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，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，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，當電力供應(yīng)充足時，集中競價對次日負荷和電源平衡方面發(fā)揮著重要作用。而當電力供應(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。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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