把握能源發(fā)展安全和效率的平衡

熊華文

去年8月和今年2月，美國加州和德州分別因高溫天氣和極寒天氣導(dǎo)致電力需求急劇增長、電力供應(yīng)嚴重不足，引發(fā)大規(guī)模停電事故，分別影響約80萬戶和450萬戶居民。這兩次事故均由天氣原因引發(fā)，隨之產(chǎn)生的能源生產(chǎn)、電源及電網(wǎng)設(shè)施運行調(diào)控、電力市場等一系列連鎖反應(yīng)及其耦合疊加是導(dǎo)致事故的直接原因，但內(nèi)在根源是過于追求經(jīng)濟效益而降低安全系數(shù)，過于強調(diào)自由競爭而弱化統(tǒng)一集中調(diào)控，沒有兼顧能源電力發(fā)展安全和效率的平衡。對兩次大停電事故進行深入分析，有助于更為全面、更加客觀地總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)、掌握本質(zhì)規(guī)律，為我國有效防范化解應(yīng)對相關(guān)風(fēng)險挑戰(zhàn)、推動能源電力高質(zhì)量發(fā)展提供參考借鑒。

一、兩次大停電事故的共同特點和主要差異

從直接引發(fā)原因看，兩次事故均由極端天氣引起。加州2020年8月中旬經(jīng)歷了自1985年以來最嚴重的一次熱浪，各地最高氣溫平均值升高至近40℃。而德州2月中旬的暴雪嚴寒天氣為“百年一遇”，多地最低氣溫低于常年同期平均最低溫度十多度，甚至二十多度，且持續(xù)時間長達數(shù)天。

從外在具體表現(xiàn)看，兩次事故均為電力供需嚴重失衡，但加州的主要問題在需求側(cè)，德州的主要問題在供應(yīng)側(cè)。加州因高溫天氣導(dǎo)致電力負荷峰值突然增加13.4%，超過全年負荷峰值預(yù)計值，同時耦合風(fēng)電機組出力不足、燃氣機組故障等因素。德州主要因極寒天氣導(dǎo)致三分之一的發(fā)電設(shè)備停運，造成電力供應(yīng)嚴重不足。

從脫網(wǎng)發(fā)電能力看，兩次事故既涉及傳統(tǒng)化石能源發(fā)電也涉及可再生能源發(fā)電，但主導(dǎo)因素有所差異。加州主要是風(fēng)電出力不足，嚴重時出力僅為同時段正常水平的32%，減少約2200MW，同時也疊加500MW燃氣機組故障。德州主要是燃氣機組因嚴寒天氣和天然氣斷供導(dǎo)致大范圍停運，在所有停運發(fā)電容量中占62%，高于其48%的裝機容量比例;風(fēng)電和光伏發(fā)電設(shè)備雖也有半數(shù)停運，但發(fā)電份額與預(yù)期相比仍超額完成任務(wù)。

從系統(tǒng)靈活性和備用容量看，兩者有較大差別。加州總體上系統(tǒng)靈活性不足，電化學(xué)儲能和抽水蓄能最大出力僅為凈需求峰谷差的26%;備用容量較少，本地總裝機容量比需求峰值低7%，電網(wǎng)冗余較小。在正常條件下，德州的系統(tǒng)靈活性好于加州，備用容量也較為充裕，達到負荷峰值的15%左右，但在極寒天氣情況下機組大范圍停運，系統(tǒng)靈活性和備用容量無異于杯水車薪，難以改變失衡大局。

從電力市場發(fā)揮作用看，加州電力市場對緩解電網(wǎng)供應(yīng)緊張未發(fā)揮應(yīng)有作用，德州電力市場在非正常狀態(tài)下運行基本正常。在加州大停電事故中，電力市場機制運行不盡如人意，對緩解電力供需緊張未發(fā)揮應(yīng)有作用，如調(diào)度人員在日前市場中低估了實際電力需求、集中競價掩蓋了供應(yīng)緊張情況、剩余機組組合配置不合理等。在德州大停電事故中，電力市場批發(fā)電價一度突破了1萬美元/MWh，比平日電價增長近200倍，這恰恰體現(xiàn)了稀缺定價機制的功能，在缺電情況下起到激勵需求響應(yīng)的作用。

