鐘海旺，張廣倫，程 通，葉倚伶

（1. 清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系,北京市 100084；2. 電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)）,北京市 100084）

0 引言

2021 年2 月8 日至20 日,美國(guó)得克薩斯州（簡(jiǎn)稱得州）經(jīng)歷了連續(xù)極端低溫天氣誘發(fā)的大停電事故,這也是美國(guó)近10 年內(nèi)發(fā)生的第4 次因極端嚴(yán)寒引起的停電事故。事故中執(zhí)行了最高20 GW、最長(zhǎng)持續(xù)4 天的負(fù)荷輪停,這也使其成為美國(guó)歷史上最大的人工輪停事件［1］。事故發(fā)生后,美國(guó)聯(lián)邦能源管制委員會(huì)（FERC）、北美電力可靠性委員會(huì)（NERC）及6 所區(qū)域電力可靠性組織共同組成了調(diào)查委員會(huì),就此次事故的原因、與此前事故的相似性、事故中各機(jī)構(gòu)采取的措施等展開(kāi)了調(diào)查,并于2021 年11月16 日發(fā)布了長(zhǎng)達(dá)313 頁(yè)的《2021 年2 月得州與美國(guó)中南部寒冷天氣事故調(diào)查報(bào)告》（簡(jiǎn)稱《報(bào)告》）［2］。本文旨在結(jié)合該事故調(diào)查報(bào)告,總結(jié)事故發(fā)展過(guò)程與事故成因,梳理此次事故中電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與核心建議。同時(shí),基于中國(guó)電力行業(yè)與電力系統(tǒng)發(fā)展的實(shí)際情況,全面、深入地分析事故對(duì)中國(guó)電力行業(yè)的啟示。

1 事故概況與發(fā)展歷程

1.1 得州電網(wǎng)概況

得州素有“美國(guó)能源第一大州”之稱,其發(fā)電量約占到全美的10%。其中,由獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商——得克薩斯州電力可靠性委員會(huì)（ERCOT）管理的得州電網(wǎng),滿足了超過(guò)2 600 萬(wàn)得州電力用戶的電力需求,約占全州電力負(fù)荷的90%［3］。然而,得州電網(wǎng)幾乎與美國(guó)東部、西部互聯(lián)電網(wǎng)之間相互獨(dú)立運(yùn)行。得州電網(wǎng)與鄰近區(qū)域電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線如圖1 所示［4］。圖中,SERC 為美國(guó)東南區(qū)電力可靠性協(xié)會(huì)、WSCC 為美國(guó)西部系統(tǒng)協(xié)調(diào)委員會(huì)。

圖1 得州電網(wǎng)與鄰近區(qū)域電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線示意圖Fig.1 Schematic diagram of tie line between Texas power grid and adjacent regional power grids

由圖1 可見(jiàn),得州與鄰近區(qū)域電網(wǎng)間不存在交流聯(lián)絡(luò)線,僅存在4 條直流聯(lián)絡(luò)線,其中北部?jī)蓷l聯(lián)絡(luò)線（North Tie 和East Tie）與屬于美國(guó)東部互聯(lián)電網(wǎng)的西南電力庫(kù)（Southwest Power Pool,SPP）相連,南部2 條（Laredo Variable Frequency Tie 和Railroad Tie）則與墨西哥電網(wǎng)相連,4 條聯(lián)絡(luò)線總?cè)萘績(jī)H為1 220 MW。另有一條容量為36 MW 的與墨西哥相連的直流聯(lián)絡(luò)線（Eagle Pass Tie）,于2020 年5 月宣布永久停止服務(wù)［5］。

此外,得州電網(wǎng)的能源結(jié)構(gòu)也存在一定的特殊性。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至事件發(fā)生時(shí),得州總裝機(jī)容量為123 GW,其裝機(jī)容量和能源結(jié)構(gòu)如圖2 所示。其中,以天然氣為燃料的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組占比達(dá)52.2%,位居第1 位；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組占25.5%,居第2 位；其余燃料類型的機(jī)組占比見(jiàn)圖2。燃?xì)鈾C(jī)組的高靈活性以及風(fēng)電機(jī)組的清潔性,使得ERCOT 能在高效消納清潔能源的同時(shí),幾乎無(wú)需依賴與其他電網(wǎng)間的功率交換而獨(dú)立運(yùn)行［6］。

圖2 得州電網(wǎng)裝機(jī)容量和能源結(jié)構(gòu)Fig.2 Installed capacity and energy structure of Texas power grid

1.2 事故發(fā)展歷程

回溯整個(gè)事件,此次得州停電事故的發(fā)展歷程與極寒天氣的發(fā)展情況是緊密相關(guān)的,如圖3 所示。根據(jù)環(huán)境溫度、系統(tǒng)狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì),本次事故可從時(shí)序上分為3 個(gè)階段：1）事故前階段,即2 月8 日前；2）事故發(fā)展階段,即2 月8 日至2 月14 日；3）事故處理階段,即2 月15 日至2 月19 日。

圖3 得州極寒天氣事故系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)展歷程Fig.3 System state development process of Texas extreme cold weather accident

1）事故前階段

以北極冷空氣氣團(tuán)到達(dá)得州作為時(shí)間上的分界點(diǎn),2 月8 日前為事故前階段。早在2021 年1 月底,ERCOT 氣象部門(mén)就預(yù)測(cè)到了2 月中旬極度嚴(yán)寒天氣來(lái)臨的可能性。1 月28 日起,ERCOT 網(wǎng)站上開(kāi)始每日公開(kāi)溫度、降水等氣象數(shù)據(jù),為員工開(kāi)展系統(tǒng)調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測(cè)等工作提供參考。2020 年底,ERCOT 發(fā)布的資源充裕性規(guī)劃中,也對(duì)冬季負(fù)荷水平、機(jī)組可用容量等做出了評(píng)估［7］?？梢哉f(shuō),對(duì)于此次極寒天氣,ERCOT 并非毫無(wú)準(zhǔn)備。

