炙烤之夏：電力危機(jī)絆住美國(guó)

趙菀瀅

每當(dāng)盛夏來(lái)臨，美國(guó)電網(wǎng)就會(huì)經(jīng)歷一場(chǎng)烈日下的“烤”驗(yàn)。今年美國(guó)西部大旱，數(shù)十場(chǎng)山火在當(dāng)?shù)乇纪?，令拉閘限電變得更難以忍受。

無(wú)論是從風(fēng)能、水能等新能源發(fā)電機(jī)的數(shù)量，還是從傳統(tǒng)發(fā)電資源的儲(chǔ)量來(lái)看，美國(guó)均在世界上名列前茅。然而，根據(jù)能源部和北美電力可靠性公司的數(shù)據(jù)，美國(guó)經(jīng)歷的停電次數(shù)比任何其他發(fā)達(dá)國(guó)家都要多，尤其在過(guò)去10年，持續(xù)超過(guò)1小時(shí)的停電事件還在不斷增加。

那么，美國(guó)的電都去哪了？這一場(chǎng)場(chǎng)“電荒”，究竟因何而起？

熱浪來(lái)襲

6月28日下午，正在家中埋頭寫(xiě)代碼的伊萊突然電腦黑屏，頭頂沒(méi)了冷氣，昔日嗡嗡作響的冰箱也不再吱聲，房間陷入一片死寂。

他馬上打開(kāi)手機(jī)，還好電量是滿(mǎn)的，再點(diǎn)開(kāi)天氣軟件一看，正午的烈日已經(jīng)把溫度提到了105華氏度（40.5攝氏度）。伊萊起身拿了罐冰飲，準(zhǔn)備提前給自己降溫。

雖然此前收到了電力公司發(fā)來(lái)的輪流停電預(yù)警，但當(dāng)所有電器都在一瞬間罷工時(shí)，伊萊還是感到很恍惚。他苦笑道：“還好不是晚上的那批，不然就更嚇人了?！?/p>

伊萊目前一個(gè)人居住在華盛頓州的斯波坎市，是一名剛?cè)肼毜某绦騿T。他告訴記者，因?yàn)槿胂囊詠?lái)的連續(xù)高溫，公司給予了居家辦公的選擇，所以自己基本上又回歸了疫情期間的生活—能不出門(mén)就待在家里，因?yàn)橐簧辖志透杏X(jué)熱得頭腦發(fā)昏。

伊萊在偏冷的紐約州奧爾巴尼市長(zhǎng)大，相對(duì)怕熱。當(dāng)?shù)弥ｋ姇r(shí)，伊萊甚至打算買(mǎi)臺(tái)家用發(fā)電機(jī)，因?yàn)樗X(jué)得“沒(méi)有冷氣的每一秒都是煎熬”。

伊萊也并非杞人憂(yōu)天。在華盛頓州輪流停電的幾天內(nèi)，就有多人因體溫過(guò)高而身亡。據(jù)《西雅圖時(shí)報(bào)》報(bào)道，一名65歲的西雅圖居民和一名68歲的埃納姆克勞居民，均因高溫誘發(fā)的應(yīng)激反應(yīng)身亡。6月29日，華盛頓州斯諾霍米什縣的法醫(yī)辦公室也通報(bào)了三名年齡分別為51歲、75歲和77歲的男子在家中中暑而亡。

終于，在當(dāng)天下午3時(shí)左右，電來(lái)了。電腦屏幕亮起，冰箱也開(kāi)始“奏樂(lè)”。不過(guò)對(duì)于伊萊來(lái)說(shuō)，那一刻最美妙的聲音莫過(guò)于冷氣從風(fēng)口竄出時(shí)的呼呼聲。伊萊說(shuō)感覺(jué)自己“得救了”。

這次停電也讓他更加珍惜用電，同時(shí)認(rèn)真看待氣候變化。

對(duì)于伊萊經(jīng)歷的輪流停電，負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)該州電網(wǎng)之一的Avista能源公司表示，那是因?yàn)椤半娏ο到y(tǒng)經(jīng)歷了新的需求高峰，同時(shí)高溫也影響了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，所以需要我們主動(dòng)為部分客戶(hù)關(guān)閉電源”。