從網(wǎng)外電力支撐看，兩次事故發(fā)生后均未得到外部電網(wǎng)有效支援，但原因各異。加州電網(wǎng)與相鄰的3個州有電力互補，但事故發(fā)生時一條主要輸電線由于天氣原因被迫中斷，減少約650MW的輸電能力;同時，此次高溫影響了整個美國西部，與加州相鄰的3個州電力需求也高于往年同期，無力給加州更多電力供給。而德州電網(wǎng)是準“孤網(wǎng)”，只有2條總?cè)萘繛?20MW的直流聯(lián)絡(luò)線與西南電力庫相連，缺乏受電通道;此外，本次極寒天氣也造成美國中西部多個州電力供應(yīng)緊張，區(qū)外電網(wǎng)對德州也無電可送。

二、對我國能源電力發(fā)展的啟示

縱觀美國兩次大停電事故，原因各異、表現(xiàn)不同、因素復(fù)雜，與我國國情有較多不可比之處，但反思其內(nèi)在根源和本質(zhì)規(guī)律，對我國能源電力發(fā)展仍有不少啟示。

一是安全和效率都是有成本和代價的，把握安全和效率的平衡才是關(guān)鍵。德州獨立電網(wǎng)不受美國聯(lián)邦能源管制委員會管轄，不受限于聯(lián)邦監(jiān)管標準，可以通過主體多元、放松管制、高度競爭帶來市場效率的提高，使其成為全球批發(fā)電價最低的地區(qū)之一。但另一方面為了保證低電價而采用了沒有容量市場的電力市場設(shè)計，同時能源電力運營商大多為私有化企業(yè)，以利潤最大化為目標，投資決策只追求短期經(jīng)濟回報，涉及公共利益、長期效益的系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性投資長期嚴重不足，在危機沖擊下出現(xiàn)了難以應(yīng)對的局面，正如“用5天的停電換取了360天的低電價”。

反觀我國，把安全運行和穩(wěn)定供應(yīng)作為能源電力發(fā)展的生命線，基礎(chǔ)設(shè)施強、系統(tǒng)裕量大、管控約束嚴、組織動員快，在外部沖擊下發(fā)生重大事故的概率要比美國小得多。但由此也帶來了系統(tǒng)效率低、運行成本高、資源浪費多等問題。兩相比較，未來我國能源電力發(fā)展應(yīng)兼顧安全和效率，改變絕對安全、“萬無一失”等非理性思維，堅持系統(tǒng)觀念，還原能源商品屬性，通過優(yōu)化監(jiān)管、開放市場、引入競爭等手段提高系統(tǒng)運行效率，降低全社會用能成本，在安全可靠基礎(chǔ)上實現(xiàn)“365天的低電價”。

二是面對外部沖擊，“人禍”的后果往往大于“天災(zāi)”，提前防范、科學(xué)應(yīng)對至為重要。美國兩次大停電不能完全歸咎于天氣原因，業(yè)界所廣泛討論的新能源占比高、沒有容量市場設(shè)計、部分時段現(xiàn)貨價格飛漲、本地電網(wǎng)與外部電網(wǎng)缺乏聯(lián)通等技術(shù)因素也不是導(dǎo)致事故的必然原因，其主要原因在于對已經(jīng)預(yù)測到的極端天氣缺乏預(yù)警和有效預(yù)防。例如，早在一周之前，德州就已廣泛預(yù)測會有超級寒流來襲，但州政府及相關(guān)機構(gòu)在這段時間并未做好風(fēng)險預(yù)警和提前預(yù)防工作，油氣井、輸送管道及發(fā)電機組的防凍措施不及時、不到位?？梢哉f，極寒天氣是引發(fā)德州大停電事故的客觀因素，但人為因素導(dǎo)致連鎖反應(yīng)的耦合疊加才是“罪魁禍首”。

有鑒于此，我國要深入推進能源電力行業(yè)應(yīng)急管理體系建設(shè)和能力提升，提高小概率事件監(jiān)測預(yù)警水平，科學(xué)編制各級應(yīng)急預(yù)案，從應(yīng)急隊伍、物資儲備、預(yù)案演練等多方面入手，提升應(yīng)急保障能力水平。