除ERCOT 外,得州電網(wǎng)的發(fā)電企業(yè)、天然氣設(shè)施等也都采取了一定程度的御冬準(zhǔn)備。風(fēng)電、光伏機(jī)組對(duì)設(shè)備進(jìn)行了全面的檢查,并設(shè)置了故障響應(yīng)團(tuán)隊(duì)；燃?xì)?、燃油、燃煤等火電機(jī)組,則額外在關(guān)鍵設(shè)備處安裝了隔熱、加熱裝置以抵御冰凍。天然氣方面,生產(chǎn)設(shè)施采取了抗凍、流體管理等措施保障天然氣產(chǎn)出,加工設(shè)施則為控制中心和一些關(guān)鍵設(shè)備設(shè)置了備用電源,以保障電力供應(yīng)。

2）事故發(fā)展階段

2 月8 日凌晨,來(lái)自北極的冷空氣氣團(tuán)到達(dá)得州北部,并持續(xù)南移。隨著溫度的逐漸下降,系統(tǒng)的電力負(fù)荷開(kāi)始爬升。2 月10 日至11 日,得州中北部地區(qū)遭遇了凍雨天氣,溫度降至0 ℃以下。極端低溫與凍雨天氣開(kāi)始影響到電力系統(tǒng)與天然氣設(shè)施的正常運(yùn)行。風(fēng)電機(jī)組因葉片結(jié)冰出現(xiàn)強(qiáng)迫停運(yùn)；天然氣設(shè)施由于井口凍結(jié)與設(shè)備故障等原因產(chǎn)量降低,進(jìn)而影響了燃?xì)鈾C(jī)組的正常運(yùn)行。在此情況下,ERCOT 仍具備足夠的發(fā)電能力,成功滿足了2 月12 日的峰值負(fù)荷64 GW 的需求。然而,2 月13 日至15 日期間,北極冷空氣團(tuán)在得州范圍內(nèi)駐留,得州氣溫進(jìn)一步降低。2 月14 日夜間,ERCOT 全系統(tǒng)峰值負(fù)荷達(dá)到史無(wú)前例的69.87 GW,這已超出了2020 年底資源充裕性規(guī)劃中的冬季峰值負(fù)荷預(yù)測(cè)值67 GW。極高的負(fù)荷水平與不斷擴(kuò)大的發(fā)電機(jī)組停運(yùn)規(guī)模,使得整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率不斷下降,最終于2 月15 日00：11 降至59.94 Hz,超出正常的系統(tǒng)頻率范圍,即59.95～60.05 Hz。

3）事故處理階段

2 月15 日凌晨00：11,系統(tǒng)頻率低于正常系統(tǒng)頻率范圍,標(biāo)志著事故處理階段的開(kāi)始。此階段中,ERCOT 多次面臨系統(tǒng)頻率崩潰的巨大風(fēng)險(xiǎn),不得不頻繁采取相關(guān)措施維持系統(tǒng)頻率,避免系統(tǒng)崩潰。00：11 至01：16,系統(tǒng)頻率一度低至59.868 Hz,最終因ERCOT 及時(shí)執(zhí)行緊急需求側(cè)響應(yīng)而回到59.95 Hz 以上。然而,此時(shí)的系統(tǒng)十分脆弱,即使短暫、輕微的功率失衡也可能造成頻率的急劇變化。01：18,一臺(tái)133 MW 的機(jī)組跳閘,10 s內(nèi),系統(tǒng)頻率再度降至59.924 Hz,隨后穩(wěn)定至59.934 Hz。01：20,ERCOT 發(fā)布3 級(jí)能源緊急警報(bào)（energy emergency alert,EEA）,并人工削減了1 GW 負(fù)荷。01：26,系統(tǒng)頻率回到60.001 Hz。然而好景不長(zhǎng),01：35 至01：49,超過(guò)3.20 GW 的發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障,致使系統(tǒng)頻率急速下降至59.504 Hz。ERCOT 曾在01：45啟動(dòng)了另一輪1 GW 的負(fù)荷削減［8］,但并未起效。01：51,系統(tǒng)頻率降低至59.4 Hz 以下,這也是發(fā)電機(jī)組低頻繼電器跳閘的閾值。此時(shí),留給ERCOT 處理頻率過(guò)低問(wèn)題的時(shí)間只剩短短9 min,否則極有可能導(dǎo)致約17 GW 的機(jī)組因頻率過(guò)低而切機(jī),從而引發(fā)全系統(tǒng)大規(guī)模停電?？梢?jiàn),ERCOT 最終采取大規(guī)模的負(fù)荷輪停亦是無(wú)奈之舉。01：51 與01：55,ERCOT 先后啟動(dòng)了2 輪分別為3 GW、3.50 GW 的負(fù)荷輪停,最終使系統(tǒng)頻率回到59.401 Hz。系統(tǒng)頻率處于59.4 Hz 以下的時(shí)間共計(jì)263 s。然而,此時(shí)系統(tǒng)仍未處于穩(wěn)定狀態(tài)。02：00,ERCOT 繼續(xù)削減了2 GW 的負(fù)荷,用于平衡此期間機(jī)組跳閘的影響。02：02,系統(tǒng)頻率回到60 Hz 以上,并且基本穩(wěn)定。

盡管系統(tǒng)頻率已經(jīng)穩(wěn)定,但事故仍在持續(xù)。2 月16 日,冷氣團(tuán)的駐留使得溫度進(jìn)一步下降,實(shí)際的電力負(fù)荷需求仍在增加,機(jī)組故障容量仍在不斷上升。ERCOT 不得不削減更多負(fù)荷以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定,負(fù)荷削減峰值一度達(dá)到20 GW。直到2 月17 日晚,情況才稍見(jiàn)緩和。逐漸回升的氣溫使得由于極端低溫、凍雨而停運(yùn)的機(jī)組逐漸恢復(fù)正常運(yùn)行；隨著ERCOT 的指示,負(fù)荷開(kāi)始逐步恢復(fù)。2 月19日09：00,ERCOT 能源緊急警報(bào)降至2 級(jí)；10：35,ERCOT 恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài),宣告此次極寒天氣停電事故的結(jié)束。

