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夏天停电怪太阳能，冬天停电怪风机？美国停电反思：关键是伦理逻辑而不是电力知识​

风能专委会CWEA 2022-08-01

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2021年情人节前后，美国得克萨斯州遭遇百年一遇的暴风雪袭击，气温降到零下12摄氏度以下，周日晚7点至8点之间，该州冬季电力需求出现创纪录的用电高峰，产生了约69.2GW的电力需求，德州电网宣布周一全州范围内停电，有些地方持续停电超过24小时。作为全美风电装机最大的州（超过30GW），很多人借此攻击被冰冻住的风机是该州停电的罪魁祸首，这和去年夏天加州因炎热导致空调用电猛增最后加州停电时对太阳能的攻击如出一辙。停电背后的原因固然复杂，但并不难理解，特别不能让新能源来背锅。张树伟博士2020年8月份在加州停电时曾写过一篇深度分析文章，同样适用于发生极寒天气导致供热需求猛增而停电的得克萨斯州。CWEA公众号经作者授权再次转发供参考。

张树伟：加州停电反思
——关键是伦理逻辑而不是电力知识
文 | 张树伟

9月20日出版的纽约时报杂志（The New York Times Magazine）用加州山火的照片作为杂志封面，聚焦加州2020年夏天频繁发生的自然灾害。

【财新⽹】（专栏作家 张树伟）2020年8⽉14-15⽇，世界第5⼤经济体——美国加州经历了两次超过⼀⼩时的停电，影响范围波及百万的电⼒⽤户，特别是居民与商业⽤户。
如何理解停电的事实与原因，谁承担了停电的成本，以及谁造成了问题，谁适合作为问题的解决者，本专栏提供⼀些信息与见解，并分析与中国的可能联系与含义。

发⽣了什么事？

2020年8⽉13⽇，美国加州⽇前电⼒市场的出清结果显⽰：下⼀天的晚上7-9点，电⼒价格要接近1000美元/MWh（也就是1美元/度）。这其实已经预⽰了，接下来的⼀天（8⽉14⽇，周五），傍晚将是电⼒平衡很紧张的时刻。
真实的⽤电⾼峰⽐⽇前预计的还要早⼀些。傍晚6点之后，实时电⼒市场价格就出现了迅速上升，在7点左右接近1100美元。6点36分，调度启动了三级响应，意味着需要轮流停电以避免系统过载。第⼆天，8⽉15⽇，停电的情况并没有好转，超过100万⼈失去了电⼒供应。
⽬前的初步原因汇总显⽰：这⼀停电又是多种概率事件同时发⽣造成的。特别包括天然⽓机组的宕机；⾼温天⽓跨区联络线过热限流，部分⽼化线路容量不⾜；风电场宕机等等。系统调度与监管机构对于系统是否购置了⾜够充⾜的备⽤仍旧存在认定上的争论。事实上，这是过去⼏年持续争论的延续。围绕系统充⾜性，以及需要多少的新增装机，加州独⽴电⼒系统运营商ISO与监管机构CPUC⼀直处在“讨价还价”的过程中。通常的范式是：ISO提出⼀个新增计划，然后CPUC给予打折或者推迟。系统的备⽤率ISO保持在12%，这次停电过程中下降到了6%，⽽有些⼈认为保持3%就够了，ISO过于谨慎了。
加州能源委员会（California Energy Commission）发布的加州输电线路图，多达8家大型电力线路供应商


谁承担了停电成本？

各种新闻报道显⽰，居民与商业⽤户进⾏了轮流的停电，覆盖⼏个仍处于管制定价的电⼒公司。到了后期，有些⼤⼯业⽤户⾃愿减少了⽤电量，从⽽有望将这个问题暂时解决。
电⼒系统存在⼀个指标，叫做电⼒中断的损失价值（Value of lost load， VOLL），它表征了消费者出现电⼒供应中断所代表的经济损失。它显然会⼤于零，但是也不会是个⽆穷⼤的数字。⼯业⽤户的停电损失往往要⼤于居民，因为它代表着⼯业活动的停⽌与产量损失，更有向下游传导的可能；居民的停电损失随着时间有迅速扩⼤的趋势（⽐如停电6⼩时以上，冰箱的⾷物开始坏掉了），但是长期损失又有下降，停的长了也就习惯了。⽐如过去中国缺电时期长期未通电的农村。
加州这个停电的先后逻辑，似乎是很经济学的。当然，这些⽤户很多都没有得到停电的提前通知。这是个可以避免的问题。
2020年加州公用事业服务区图。加州电网有超过6家公用事业公司在共同运营

