2020年8月14至19日，持續(xù)高溫天氣席卷美國西部地區(qū)，加州用電需求激增，超過正常水平。面對陡增的用電需求，加州電網(wǎng)不堪重負(fù)，不得不輪流斷電，超過300萬戶家庭生活受到影響。
近日，加州獨立系統(tǒng)調(diào)度運營商(CAISO)、加州公用事業(yè)委員會(CPUC)、加州能源委員會(CEC)三大能源機構(gòu)聯(lián)合公布了加州8月中旬停電事件初步分析報告。報告指出，加州遭遇近20年來首次連續(xù)性停電，根本原因是三家機構(gòu)在制定能源規(guī)劃時沒有考慮到氣候變化，也沒有安排好合適的電源在日落后保持供電。
20年前，眾多因素把加州電力推向了危機
加州以可再生電源供電占比高而出名，截至2019年底，加州光伏的裝機容量為27400兆瓦，發(fā)電量占比近20%，包括大量居民屋頂太陽能發(fā)電設(shè)備的供電，這也曾是“全美的驕傲”。
停電事件引發(fā)各國電力同行思考，在大力發(fā)展可再生能源的同時，發(fā)電結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)、電力市場機制該如何完善，才能更好應(yīng)對未來的不確定性，成為關(guān)注的焦點。
8月14日清晨6：54，美國加州不少居民的手機收到這么一條短信：“PG&E電力公司提示：本次停電包括644號在內(nèi)1739名用戶。預(yù)計8月14日晚上九點恢復(fù)正常。我們將持續(xù)為您發(fā)送停電預(yù)警信息。”
人們沒想到的是，這只是一個開始。這種情形令人想起20年前同樣發(fā)生在加州的停電事件。2000年夏天，同樣在高溫天氣影響下，加州就曾遭遇一電力危機。
PG&E電力公司在2003年發(fā)布的報告曾對之進(jìn)行分析，電力市場結(jié)構(gòu)存在不足、電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足等因素共同導(dǎo)致2000年加州電力危機的出現(xiàn)。
“電力批發(fā)過于依賴現(xiàn)貨市場，監(jiān)管政策也大力支持公用事業(yè)公司出售其化石燃料的發(fā)電設(shè)施，但不鼓勵通過長期合同鎖定穩(wěn)定的電力批發(fā)價格。”報告寫道，“此外由于電力零售價格被凍結(jié)，這意味著隨著電力批發(fā)價格的上漲，已無法轉(zhuǎn)移到消費者身上，從而并不能促使他們減小電力需求。”
報告亦指出，加州電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及傳輸能力并未跟上電力負(fù)荷的增長，特別是在加州主要的南北走廊一帶，即使到2030年，預(yù)計加州輸電系統(tǒng)輸電能力在未來十年的增長率也只有0.5%。類似的還有天然氣供應(yīng)，加州天然氣需求上漲，但天然氣開發(fā)卻因環(huán)境政策影響而擱置，更多依賴外來氣。
在這其中，安然(Enron)等公司的能源交易員還利用當(dāng)時電力市場的設(shè)計缺陷，“截留”電力，賺取暴利。眾多因素一起，把加州電力推向了危機。
20年后，加州能源規(guī)劃不當(dāng)是重要原因
那么，20年后，加州電力情況發(fā)生了怎樣的改變?為何危機再次出現(xiàn)?