2 事故成因分析

對(duì)于此次得州及美國(guó)中南部極寒天氣引發(fā)大規(guī)模停電事故的成因,早期的媒體報(bào)道、學(xué)術(shù)講座、論壇報(bào)告、已發(fā)表的關(guān)于此次事故的文獻(xiàn),以及由FERC 發(fā)布的《報(bào)告》都有所論述。圖4 給出了事故期間,被認(rèn)定為由極寒天氣引發(fā)的發(fā)電側(cè)故障中不同原因故障的數(shù)目以及占比。

圖4 事故期間極寒天氣引發(fā)的發(fā)電側(cè)故障統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of faults at generation side caused by extremely cold weather during accident

結(jié)合圖4 和多方資料,本文認(rèn)為此次極寒天氣停電事故的主要原因可以歸納梳理為4 個(gè)方面。

2.1 復(fù)雜的電-氣耦合系統(tǒng)與欠佳的協(xié)同調(diào)度

據(jù)統(tǒng)計(jì),事故期間極寒天氣引發(fā)的發(fā)電側(cè)故障中,以天然氣為燃料的燃?xì)鈾C(jī)組由于燃料問(wèn)題而發(fā)生故障的比例約占27%。相比之下,其他類型機(jī)組因燃料問(wèn)題發(fā)生故障的比例僅占到全部故障的4%。這與得州電網(wǎng)中燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)容量占比過(guò)半以及電力系統(tǒng)-天然氣系統(tǒng)間的復(fù)雜雙向耦合關(guān)系是密不可分的。一方面,向燃?xì)鈾C(jī)組過(guò)度傾斜的能源結(jié)構(gòu)使得得州電網(wǎng)在事故早期發(fā)電機(jī)組因極寒天氣發(fā)生強(qiáng)迫停運(yùn)時(shí),需要大量消耗天然氣燃料的儲(chǔ)備以維持系統(tǒng)能量平衡；另一方面,復(fù)雜的電-氣耦合關(guān)系使得電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度變得十分困難。

對(duì)電力系統(tǒng)而言,極寒天氣下天然氣產(chǎn)量的下降將極大程度地限制得州電網(wǎng)的供電能力。例如,極端低溫、凍雨天氣使得天然氣井的井口發(fā)生凍結(jié)；道路交通運(yùn)輸條件惡化使得天然氣設(shè)施設(shè)備發(fā)生故障后的維修無(wú)法正常進(jìn)行；此外,為了防止低溫、冰凍對(duì)設(shè)備造成損傷,部分天然氣設(shè)施也被提前關(guān)停。而對(duì)天然氣系統(tǒng)而言,系統(tǒng)供電能力的不足又“正反饋”式地加劇了極寒天氣下天然氣產(chǎn)量的下降。根據(jù)事故調(diào)查結(jié)果,ERCOT 啟動(dòng)負(fù)荷輪停時(shí)并沒(méi)有將天然氣設(shè)施作為關(guān)鍵負(fù)荷優(yōu)先保障其電力供應(yīng),而是作為可中斷負(fù)荷進(jìn)行了切除。據(jù)統(tǒng)計(jì),與電力供應(yīng)不足有關(guān)的天然氣設(shè)施故障占到事故中天然氣設(shè)施故障的42.8%,如表1 所示。這一比例與直接因井口凍結(jié)、道路不通、設(shè)備故障導(dǎo)致的天然氣設(shè)施故障所占比例幾乎持平。由此可見(jiàn),在極寒天氣下電力系統(tǒng)-天然氣系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度方面,得州電網(wǎng)并不具備相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。得州電網(wǎng)中過(guò)重的燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)占比和復(fù)雜的電-氣耦合關(guān)系,與在寒冷天氣下得州欠佳的電力系統(tǒng)-天然氣系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度方案之間的矛盾,是事故的一大原因。

表1 天然氣生產(chǎn)設(shè)施故障原因統(tǒng)計(jì)Table 1 Failure cause statistics of natural gas production facilities

2.2 薄弱的電網(wǎng)互聯(lián)能力

在ERCOT 經(jīng)歷嚴(yán)寒天氣的同時(shí),同樣受電力供應(yīng)緊張影響的還有同處于美國(guó)中南部區(qū)域、與ERCOT 毗鄰的SPP 和中部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（MISO）。與ERCOT 所不同的是,SPP 與MISO 均屬于美國(guó)東部互聯(lián)電網(wǎng),與鄰近區(qū)域間建設(shè)有大量交流聯(lián)絡(luò)線。由于東部互聯(lián)電網(wǎng)中,美國(guó)東部地區(qū)并未遭受此次極寒天氣的襲擊,SPP 與MISO 得以及時(shí)從大量聯(lián)絡(luò)線上受入大量功率,以應(yīng)對(duì)本地的電力短缺與激增的負(fù)荷需求。據(jù)統(tǒng)計(jì),MISO 從東部互聯(lián)電網(wǎng)受入的峰值功率達(dá)到約13 GW（于2 月15 日）,其中約6.5 GW 功率又再度通過(guò)聯(lián)絡(luò)線輸送給SPP。雖然事件中因聯(lián)絡(luò)線輸送功率激增導(dǎo)致SPP、MISO 均出現(xiàn)了不同程度的輸電系統(tǒng)緊急情況,但最終并未造成長(zhǎng)時(shí)間、大范圍的停電。相比之下,ERCOT 僅能從4 條直流聯(lián)絡(luò)線上受入約1 GW功率,實(shí)屬杯水車薪。已有事故分析的相關(guān)文獻(xiàn)中［3,6,8-11］均無(wú)一例外地提及了電網(wǎng)互聯(lián)能力的缺失在此次得州極寒天氣停電事故中產(chǎn)生的影響。可見(jiàn),以充分獨(dú)立自主的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力作為代價(jià),薄弱的電網(wǎng)互聯(lián)互濟(jì)能力是得州停電事故發(fā)展為大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的重要原因之一。