谁造成的问题？

停电毕竟不是⼀件好事，尽管必须意识到这是⼀年8760⼩时中的2-3⼩时，属于“⼩样本抽样”。然⽽，互相指责的游戏已经充分上演。
系统运营商必须承担责任，因为它们并没有根据市场的信号做好充分的准备；监管机构可能也不能幸免，因为保持系统的容量充⾜性（capacity adequacy）是其基本的监管责任。社会各界甚⾄对各种电源进⾏了直接的“指责性”评论。有批评天然⽓发电的，因为它们⽐预想的出⼒要低得多；有批评核电的，因为它们过去⼏年出⼒不断下降，也有关停；有批评相邻电⽹的，因为这个时候其他电⽹也缺乏富余电⼒输给加州；还有批评可再⽣能源，特别是光伏的，系统⾼峰的时候，它的出⼒往往不断下降，因为傍晚光照越来越弱直到消失。
这些对各种电源的批评显然是缺乏逻辑以及不能精确考虑程度的。如果⼀个电源实现了其承诺出⼒，那么就没有什么可以指责的，⽐如核电；如果它没有实现相应的承诺出⼒，但它得到了相应的惩罚（⽐如⽀付实时电价与⽇前电价的巨⼤差值），也⽆可指责，⽐如天然⽓；如果它的特点就是傍晚并不出⼒，那么它就⽆法获得相应的收⼊，这已经是⾜够的惩罚了，完全不需要额外的惩罚，⽐如光伏。
应该讲，理解这⼀点在中国并不是那么容易的，因为这⾥存在着各种⽆限⽽⾮有限的责任关系（⽐如下级对上级、销售对客户、电⼚对调度指挥官）。这是个并不那么令⼈愉快的事实。“只讲性质、不讲程度”在中国的公共讨论中泛滥式地存在。
相⽐于理性的讨论各种电源的“有限责任”，这种缺电的时候抱怨电源跟不上，电⼒富余（加州也有电⼒富余的时候）的时候抱怨发不上电的思维⽅式⽆疑是很情绪化的。
归因于可再⽣能源⼤发展是缺乏逻辑的。更有甚者，将停电跟加州的雄⼼勃勃的可再⽣能源发展计划联系了起来。这⽆疑又是典型的多维问题⼀维化的逻辑错误。发展可再⽣能源从来不是系统平衡⽬的，它的必要⽬的在于减排与⽓候变化；系统平衡与安全永远是重要的，它构成了另外⼀个前提与约束。
这是完全两个维度的东西。合理的问题往往是“能否在保持⼀个维度不退化（或者略微退化）的情况下，如何促进另外⼀个维度的进步”，也就是通常讲的效率问题。⽽不能压缩成⼀个⼀维问题“系统安全与可再⽣能源哪个更重要？”这种降维⼤幅简化了问题，也使得其推导与结论毫⽆含义。
“可再⽣能源过多过快发展造成了系统停电”的思维⽅式，就类似将头疼归因于有脑袋，说“你没有脑袋了，头疼这个问题不就⾃然不存在了吗”。这其中还掺合着充分条件与必要条件的混乱。可惜，对于中国当前的能源安全问题，也已经出现了这种“⼀维化”的苗头，反复地对各种⽬标进⾏线性⼀维排序。

谁适合成为问题的解决者？

⽬前对于问题的制造者存在争议，需要严密的逻辑以及有限责任理念下的基本推导。当然，即使认定了问题的制造者，也并不意味着问题的制造者需要成为问题的解决者。如果有更好更合适的解决者，那么让他们来代劳往往是更合适的。虽然，这往往意味着财务关系，⽐如⼀⽅对另⼀⽅的⽀付。财务关系永远是最重要与本质的。
那么谁适合成为问题的解决者呢？这又是⾮常有争议的。起码，这次的停电事故，似乎主要的问题是总的容量问题，⽽不是爬坡速度。因此，旨在解决后者问题的⽅案似乎有点“凑热点”之嫌，⽐如储能。