高溫與斷電有什么必然關(guān)系？對(duì)此，有電力專(zhuān)家給出了分析：

炎熱的天氣會(huì)推高能源需求，比如空調(diào)等制冷設(shè)備的使用；這會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)過(guò)載，進(jìn)而造成斷電；即使是部分?jǐn)嚯?，也?huì)減少整體可用的電力。同時(shí)，發(fā)電廠(chǎng)極其依賴(lài)水來(lái)冷卻系統(tǒng)，這意味著用電量越大，用水量也會(huì)上升；但壞消息是，正在經(jīng)歷高溫和干旱的美國(guó)，又熱又渴。據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)西北地區(qū)遭遇了“1200年以來(lái)最嚴(yán)重的干旱”，現(xiàn)在不光發(fā)電廠(chǎng)缺水，農(nóng)場(chǎng)主也在苦苦求雨。

而且不要忘了，冷卻系統(tǒng)也需要用電驅(qū)動(dòng)，因此這形成了一個(gè)難以調(diào)度的“缺電閉環(huán)”。

所以，人們看到炙烤之夏美國(guó)頻現(xiàn)電力危機(jī)：2019年7月的紐約曼哈頓大停電，2020年8月的加州大停電……半年前還在暴風(fēng)雪里斷水?dāng)嚯?、被凍成冰棍的得克薩斯州，今年酷暑也沒(méi)能逃過(guò)停電的陰霾。

電網(wǎng)老化

今年6月，當(dāng)?shù)弥莸臍鉁仫j至歷史峰值時(shí)，負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)該州電網(wǎng)的得州電力可靠性委員會(huì)（ERCOT）開(kāi)始警告居民要節(jié)約用電，要求他們將空調(diào)溫度設(shè)置為26度以上，并且避免使用大功率電器，否則該州2月電網(wǎng)癱瘓的悲劇將重演。

美國(guó)最古老的電力線(xiàn)可以追溯到1880年代，如今還在投入使用的電網(wǎng)也大多建于1950年代至1960年代，預(yù)期使用壽命為50年。

能源大州得州的電網(wǎng)趴窩，內(nèi)因是電網(wǎng)“年邁”，經(jīng)不起折騰。

“我可能會(huì)給我們的電網(wǎng)一個(gè)C-的分?jǐn)?shù)?！笨屏_拉多大學(xué)博爾德分校的工程學(xué)教授凱里·貝克認(rèn)為，美國(guó)高齡電力基礎(chǔ)設(shè)施正在極端溫度下經(jīng)歷一場(chǎng)“完美風(fēng)暴”。

美國(guó)最古老的電力線(xiàn)可以追溯到1880年代，如今還在投入使用的電網(wǎng)也大多建于1950年代至1960年代，預(yù)期使用壽命為50年。加州大學(xué)伯克利分校的電氣工程師亞歷山德拉·馮·邁耶指出，在幾十年前搭建這些電線(xiàn)桿、電線(xiàn)和變壓器時(shí)，人們?cè)紤]到日后對(duì)電力需求的增長(zhǎng)，但無(wú)論如何，現(xiàn)在它們已經(jīng)達(dá)到壽命極限，隨時(shí)都有崩盤(pán)的危險(xiǎn)。

“一位經(jīng)驗(yàn)豐富的電氣工程師曾對(duì)我說(shuō)：‘整個(gè)系統(tǒng)總有一天會(huì)崩潰，只是不會(huì)在同一天發(fā)生?！彪娏镜那案吖芾铩べ?lài)?yán)硎荆伴L(zhǎng)期以來(lái)，這確實(shí)是電力公司的運(yùn)營(yíng)理念，只有失敗的悲劇發(fā)生時(shí)，他們才能意識(shí)到問(wèn)題?！?/p>

賴(lài)?yán)f(shuō)，美國(guó)電力基礎(chǔ)設(shè)施在上世紀(jì)初期急速發(fā)展，當(dāng)時(shí)人們都在尋找最快、最便宜的地方來(lái)放置大型電力設(shè)施，但如果我們回去并有能力再做一次，設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)會(huì)有很多不同。

一個(gè)典型的例子就是，康涅狄格州布蘭福德鎮(zhèn)上的一座建于1920年代的變電站，它位于長(zhǎng)島海峽，建于海平面上。這個(gè)設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致它在遭遇暴風(fēng)雨時(shí)，會(huì)被漲潮的水淹沒(méi)甚至導(dǎo)致失靈。