2.3 尚未生效的可靠性標(biāo)準(zhǔn)與不充分的御冬準(zhǔn)備

據(jù)圖4 顯示,事故期間極寒天氣引發(fā)的發(fā)電側(cè)故障中,直接由極端低溫、凍雨天氣造成的故障是事故的首要原因,占全部故障的44%。例如,風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)或降功率運(yùn)行,發(fā)電廠控制和信號(hào)裝置內(nèi)測(cè)壓水柱凍結(jié)可能引發(fā)裝置誤動(dòng),發(fā)電廠給水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等內(nèi)部液體凍結(jié)可能導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常工作等。從該數(shù)據(jù)直觀分析,ERCOT 未能提早預(yù)測(cè)到極寒天氣,或未提早通知發(fā)電側(cè)加強(qiáng)防凍措施,曾被認(rèn)為是事故的主要原因之一。

然而,需要首先明確的是,此次極寒天氣確是近幾十年內(nèi)最為嚴(yán)峻的一次,得州首府奧斯汀的最低氣溫比近35 年來(lái)2 月最低氣溫均值要低20.3 ℃。其次,早在1 月底2 月初,ERCOT 氣象部門(mén)就已預(yù)測(cè)到2 月中旬出現(xiàn)極端嚴(yán)寒天氣的可能性,并采取了一系列預(yù)警、通知措施。事故調(diào)查中,FERC、NERC 認(rèn)為負(fù)責(zé)得州電網(wǎng)可靠性的ERCOT 在事故處理全過(guò)程中并不存在大量過(guò)失。相反地,ERCOT 高效地感知了事故期間的電網(wǎng)狀態(tài),并采取了恰當(dāng)?shù)拇胧┍Ｕ狭穗娋W(wǎng)的可靠性。這與得州在應(yīng)對(duì)極寒天氣上積累的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)顯然是分不開(kāi)的。2011 年、2014 年、2018 年,得州曾經(jīng)歷過(guò)3 次不同程度的寒冷天氣引發(fā)的停電事故。因此,ERCOT 在應(yīng)對(duì)此次極寒天氣時(shí)有一定的預(yù)測(cè)與準(zhǔn)備。在預(yù)測(cè)方面,早在2020 年底ERCOT 發(fā)布的資源充裕性規(guī)劃中,就對(duì)2020 至2021 冬季的負(fù)荷需求同時(shí)進(jìn)行了置信度50% 與90% 的預(yù)測(cè)。然而,即使是在90%的置信度下,ERCOT 預(yù)測(cè)的全系統(tǒng)峰值負(fù)荷67 GW 仍然顯著低于實(shí)際的峰值負(fù)荷69.87 GW。

關(guān)于未提早通知發(fā)電側(cè)加強(qiáng)防凍措施的指責(zé)同樣也是沒(méi)有根據(jù)的。早在2019 年,FERC 與NERC就聯(lián)合發(fā)布了對(duì)2018 年冬季停電事故調(diào)查的報(bào)告［12］,其中針對(duì)寒冷天氣,明確提出了對(duì)NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)修訂意見(jiàn)。例如,要求發(fā)電機(jī)所有者至少為某個(gè)發(fā)電機(jī)組制定一項(xiàng)寒冷天氣應(yīng)對(duì)計(jì)劃,計(jì)劃中至少應(yīng)包括機(jī)組防凍措施及其年度檢修。2011 年的事故報(bào)告中,也提到了天然氣基礎(chǔ)設(shè)施評(píng)估為關(guān)鍵負(fù)荷的問(wèn)題［13］。然而,此標(biāo)準(zhǔn)的修改案直至今年8 月才通過(guò)審查,并預(yù)計(jì)最早于2023 年4 月開(kāi)始生效。此次停電事故發(fā)生的時(shí)期,恰巧屬于標(biāo)準(zhǔn)修訂生效前的過(guò)渡時(shí)期。在可靠性標(biāo)準(zhǔn)修訂生效前,對(duì)發(fā)電側(cè)主體的要求如辨識(shí)易受寒冷天氣影響設(shè)備、加強(qiáng)機(jī)組防凍措施等,都僅僅作為建議的形式給出,其約束力不足。由此可見(jiàn),未及時(shí)生效的可靠性標(biāo)準(zhǔn)是導(dǎo)致得州電網(wǎng)御冬準(zhǔn)備不足的重要原因之一,從而間接導(dǎo)致了面臨百年一遇的極寒天氣事件時(shí),直接由低溫、冰凍造成的故障容量遠(yuǎn)超預(yù)期。

2.4 尚不完善的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)

得州電網(wǎng)御冬準(zhǔn)備不充分的另一個(gè)重要原因,在于其尚不完善的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)。一方面,在2023 年4 月NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于極寒天氣的修訂案生效前,得州不存在任何法律要求發(fā)電機(jī)組加裝防凍設(shè)備；另一方面,ERCOT 沒(méi)有設(shè)置容量市場(chǎng)［11］,而是通過(guò)能量市場(chǎng)中的尖峰電價(jià)機(jī)制、稀缺性定價(jià)機(jī)制等補(bǔ)償機(jī)組的容量成本。當(dāng)系統(tǒng)備用過(guò)剩、電能供應(yīng)充足時(shí),稀缺性定價(jià)極低,接近于零。在這樣的市場(chǎng)機(jī)制下,發(fā)電側(cè)企業(yè)沒(méi)有充足的意愿對(duì)機(jī)組進(jìn)行防凍改造或加裝防凍設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì),超過(guò)40%的發(fā)電企業(yè)在此次事故后,承認(rèn)自己并沒(méi)有實(shí)際采納2011 年報(bào)告中給出的關(guān)于機(jī)組防凍的相關(guān)建議。2018 年事故調(diào)查報(bào)告與此次調(diào)查報(bào)告中,均將對(duì)NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議放在重要位置,其目的就在于填補(bǔ)法律、標(biāo)準(zhǔn)在這方面的缺失。此外,《報(bào)告》中也明確建議得州電網(wǎng)設(shè)計(jì)合理的市場(chǎng)機(jī)制,對(duì)緊急情況下的需求側(cè)響應(yīng)、能效項(xiàng)目進(jìn)行激勵(lì),對(duì)發(fā)電機(jī)組防凍改造的成本進(jìn)行補(bǔ)償。由此可見(jiàn),尚不完善的市場(chǎng)機(jī)制也是間接導(dǎo)致得州電網(wǎng)遭遇此次極寒天氣停電事故的原因之一。