跟中国如何“⼋杆⼦”？

加州停电跟中国有何联系？⼀个直截了当的回答是：没有任何关系。因为中国系统当前普遍⾯临的问题——系统严重冗余，完全是加州显⽰问题的另外⼀个极端。
但是，有些问题，的确可能引发我们的共鸣与进⼀步思考，⽐如：
1. 为何紧急情况下的拉闸限电，居民⽤户⾸先被选择？这跟中国的“有序⽤电”序列显然不⼀样？
2. 加州电⼒体制改⾰⼀直⾛的不顺，⽬前仍旧是个半计划半市场的体制。为何不能充分考虑各种不确定性的社会规划者模式的“综合资源规划”（Integrated resource plan）仍在使⽤？这对于把国外的做法笼统地视为“国际经验”的思维惯性有何启⽰？
3. ⼈⼈都可以打开加州系统平衡运营商CAISO，也就是通常说的调度的⽹页，查看其实时⼩时级出⼒情况与电源发电结构。为何这在中国还远远不能成为现实？
4. 加州的电价历来是美国各州中最贵的。学术界的测算也充分表明：其电价⽔平在⼤部分时间都超过了电⼒的实际价值（以避免的边际成本表征）。这对于电价类似⾼昂的中国又有何相同与不同之处？
我们将在今后的专栏中，待各种事实问题更加清楚之后，陆续探讨这些更细节的问题。CWEA
沈昕⼀、殷光治对此⽂亦有贡献
来源：原载 财新⽹，2020年08⽉25⽇ ，经本文作者张树伟授权转载
作者：张树伟 卓尔德环境研究（北京）中心主任兼德国能源转型智库高级顾问能源经济学博⼠（2007 ），⾼级⼯程师（2010- ），德国洪堡学者（2011-2013），卓尔德环境研究（北京）中⼼主任兼德国能源转型智库⾼级顾问，从事综合能源系统与分布式，氢能经济与Power to X，能源系统模拟与政策评估以及可再⽣能源接⼊电⽹的应⽤研究，以及跨学科能源经济环境项⽬的组织与协调⼯作。具有电⼒、交通、可再⽣能源部门与德国、法国、中国的地区⼯作经验。
背景：得克萨斯州遭遇创纪录暴风雪导致全州停电



得克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）敦促企业和消费者尽可能限制用电。官员警告说，低温和需求增加“会给电网造成压力”。ERCOT表示，风力发电是得州第二大发电来源，去年占该州电力供应的23％，仅次于天然气发电（占45％）。周日约12GW风机受到冰冻的影响，但未冻结的风机转速高于预期，有助于抵消损失。


https://www.ksat.com/news/local/2021/02/14/electric-reliability-council-of-texas-urges-businesses-consumers-to-limit-electricity-use-as-much-as-possible/

https://www.ksat.com/news/local/2021/02/15/rotating-outages-underway-in-texas-after-energy-emergency-alert-level-3-issued-ercot-says/


得克萨斯州停电，能怪风机被冻住了吗？


实际上，风机被冻住了可以很快解决，但电力系统出现故障，并不那么容易解决。


2019年加州电网系统总发电量统计
加州能源委员会数据显示，2019年，太阳能和风能共为加州提供了约21.04%的电量。
报告 | 第三季度美国风电装机创下新纪录
美国各州风电装机地图
截至2020年第三季度，有二十个州的装机容量超过1GW。 得克萨斯州（TX） 一个州的装机容量超过30 GW。爱荷华州超过10GW。
进一步阅读另可参考张树伟重磅分析文章：《从电力调度视角看拉闸限电》
域外 | 可再生能源不是加州停电的罪魁祸首

美国加州提案推动10GW海上风电装机

科普 | 说好了全球变暖，怎么天气还要冻死人的节奏？
数据 | 太阳活动不是地球变暖主因，二氧化碳排放过多才是！

图表 | 一张图看懂升温1.5℃和2℃的区别

IPCC温升1.5°C报告下载

https://www.ipcc.ch/sr15/https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/sites/2/2019/06/SR15_Full_Report_High_Res.pdf 高清完整版本下载或关注CWEA公众号，后台回复 sr15获取含部分中文翻译版本在内资料
报告 | UNEP：要实现1.5摄氏度温控目标，全球每年必须削减6%化石燃料《2020年生产差距报告》（The Production Gap, 2020）关注风能专委会CWEA公众号，后台回复 TPG2020，下载报告pdf版本

参考链接


重磅分析：从电力调度视角看拉闸限电

张树伟：系统调度范式：“最后一招”VS“常态指挥”？张树伟：电力系统“统一、开放、竞 争市场”的目标面临挑战张树伟：什么是电力？什么是市场？什么又是数字化？张树伟：电力市场如何体现消费者永远是对的张树伟：再谈“调峰辅助服务”涉及到的理念与政策设计问题张树伟：电力市场为何物理运行与财务结算是充分分离的张树伟｜电网与储能：替代抑或互补关系？张树伟：漫谈数字化时代的电力市场“风险”课件PPT和视频分享！能明白@风向标第1期张树伟详解调峰辅助政策


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