在2011年，康涅狄格州曾連續(xù)遭遇颶風(fēng)“艾琳”引發(fā)的風(fēng)暴潮、沿海巨浪和大暴雨，至少1.3萬(wàn)州住戶(hù)斷電。

耶魯大學(xué)的教授丹·埃斯蒂，曾作為州能源專(zhuān)員參與了颶風(fēng)救援。在排查電路時(shí)，他發(fā)現(xiàn)康涅狄格州一半以上的電纜都已被使用了50多年，完全不符合現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)，因此在遇到大風(fēng)時(shí)隨時(shí)有被折斷的危險(xiǎn)。同時(shí)他補(bǔ)充道：“很大一部分電線(xiàn)沒(méi)有做絕緣處理，這意味著如果它們被撞倒會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，而且如果樹(shù)枝碰到它們，它們會(huì)產(chǎn)生電弧導(dǎo)致短路?！?/p>

“樹(shù)”大概也是美國(guó)電網(wǎng)最大的“背鍋俠”。2003年8月，美國(guó)西北部一場(chǎng)電力災(zāi)難曾導(dǎo)致5000萬(wàn)人斷電，而“罪魁禍?zhǔn)住北闶嵌砗ザ碇莸膸卓脹](méi)有得到及時(shí)修剪的大樹(shù)。在當(dāng)?shù)氐摹暗谝荒茉础卑l(fā)電站停電后，連鎖反應(yīng)使全美21家發(fā)電站在3分鐘內(nèi)關(guān)停。

除大風(fēng)造成的電線(xiàn)與樹(shù)枝纏繞外，美國(guó)電力專(zhuān)家格雷琴·巴克解釋稱(chēng)，當(dāng)天氣炎熱時(shí)，電線(xiàn)也會(huì)發(fā)熱，同時(shí)因?yàn)樗慕饘偬匦裕鼤?huì)開(kāi)始發(fā)脹并下垂。而當(dāng)它下垂到一定高度并與樹(shù)的頂部接觸時(shí)，也非常容易造成電路短路，導(dǎo)致停電。當(dāng)時(shí)俄亥俄州停電事故的背后原因之一，就是“第一能源”電力公司改變了樹(shù)木修剪時(shí)間表，沒(méi)能盡早排查出這一隱患。

巴克還指出：“砍樹(shù)是電力公司負(fù)責(zé)管理的事情。他們有一個(gè)修剪時(shí)間表，只是不需要強(qiáng)制執(zhí)行。所以，當(dāng)他們的收入開(kāi)始減少時(shí)，他們做的第一件事就是減少砍樹(shù)的頻率?！卑Ｋ沟俳淌谝仓肛?zé)電力公司為了保持低的電價(jià)來(lái)吸引顧客，而減少安全性能方面的投資。

“我們的監(jiān)管模式過(guò)時(shí)了，因此用于改進(jìn)升級(jí)的資金有限。”埃斯蒂教授認(rèn)為，這也直接導(dǎo)致了供電公司對(duì)現(xiàn)代化電網(wǎng)的系統(tǒng)性投資不足。

“三分天災(zāi)，七分人禍?！备鶕?jù)美國(guó)能源部的說(shuō)法，美國(guó)電網(wǎng)是地球上最大的機(jī)器，維修費(fèi)用將無(wú)比高昂；美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)則預(yù)計(jì)，未來(lái)10年美國(guó)電網(wǎng)的資金缺口將接近2000億美元。對(duì)于美國(guó)電網(wǎng)的陳舊不堪，有不少學(xué)者表示，大家都心知肚明，只是選擇了“不見(jiàn)棺材不掉淚”的路。

“要是連樹(shù)都不愿意修剪的話(huà)，就不用太指望他們花更多錢(qián)更新設(shè)備了吧?！币寥R無(wú)奈地笑道。

理想與現(xiàn)實(shí)

在大部分國(guó)家和地區(qū)，電力都有比較統(tǒng)一的管理。但美國(guó)并沒(méi)有一個(gè)全面的國(guó)家電力政策，并且各州的監(jiān)管機(jī)制差異較大。麻省理工學(xué)院《電網(wǎng)的未來(lái)》研究報(bào)告，也將美國(guó)電網(wǎng)總結(jié)為“一個(gè)在聯(lián)邦、地區(qū)、州、市等各級(jí)政府機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的公共及私有企業(yè)相聯(lián)系的系統(tǒng)”。

比如紐約州、佛羅里達(dá)州等地區(qū)的電力市場(chǎng)屬于管制市場(chǎng)，所以從發(fā)電、傳輸?shù)绞垭?，均由垂直一體化的公用電力事業(yè)單位管理，并受到公共監(jiān)管機(jī)構(gòu)的監(jiān)督。因此，居民無(wú)法自主選擇電力供應(yīng)商，他們的居住區(qū)域已經(jīng)決定了電力供應(yīng)商。