3 事故經(jīng)驗(yàn)及對(duì)中國(guó)的啟示

得州電網(wǎng)作為“美國(guó)能源第一大州”,此次極寒天氣停電事故在全球范圍內(nèi)引發(fā)了廣泛關(guān)注。在面對(duì)多日連續(xù)極端低溫天氣時(shí),發(fā)電企業(yè)、天然氣設(shè)施等卻未做好充分的御冬準(zhǔn)備,導(dǎo)致ERCOT 最終無(wú)可奈何地進(jìn)行了大范圍的負(fù)荷輪停。分析此次事故的主要原因、梳理事故調(diào)查報(bào)告中給出的核心建議、總結(jié)美國(guó)在此次事故中獲取的電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),能夠讓中國(guó)電力行業(yè)“未雨綢繆”,為應(yīng)對(duì)未來(lái)極寒天氣提供重要參考。

3.1 事故建議與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

基于此次極寒天氣停電事故的調(diào)查結(jié)果,針對(duì)不同的主體（如發(fā)電機(jī)組擁有者/發(fā)電廠調(diào)度機(jī)構(gòu)等發(fā)電側(cè)主體,天然氣生產(chǎn)設(shè)施/加工設(shè)施等天然氣供給側(cè)主體,輸電資產(chǎn)擁有者/輸電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)/可靠性協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)等其他主體）,FERC、NERC 給出了幾十條電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極寒天氣的相關(guān)建議,列于表2中。其中,“發(fā)電側(cè)”的前7 條建議、“天然氣供給側(cè)”的前2 條建議,以及“其他主體”的第1 條建議,是對(duì)NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議,在事故調(diào)查報(bào)告中被合并為同一條,并置于第1 條核心建議的位置,足見(jiàn)其重要性。表2 中,“實(shí)施年份”即建議應(yīng)當(dāng)生效的時(shí)間,如“2021—2022”表示在2021—2022 年冬季之前,“2024 年之后”表示建議可在2023—2024 冬季之后生效,但也應(yīng)該盡快生效。

表2 報(bào)告提出應(yīng)對(duì)寒冷天氣的建議Table 2 Suggestions put forward by report for dealing with cold weather

從表2 可以看出,FERC、NERC 給出的建議十分全面、詳細(xì)。在主體上,既涵蓋了發(fā)電側(cè)、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)等,也考慮到了事故中電-氣耦合的緊密性,涵蓋了天然氣供給側(cè),還針對(duì)政府部門(mén)給出了一些建議（例如成立緊急事故響應(yīng)中心）；在形式上,既有發(fā)電機(jī)組/天然氣設(shè)施防凍措施等一次設(shè)備方面的建議,也有控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等二次設(shè)備方面的建議,還有提升短期負(fù)荷預(yù)測(cè)等算法層面的建議；除上述技術(shù)性建議外,還包括了修訂現(xiàn)行可靠性標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)償機(jī)組防凍改造成本等政策性建議,以及開(kāi)展區(qū)域互聯(lián)研究、黑啟動(dòng)可靠性研究等學(xué)術(shù)方面建議?？傮w而言,FERC、NERC 呼吁得州乃至美國(guó)其他區(qū)域電網(wǎng)做到以下幾方面：

1）以NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)作為約束,強(qiáng)制提升電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極寒天氣的容量可靠性,包括要求發(fā)電側(cè)制定寒冷天氣預(yù)防計(jì)劃,精準(zhǔn)考慮低溫、凍雨并采取相應(yīng)的防凍措施等；

2）加強(qiáng)電力系統(tǒng)-天然氣系統(tǒng)在極寒天氣下的協(xié)調(diào)性,包括明確、評(píng)估天然氣燃料合同對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組可用容量的影響與風(fēng)險(xiǎn),辨識(shí)關(guān)鍵天然氣設(shè)施負(fù)荷并保障其不受負(fù)荷削減、需求響應(yīng)影響等；

3）推進(jìn)與事故相關(guān)的各類型學(xué)術(shù)研究,包括鄰近區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)研究、黑啟動(dòng)機(jī)組可靠性研究、低頻事件/頻率波動(dòng)事件研究等；

4）開(kāi)展技術(shù)、市場(chǎng)、監(jiān)管的多方合作,以完善的市場(chǎng)機(jī)制與政策保障前述建議的實(shí)施,如設(shè)計(jì)機(jī)組防凍改造的市場(chǎng)補(bǔ)償機(jī)制、快速執(zhí)行需求響應(yīng)的補(bǔ)償機(jī)制、開(kāi)展技術(shù)研討會(huì)議等。

3.2 事故對(duì)中國(guó)的啟示

表2 中,FERC、NERC 給出的應(yīng)對(duì)極寒天氣的建議是結(jié)合了本次得州極寒天氣停電事故的調(diào)查結(jié)果及2011 年、2014 年、2018 年3 次寒冷天氣停電事故的經(jīng)驗(yàn)綜合得出的。中國(guó)也有從寒冷天氣停電事故中汲取的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。2008 年1 月中旬至2 月,中國(guó)南方地區(qū)遭遇了一場(chǎng)史無(wú)前例的特大冰雪災(zāi)害［14］。持續(xù)約25 天之久的大范圍低溫、雨雪、冰凍天氣,對(duì)電網(wǎng)造成了嚴(yán)重影響。線路覆冰、輸電桿塔倒塌、變電站跳閘等引發(fā)了大面積的停電,共約7 786.2 萬(wàn)人受災(zāi)。這場(chǎng)冰災(zāi)過(guò)后,如何應(yīng)對(duì)冰雪災(zāi)害成為電力行業(yè)的研究熱點(diǎn)。國(guó)家電網(wǎng)有限公司出臺(tái)了《110～750 kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》等5 項(xiàng)電網(wǎng)設(shè)計(jì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)提高輸電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),提升電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在極寒天氣下運(yùn)行的可靠性。2008 年至今,中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司累計(jì)完成了2 100 條10 kV 以上輸配電線路的防冰加固改造。此外,兩大電網(wǎng)公司還開(kāi)展了數(shù)十項(xiàng)有關(guān)防冰減災(zāi)的課題研究。