10月份，三大能源機構(gòu)聯(lián)合公布了2020年加州停電事件初步分析報告。報告指出，此次輪流斷電并非是單一因素造成的，而是多重因素造成的。三家能源機構(gòu)制定能源規(guī)劃時沒有考慮到氣候變化，而在日落后供電上沒有做好足夠的電力供應(yīng)保障。
席卷美國西部的極端高溫風(fēng)暴，是由氣候變化引發(fā)的，而這直接導(dǎo)致電力需求超過了加州現(xiàn)有的電力資源規(guī)劃。而且，這場熱浪橫掃了美國整個西部地區(qū)，加州有很大一部分電力供應(yīng)依賴美國西部地區(qū)的電力進(jìn)口。如果加州仍保有目前的電力供應(yīng)能力，未來類似的風(fēng)險依然將毫無反抗之力。
加州能源規(guī)劃不當(dāng)，則是電力供應(yīng)能力不足的重要原因。目前，加州電力系統(tǒng)正由天然氣向太陽能、風(fēng)力發(fā)電等“清潔”能源轉(zhuǎn)型，但能源規(guī)劃目標(biāo)無法滿足激增的用電需求。
太陽能等在電力供應(yīng)中比例的增加，導(dǎo)致僅要求發(fā)電容量充裕性滿足高峰負(fù)荷已不合時宜，電力系統(tǒng)需要能滿足白天中多個關(guān)鍵時間點的負(fù)荷。舉個例子，通常日落之后，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電力減少，整個電網(wǎng)在夜間形成電力凈負(fù)荷高峰，呈現(xiàn)鴨子曲線(duckcurve)，如何保障夜間供電，成為挑戰(zhàn)。
凈負(fù)荷高峰卻最難攻堅。隨著不同能源品種的發(fā)展，其他關(guān)鍵時刻的電網(wǎng)需求可能會在不同時間、季節(jié)或條件中顯現(xiàn)出來。
事實上，2000年加州電力危機的老問題在今年又一次出現(xiàn)。報告指出，從美國西部地區(qū)其他州進(jìn)口的外來電量，也比8月份資源充裕度所規(guī)定的電量少約330兆瓦，分析顯示，這可能是由于太平洋西北部的輸電限制所致。CAISO系統(tǒng)上游的一條主要輸電線路由于天氣原因被迫中斷，從而降低了加州俄勒岡州互連輸電線路(COI)的傳輸能力，這一阻塞致使CAISO的傳輸能力降低約650兆瓦。
電力市場設(shè)計規(guī)則的缺陷也在危機中暴露。其中，加州電力市場的日前和實時市場中的集中競價機制導(dǎo)致錯誤市場信號發(fā)出。
在正常情況下，當(dāng)電力供應(yīng)充足時，集中競價對次日負(fù)荷和電源平衡方面發(fā)揮著重要作用。而當(dāng)電力供應(yīng)不足時，這種機制的內(nèi)部相互作用反而會影響正常的電源供應(yīng)能力。
在分析8月14日的事件后，監(jiān)管機構(gòu)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的市場設(shè)計反而導(dǎo)致CAISO在剩余機組組合這一環(huán)節(jié)掩蓋了負(fù)荷調(diào)度不足的情況，發(fā)出的市場信號支持更多電力出口，導(dǎo)致實際供需狀況繼續(xù)偏離市場和緊急情況電力需求。
應(yīng)將熱浪等極端事件考慮在內(nèi)
針對停電事件的教訓(xùn)，報告對加州電源規(guī)劃、采購和市場實踐方面的近期和長期改進(jìn)提供了建議，以確保2021年及以后的電力供應(yīng)的可靠性。
報告建議，在修改電力資源和可靠性規(guī)劃目標(biāo)時，應(yīng)該將熱浪和其他由氣候變化引起的極端事件考慮在內(nèi)，轉(zhuǎn)變電源組合，確保加州在電網(wǎng)需求激增的關(guān)鍵時刻也能滿足清潔能源目標(biāo)。加大電源采購和建設(shè)也是建議之一，對于在建的發(fā)電設(shè)施和儲能項目，應(yīng)跟進(jìn)工期，確保在預(yù)定運行日期前完成。此外，CAISO的市場運營水平需要得到提升，確保能夠準(zhǔn)確反映實際的供求平衡并滿足在電力緊張條件下的用電需求。
在全球綠色發(fā)展聯(lián)盟會長張曉楓看來，需求響應(yīng)將成為美國智能電網(wǎng)的高優(yōu)先級功能之一，同時也是未來應(yīng)對類似加州停電事件的重要利器。
目前，美國聯(lián)邦能源管理委員會FERC制定了一項關(guān)于基于需求響應(yīng)的國家行動計劃，認(rèn)為更廣泛地使用需求響應(yīng)可以減少峰值需求。儲能發(fā)展將保護在電壓降低(CVR)時可以作為備用資源。而智能電網(wǎng)、智能電表等都將在需求側(cè)響應(yīng)中發(fā)揮重要作用。
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