但在放松管制的市場(chǎng)，比如得州和俄亥俄州，用戶(hù)可以自主選擇他們想要的電力來(lái)源。因?yàn)殡娏κ怯砂l(fā)電商出售給批發(fā)市場(chǎng)，再由零售商出售給用戶(hù)的，整個(gè)環(huán)節(jié)由獨(dú)立的第三方運(yùn)營(yíng)商或者區(qū)域輸電管理機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)管。

目前，美國(guó)有16個(gè)州選擇放松管制市場(chǎng)，約有70%的美國(guó)人都通過(guò)由電力公司管理的配電系統(tǒng)獲得電力。

雖然客戶(hù)可能優(yōu)先考慮需要可靠的電力，但股東通常對(duì)利潤(rùn)感興趣。所以為了追求利潤(rùn)，電力公司會(huì)盡可能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少維修開(kāi)支。

“這是一個(gè)私營(yíng)行業(yè)?！奔~約州立大學(xué)布法羅分校研究能源彈性的土木工程師薩揚(yáng)蒂·慕克吉表示，從本質(zhì)上講，電力公司要對(duì)其客戶(hù)和股東負(fù)責(zé)。雖然客戶(hù)可能優(yōu)先考慮需要可靠的電力，但股東通常對(duì)利潤(rùn)感興趣。所以為了追求利潤(rùn)，電力公司會(huì)盡可能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少維修開(kāi)支。

今年的得州大停電，大概是ERCOT電網(wǎng)公司，也是“放松管制的市場(chǎng)”癱瘓得最嚴(yán)重的一次。

2021年2月，由于暴風(fēng)雪等反常天氣，得州有超過(guò)450萬(wàn)戶(hù)家庭和企業(yè)斷電，至少有210人直接或間接喪生，同時(shí)造成了高達(dá)1300億美元的經(jīng)濟(jì)損失。

專(zhuān)家認(rèn)為，這是一場(chǎng)可預(yù)見(jiàn)的災(zāi)難。自2011年以來(lái)，得州的人口增加了400多萬(wàn)，目前有近3000萬(wàn)居民，因此能源需求也大大提升，但是得州電網(wǎng)卻掉了隊(duì)。

美媒Vox分析稱(chēng)，問(wèn)題的關(guān)鍵就在于，得州的電力系統(tǒng)不受管制，幾乎完全由市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。雖然這樣做的初衷是使電力系統(tǒng)能夠自我調(diào)節(jié)和自我優(yōu)化，同時(shí)為居民提供較低的能源價(jià)格，但在實(shí)踐中卻漏洞百出。

比如，當(dāng)風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電充足時(shí)，由于沒(méi)有燃料成本，運(yùn)營(yíng)成本低，它們?cè)趦r(jià)格上也會(huì)低于其他種類(lèi)的電。但在電力需求較高時(shí)期，比如冬季和夏季，電力公司就還需要啟動(dòng)煤炭、核能和天然氣等傳統(tǒng)燃料發(fā)電，運(yùn)營(yíng)成本也就隨之增加。電網(wǎng)公司如果依舊秉持“利潤(rùn)第一”的心態(tài)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，就不會(huì)有動(dòng)力去建造應(yīng)對(duì)需求激增或供應(yīng)短缺的發(fā)電設(shè)施，電力設(shè)備的維修升級(jí)也遲遲提不上日程。

放松管制市場(chǎng)的好處在于，當(dāng)能源供應(yīng)和需求遵循可預(yù)測(cè)的模式時(shí)，這套體系就會(huì)良性運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)雙贏。但是當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，它就顯得不堪一擊。至于吸引居民的“低價(jià)”，不過(guò)是商業(yè)噱頭。根據(jù)《華爾街日?qǐng)?bào)》的分析，得州居民在放松管制下支付的總費(fèi)用，其實(shí)比受監(jiān)管電力公司收取的電費(fèi)高出280億美元。

“這是一場(chǎng)天真的理想主義與現(xiàn)實(shí)世界的碰撞。”休斯敦大學(xué)能源研究員埃德·希爾斯總結(jié)道。

還可以預(yù)見(jiàn)到的是，隨著溫室氣體的增加，極端天氣會(huì)愈演愈烈。對(duì)于老邁的美國(guó)電網(wǎng)能否扛住一波又一波的熱浪與寒潮，時(shí)間很快會(huì)給出答案。