與歷史上的大部分停電事故類似,2008 年冰災(zāi)是一場(chǎng)主要針對(duì)輸配電系統(tǒng)的“容量不足型停電事故”,即由于電力系統(tǒng)發(fā)電容量/輸電容量缺額、無(wú)法正常滿足電力供應(yīng)而導(dǎo)致的停電事故。2003 年發(fā)生的美加大停電［15］,同樣也是一場(chǎng)控制系統(tǒng)故障導(dǎo)致大量發(fā)電機(jī)組連續(xù)跳閘,進(jìn)而引發(fā)大規(guī)模停電的“容量不足型停電事故”［16］。此類型事故中,電力系統(tǒng)將源端一次能源轉(zhuǎn)換為電能的能力因某些突發(fā)事件降低,從而誘發(fā)了停電。這些突發(fā)事件包括臺(tái)風(fēng)/雷電/冰雪等氣象災(zāi)害、控制系統(tǒng)的誤動(dòng)與拒動(dòng)、來(lái)自外界的網(wǎng)絡(luò)攻擊等。

此次得州極寒天氣停電事故中,大量天然氣機(jī)組因極寒天氣下天然氣產(chǎn)量下降成為“能量受限機(jī)組”,最終成為停電事故的重要原因。這帶來(lái)啟示,隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化與極端天氣的頻繁化,一種新型的停電模式可能來(lái)臨,即“能量不足型停電事故”［17］。與“容量不足型”相對(duì)應(yīng),“能量不足型停電事故”中,電力系統(tǒng)將遭受因一次能源供應(yīng)不足而誘發(fā)的停電。一個(gè)“能量受限”的天然氣機(jī)組,在一段時(shí)期內(nèi)其燃料是有限的,因此其發(fā)電量也存在上限；但從容量上看,由于不存在故障,機(jī)組被視作可以滿功率運(yùn)行。而實(shí)際上必然有某些時(shí)段,其無(wú)法滿功率運(yùn)行。這些時(shí)刻,往往就是“能量不足型停電事故”容易發(fā)生的時(shí)刻,得州極寒天氣停電事故很好地佐證了這一點(diǎn)。2021 年中國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)供電緊張的情況,其中一個(gè)原因就是燃料價(jià)格高漲,供煤合同未完全履約交割。

考慮到全球氣候變化的影響,未來(lái)極端天氣發(fā)生的頻率或?qū)⑸?“能量不足型停電事故”發(fā)生的可能性將大增。如何在精準(zhǔn)感知?dú)庀髼l件、極端天氣事件之外,高效、從容地應(yīng)對(duì)此類新型停電模式,需要從能源規(guī)劃與統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、優(yōu)化調(diào)度與協(xié)同運(yùn)行、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與政策制定三方面著手。

1）能源規(guī)劃與統(tǒng)籌設(shè)計(jì)

此次停電事故的主體——得州電網(wǎng)具有2 個(gè)顯著特征。其一,內(nèi)部而言,能源結(jié)構(gòu)過(guò)度依賴以天然氣為燃料的燃?xì)鈾C(jī)組及出力隨機(jī)性、間歇性較大的風(fēng)電機(jī)組；其二,外部而言,其與鄰近區(qū)域電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線容量小,跨區(qū)電力互濟(jì)能力薄弱。這啟示我們,在未來(lái)的能源規(guī)劃與電網(wǎng)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)中,應(yīng)當(dāng)結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo),綜合考慮“多能”與“互聯(lián)”兩大特征。

能源規(guī)劃布局方面,中國(guó)早在2016 年就明確了能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)。近年,隨著雙碳目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的設(shè)想的提出,能源互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)學(xué)術(shù)研究也始終保持著高熱度。能源互聯(lián)網(wǎng)的一大特征是“多能互補(bǔ)”,即電、氣、熱等不同能源形式乃至水、風(fēng)、光等不同一次能源類型之間的靈活替代。實(shí)現(xiàn)“多能互補(bǔ)”的一個(gè)重要前提,正是在能源統(tǒng)籌規(guī)劃階段,設(shè)計(jì)可操作、可持續(xù)、安全穩(wěn)定的區(qū)域性能源結(jié)構(gòu)。得州電力行業(yè)發(fā)展的環(huán)境高度市場(chǎng)化,能源規(guī)劃與電源結(jié)構(gòu)很大程度上受到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與市場(chǎng)價(jià)格的影響。充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境下,以天然氣為燃料的燃?xì)鈾C(jī)組在天然氣資源富足且價(jià)格低廉的得州具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),從而占據(jù)了得州逾半數(shù)的電源裝機(jī)容量,形成了過(guò)度向燃?xì)獍l(fā)電與風(fēng)力發(fā)電傾斜且電-氣深度耦合的能源結(jié)構(gòu)。然而,與得州電力市場(chǎng)不同,中國(guó)能源規(guī)劃與布局以國(guó)家發(fā)展規(guī)劃為綱要,在保證市場(chǎng)效率的同時(shí),政府采取了宏觀調(diào)控,從而使電源結(jié)構(gòu)和空間布局更加合理、均衡［18］。在雙碳目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下,中國(guó)將改變以往一次能源以煤炭為主的格局,在確保經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與用電安全的前提下,大力發(fā)展可再生能源,并探求電網(wǎng)高效、充分消納可再生能源的方式；天然氣發(fā)電同時(shí)具有清潔與靈活的特性,但燃料價(jià)格易受國(guó)際市場(chǎng)波動(dòng)影響,需謹(jǐn)慎評(píng)估燃料價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)與供應(yīng)問(wèn)題；作為最可靠的供能方式,燃煤發(fā)電機(jī)組可通過(guò)設(shè)備改造、清潔化轉(zhuǎn)型等方式,在保障可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)為電力供應(yīng)保駕護(hù)航。作為電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)管者,能源規(guī)劃主體應(yīng)以得州作為典型案例,思考如何應(yīng)對(duì)極端天氣下能源短缺造成的停電,考慮全方位的影響因素,如機(jī)組燃料供應(yīng)的穩(wěn)定性、局部地區(qū)某類電源過(guò)度集中導(dǎo)致的系統(tǒng)可靠性下降等。此外,規(guī)劃中還應(yīng)考慮新型儲(chǔ)能設(shè)備與電動(dòng)汽車的廣泛配置與應(yīng)用,在“多能互補(bǔ)”中發(fā)揮其靈活性。

