好一些：AGlimpse of America’s Future: Climate Change Means Trouble for Power Grids（美国未来一瞥：气候改变让电网更软弱）。


跟着极地变暖，北半球寒潮产生的或许性或许会增加，而且夏天的热浪也会增加。这几回电荒现已告知我们，这些电荒的问题是凌乱而多变的，而且是系统性的，不是仅靠“深化推进商场化革新”或“加强办理”就能处理，也不是仅靠“大力展开新动力”或“用火电保证电力安稳”就能处理，系统性的问题是：我们当时的基础设施不能习气正在改变的气候。


假设2030年也就是十年内我国的电网非水可再生动力占比要达到25%（加上水电，40%左右），那么我我国电网的情况会和德州今天相似，不过光伏会多一些，而且关于水电少一些的北方区域，可再生动力比例或许会更高一些。那样的情况下，我们的电网是不是也有应对极点气候的才能？


老生常谈，我们需求的是综合的处理方案：从建筑节能，下降冬夏天节的用电高峰；到储能展开，防止高峰值需求的供应失利；到基础设施习气，到拟定人道主义的气候改变极点气候应对方案，这些现已时不我与。我们需求低碳电网，也需求更能反抗极点气候的电网。正如A Glimpse of America’s Future中指出：“更加扎手的问题是，我们现在处于这个国际，（尤其是针对气候改变问题），过去现已不能为未来提供杰出的借鉴”。