三是過度分割的市場結(jié)構(gòu)不利于應(yīng)對重大危機，建立全國統(tǒng)一電力市場勢在必行。在美國兩次大停電事故中，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運營主體眾多、電力市場分割、缺乏統(tǒng)一調(diào)度等因素對應(yīng)對外部重大沖擊、確保電力系統(tǒng)具有較強韌性和柔性形成了嚴重制約。美國本土電網(wǎng)由東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和德州電網(wǎng)三部分組成，大部分線路和變電站都屬于私營公司，由500多家互相獨立的電網(wǎng)公司運營，沒有統(tǒng)一的調(diào)度中心。各個區(qū)域電網(wǎng)間采用聯(lián)合調(diào)度方式，電網(wǎng)間物理連接薄弱，互補互濟較為困難。也沒有形成全國統(tǒng)一的電力市場，只有10個區(qū)域電力市場。

相反，我國電網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理的一體化機制是最大的制度優(yōu)勢，可以較好應(yīng)對外部重大沖擊。未來當務(wù)之急就是在省級電力市場、區(qū)域電力市場基礎(chǔ)上盡快形成全國統(tǒng)一電力市場，提升跨區(qū)電能調(diào)度能力，在時間和空間的雙重維度下實現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置，同時也有助于極端條件下區(qū)域間電力供應(yīng)互濟、互補、互保，提高能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定保障水平。

三、有關(guān)建議

一是堅守市場化方向，全面加快推進能源電力體制改革。市場是提高效率的基本手段，也是保障安全的重要途徑。我們不能因兩次大停電事故而否認電力市場優(yōu)化配置資源、提高經(jīng)濟效率的價值，更不能以此為借口讓能源電力體制改革開倒車、走回頭路。要繼續(xù)深入推進能源電力市場化改革，在全國范圍內(nèi)建立容量成本回收機制，保證充足有效容量，提高系統(tǒng)可靠性。建議短期內(nèi)實施容量電價機制，設(shè)定合理電價水平;中長期轉(zhuǎn)向容量市場機制，保障容量機組的合理收益。

當然，市場不是萬能的，在推進市場化改革過程中，要更好發(fā)揮政府作用，保留在極端條件下通過行政指令統(tǒng)一集中調(diào)配資源的權(quán)限，建立市場“熔斷”機制。同時，也要優(yōu)化、完善電力市場設(shè)計，應(yīng)對事故、災(zāi)情等特殊場景予以預(yù)見性的重點設(shè)計，盡可能保持系統(tǒng)隨時具備充分的應(yīng)對意外的能力。

二是錨定“碳達峰、碳中和”目標，堅定不移地大力發(fā)展可再生能源。近年頻發(fā)的極端天氣本身就是溫室效應(yīng)的后果，是大自然的警示，不僅體現(xiàn)在全球平均溫度的上升，更表現(xiàn)在各地氣溫愈發(fā)劇烈的雙向變化。大力發(fā)展可再生能源正是控制溫室氣體排放的必然選擇，是我國實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的基本保證。諸多實踐表明，電網(wǎng)接入較高比例的可再生能源裝機，并不必然降低系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行可靠性，相反，從此次德州大停電事故中可以看到，可再生能源機組可能有更好的極端天氣適應(yīng)性，如果措施得當，還可以比煤電、氣電更快恢復(fù)發(fā)電能力。

三是挖掘需求側(cè)資源，打好能源電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的“人民戰(zhàn)爭”。在加州停電事故前期，雖然調(diào)度機構(gòu)發(fā)布了彈性警報呼吁居民自發(fā)節(jié)電，但是系統(tǒng)實際需求峰值仍舊高于預(yù)測峰值。而在輪流停電發(fā)生后，即使高溫天氣依舊持續(xù)，但用戶開始積極響應(yīng)節(jié)電呼吁，使得多天的實際負荷低于預(yù)測，成功避免了預(yù)期中的電力供應(yīng)中斷。目前我國浙江、江蘇、江西等十余個省已陸續(xù)實現(xiàn)需求響應(yīng)試點應(yīng)用，下一步要加快試點向常態(tài)化轉(zhuǎn)變、試點向全國推廣，同時全面建立市場化激勵機制，探索需求側(cè)資源價值實現(xiàn)路徑，調(diào)動用戶參與積極性。也要看到，我國在電動汽車雙向充電、移動支付、5G通信等方面的技術(shù)優(yōu)勢，為需求響應(yīng)提供了軟硬件支持，為充分釋放出需求側(cè)潛力奠定良好基礎(chǔ)。

（作者為國家發(fā)展改革委能源所副研究員）