而在“電網(wǎng)互聯(lián)”方面,同樣處于美國(guó)中南部地區(qū),SPP 和MISO 這2 個(gè)區(qū)域電網(wǎng)與美國(guó)東部互聯(lián)電網(wǎng)之間有著較強(qiáng)的聯(lián)絡(luò)線連接和功率交換能力,因而在此次極寒天氣中,電力系統(tǒng)受到的影響較輕。相比之下,ERCOT 僅有總?cè)萘柯猿? GW 的4 條直流聯(lián)絡(luò)線與外網(wǎng)相連,因而遭受了沉重打擊。一正一反2 個(gè)案例,使跨區(qū)電網(wǎng)的作用價(jià)值不辯自明。據(jù)悉,得州目前計(jì)劃建設(shè)一條500 kV、容量為2 GW 的高壓直流雙向輸電線路［19］。該線路旨在加強(qiáng)ERCOT 與美國(guó)東南部輸電公司之間的電氣聯(lián)系,可以使得州電網(wǎng)在發(fā)電過(guò)?；蛳揠娖陂g向東南輸電系統(tǒng)提供電力,或在負(fù)荷需求高峰期從東南輸電系統(tǒng)獲取電力。中國(guó)始終推進(jìn)跨區(qū)跨省的互聯(lián)互通和全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的建設(shè),引導(dǎo)全國(guó)、?。▍^(qū)、市）、區(qū)域各層級(jí)電力市場(chǎng)協(xié)同運(yùn)行,發(fā)揮電網(wǎng)在大范圍資源優(yōu)化配置中的主平臺(tái)作用；為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),跨區(qū)輸送能力將進(jìn)一步提升。中國(guó)還將進(jìn)一步推進(jìn)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的建設(shè),有效發(fā)揮緊急狀態(tài)下跨省跨區(qū)支援作用,更好地實(shí)現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置。

2）協(xié)同調(diào)度與安全運(yùn)行

以天然氣作為首要發(fā)電燃料的得州電網(wǎng),其電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)這2 個(gè)重要基礎(chǔ)設(shè)施之間具有廣泛、復(fù)雜、緊密的耦合關(guān)系。然而在極寒天氣來(lái)臨時(shí),電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)卻并未達(dá)成高效、互補(bǔ)的協(xié)調(diào)作用；相反地,天然氣基礎(chǔ)設(shè)施被作為可中斷負(fù)荷切除了電力供應(yīng),進(jìn)一步惡化了電力系統(tǒng)的燃料供應(yīng)情況。這反映了在電力系統(tǒng)與天然氣系統(tǒng)耦合程度日益加深的當(dāng)下,亟待研究二者之間深層次的相互影響機(jī)理,發(fā)揮二者之間協(xié)同互補(bǔ)的作用。實(shí)現(xiàn)“多能互補(bǔ)”協(xié)同調(diào)度的關(guān)鍵,在于明確多種能源系統(tǒng)之間能源特征與轉(zhuǎn)化機(jī)理,利用不同能源形式間的耦合關(guān)系實(shí)現(xiàn)協(xié)同調(diào)度,從當(dāng)前相對(duì)獨(dú)立的電力調(diào)度發(fā)展為不同能源形式協(xié)同配合、相互替代的綜合能源調(diào)度,提高整體的能源利用效率?？紤]到事件中道路積雪冰凍也對(duì)天然氣產(chǎn)量及運(yùn)輸造成負(fù)面影響,還可開(kāi)展電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)、交通系統(tǒng)之間協(xié)同機(jī)理的相關(guān)研究。當(dāng)前,中國(guó)正在廣泛開(kāi)展綜合能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)與商業(yè)模式的示范與應(yīng)用,正契合了這一主題。多能互補(bǔ),不僅能提升穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,也能有效提升極端天氣情況下系統(tǒng)的安全性。

此外,針對(duì)“能量不足型停電事故”此類新型停電模式,在電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)安全運(yùn)行方面,也應(yīng)當(dāng)開(kāi)展相關(guān)對(duì)策研究。例如,類比常規(guī)可靠性研究中的薄弱元件,研究如何精準(zhǔn)辨識(shí)“能量不足型停電事故”中容易“能量受限”的元件,從而做到有針對(duì)性的災(zāi)害預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在評(píng)估發(fā)電機(jī)的可調(diào)電力電量時(shí),不能僅僅考慮到電的可靠性,即機(jī)組歷史天氣適應(yīng)能力、未來(lái)環(huán)境條件等,還需要延伸到其一次能源,精準(zhǔn)把握燃料供應(yīng)和庫(kù)存情況,乃至燃料合同的未來(lái)履約情況。類比常規(guī)增加設(shè)備“容量可靠性”的“硬化措施”（如規(guī)劃建設(shè)更多設(shè)備提高備用容量）,可研究提升設(shè)備、系統(tǒng)“能量可靠性”的相關(guān)對(duì)策。例如,針對(duì)極寒天氣,需要適度增加天然氣等燃料儲(chǔ)備,尤其對(duì)于黑啟動(dòng)機(jī)組的燃料儲(chǔ)備。同時(shí),應(yīng)適度增加長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能設(shè)施的配置,如儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能等長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能,以應(yīng)對(duì)極端天氣下長(zhǎng)時(shí)間的容量缺額和電量不足風(fēng)險(xiǎn)［20］。

3）標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與政策制定

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范與事故調(diào)查報(bào)告中的建議有著截然不同的約束力。2011 年、2014 年、2018 年,得州曾經(jīng)歷過(guò)3 次不同程度的寒冷天氣引發(fā)的停電事故,FERC 也對(duì)每次寒冷天氣停電事故進(jìn)行了調(diào)查,并公布了調(diào)查報(bào)告,其中就包含對(duì)電網(wǎng)主體的相關(guān)建議。在2011 年與2014 年事故報(bào)告中,就已經(jīng)提及了發(fā)電機(jī)組御冬準(zhǔn)備、防凍措施的相關(guān)內(nèi)容。然而,這些內(nèi)容僅僅以建議的形式給出,并未落實(shí)到位。2018 年事故調(diào)查報(bào)告的相關(guān)建議,直接促使了NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)在關(guān)于寒冷天氣可靠性方面的修訂。NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)是由NERC 主導(dǎo)制定的,約束、規(guī)范北美主干電力系統(tǒng)（包括美國(guó)東部互聯(lián)電網(wǎng)、西部互聯(lián)電網(wǎng)、得州電網(wǎng)及加拿大魁北克電網(wǎng)）,保證其可靠性、高效性、安全性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［21］。相比于事故報(bào)告中的建議,NERC 可靠性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電網(wǎng)主體的行為具備更強(qiáng)的約束力。此次的事故調(diào)查報(bào)告中,更是將對(duì)可靠性標(biāo)準(zhǔn)的修訂放在核心建議的首位,足見(jiàn)其重視程度。這啟示我們,應(yīng)當(dāng)重視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的引領(lǐng)作用與重要性,尊重其強(qiáng)制性。電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣,必須從重視標(biāo)準(zhǔn)做起,以標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性提升電力系統(tǒng)預(yù)防措施的充分性。2008 年年初,中國(guó)電網(wǎng)遭遇的特大冰雪災(zāi)害是一場(chǎng)主要針對(duì)輸電系統(tǒng)的“容量不足型停電事故”,因此后續(xù)出臺(tái)的電網(wǎng)企業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中也更多關(guān)注了輸電系統(tǒng)在覆冰情況下的容量可靠性。未來(lái),應(yīng)當(dāng)綜合關(guān)注發(fā)電側(cè)在應(yīng)對(duì)冬季低溫、凍雨天氣方面的容量可靠性與能量可靠性,修訂、出臺(tái)相關(guān)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,以強(qiáng)制約束的形式提升電力系統(tǒng)面對(duì)極寒天氣的可靠性,為電力的穩(wěn)定供應(yīng)提供保障。

在具體技術(shù)層面的建議之外,FERC 還針對(duì)州立公共事業(yè)委員會(huì)、聯(lián)邦相關(guān)機(jī)構(gòu)等政府部門(mén),給出了獎(jiǎng)勵(lì)需求側(cè)響應(yīng)資源與能效項(xiàng)目,制定合理政策保障極寒天氣下的天然氣供給,設(shè)計(jì)合理的機(jī)組防凍改造成本補(bǔ)償機(jī)制等建議。這說(shuō)明FERC 認(rèn)識(shí)到,得州電網(wǎng)缺乏合理的容量市場(chǎng)機(jī)制,要求發(fā)電商斥資進(jìn)行防凍改造是違背投資者意愿的。這啟示我們,電力系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)極寒天氣,不僅僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題,還可能涉及經(jīng)濟(jì)問(wèn)題、市場(chǎng)問(wèn)題乃至行業(yè)政策問(wèn)題。高可靠性的電網(wǎng)架構(gòu)、充足到位的御冬準(zhǔn)備固然十分重要,合理的電力市場(chǎng)機(jī)制、完善的能源行業(yè)政策也同樣不可或缺。尤其在應(yīng)對(duì)極端天氣的問(wèn)題上,需求側(cè)響應(yīng)是電力系統(tǒng)十分重要的資源。一方面,快速響應(yīng)的需求側(cè)資源能夠充分發(fā)揮電力系統(tǒng)靈活性；另一方面,容量較大的關(guān)鍵性需求側(cè)資源能夠作為可中斷負(fù)荷極大緩解供電短缺狀況。如何挖掘這些需求側(cè)響應(yīng)資源的真實(shí)價(jià)值,制定合理的激勵(lì)政策與市場(chǎng)機(jī)制,充分發(fā)揮市場(chǎng)在資源優(yōu)化配置中的決定性作用,是亟待解決的難題。

4 結(jié)語(yǔ)

美國(guó)得州2021 年極寒天氣停電事故,是由極端低溫、凍雨天氣、燃?xì)鈾C(jī)組燃料不足主導(dǎo)的發(fā)電側(cè)故障作為直接原因,電力系統(tǒng)欠佳的御冬準(zhǔn)備與薄弱的互聯(lián)能力作為間接原因,而共同造成的長(zhǎng)時(shí)間、大范圍停電事故。此次停電事故,給包括中國(guó)在內(nèi)的全世界電力行業(yè)提供了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。它啟示我們,隨著社會(huì)發(fā)展與電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大,電力系統(tǒng)與鄰近區(qū)域電力系統(tǒng)、其他能源系統(tǒng)間的耦合愈加緊密；在全球氣候變化加劇、極端天氣事件頻發(fā)的當(dāng)下,大停電事故的模式和機(jī)理正變得越來(lái)越復(fù)雜?；谏鲜龇治?本文結(jié)合FERC 停電事故調(diào)查報(bào)告中總結(jié)的美國(guó)應(yīng)對(duì)極寒天氣停電事故的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),以及中國(guó)電力行業(yè)的實(shí)際情況,呼吁從能源規(guī)劃與統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、優(yōu)化調(diào)度與協(xié)同運(yùn)行、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與政策制定三方面出發(fā),進(jìn)一步開(kāi)展“能量不足型”新型停電模式的對(duì)策研究,積極推進(jìn)多能互補(bǔ)的協(xié)同調(diào)度研究,提升、保障電網(wǎng)跨區(qū)跨省互濟(jì)能力,開(kāi)展技術(shù)、監(jiān)管、市場(chǎng)的多方密切合作,從容、高效地應(yīng)對(duì)未來(lái)極端天氣。