9月20日出版的最新一期紐約時報雜志（The New York Times Magazine）用加州山火的照片作為雜志封面，聚焦加州近日頻繁發(fā)生的自然災害。
最近，加州的日子不大太平。上個月，熱浪導致的輪流停電好像還近在眼前。8月14日，加州多地氣溫超過38攝氏度，面對陡增的用電需求，加州電網(wǎng)不堪重負，出現(xiàn)大面積停電，超過200萬加州居民體驗了一把“水深火熱”的8月。
導致這次電力事故的幾個原因，或許可以為太平洋另一邊的我們提供一些啟示。
01 電網(wǎng)分散難以優(yōu)化配置
眾所周知，美國電力系統(tǒng)并非“一張大電網(wǎng)”，主要由三個分散的部分構成：東部電網(wǎng)、西部電網(wǎng)和德克薩斯州電網(wǎng)。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。
加州電網(wǎng)系統(tǒng)也是如此，輸電線路分管復雜，物理連接薄弱。先來看一張加州能源委員會（California Energy Commission）在2016年發(fā)布的加州輸電線路圖，不同的顏色代表不同的電力線路供應商，僅大型電力線路的供應商就多達8家。
加州能源委員會日前發(fā)布了2020年加州公用事業(yè)服務區(qū)圖。從圖中可以看出，加州電網(wǎng)由超過6家公用事業(yè)公司共同運營。
獨立運營的電網(wǎng)有一個致命弱點，就是沒有統(tǒng)一的調(diào)度中心。這不僅導致各個電網(wǎng)之間缺少配合，容易出現(xiàn)多方扯皮的狀況，而且由于缺少對整體電網(wǎng)的掌控，在面對尖峰負荷、大規(guī)模停電等突發(fā)狀況時，電網(wǎng)無法統(tǒng)一調(diào)度、迅速響應。
02 管理無序難以協(xié)調(diào)一致
電網(wǎng)結構性的分散配置也直觀體現(xiàn)在混亂的管理體系上。從負荷預測到部門間溝通合作，再到危機處理的速度，加州電網(wǎng)管理制度之混亂，我們從這次停電事件中可以略窺一二。
加州電力系統(tǒng)沒有實現(xiàn)統(tǒng)一管理。電力監(jiān)管系統(tǒng)主要由三方構成：加州能源委員會（California Energy Commission）負責需求預測；加州公共公用事業(yè)委員會（California Public Utilities Commission）負責需求響應，同時掌管公用事業(yè)買賣；加州獨立系統(tǒng)運營商（California Independent System Operator）負責電網(wǎng)運營。
在這次沒有預警的輪流停電事故發(fā)生后，加州州長Gavin Newsom給加州三大能源機構寫了一封公開信，公開質問為何此次輪流停電沒有提前發(fā)布公眾預警。
加州能源委員會董事長David Hochschild、加州獨立系統(tǒng)運營商董事長兼首席執(zhí)行官 Stephen Berberich、加州公共公用事業(yè)委員會主席Marybel Batjer三方聯(lián)合給州長回了信。三大能源機構坦言，讓人始料未及的西部熱浪導致本應足夠的風能發(fā)電在8月14日下午發(fā)電量驟降。
此外，高溫帶來的用電需求激增以及短時間內(nèi)無法迅速調(diào)度電力資源等都是導致這次加州停電的原因。信中也強調(diào)，盡管他們無法完全預料這次事故的發(fā)生，但是如果部門、機構之間有更好的溝通機制，現(xiàn)實情況就會更好一些。值得一提的是，在這次停電發(fā)生之初，三個能源機構還不約而同互相甩鍋，經(jīng)過長時間的扯皮后才決定合作。
信中提到的混亂的電力資源調(diào)度系統(tǒng)是造成此次停電的重要原因之一。加州電網(wǎng)沒有能安全穩(wěn)定地跨區(qū)域遠程輸電的直流輸電技術，資源調(diào)度很大程度依靠電力市場“就近買賣”。周邊地區(qū)的電力資源通過競標的方式進入加州電力市場實現(xiàn)短期電力供需平衡。但由于沒有簽署長期合同，因此，當周邊地區(qū)也出現(xiàn)電力短缺時，加州能源就供不上了。比如，此次山火同樣使得旁邊的猶他州和俄勒岡州發(fā)生大停電事故，能源供應鏈斷了，能源缺口只會越來越大。
03 電力設施老舊滿足不了需求
除了“制度失效”，加州電網(wǎng)的歷史問題同樣積重難返。電力建設缺乏規(guī)劃，近年來發(fā)展緩慢。美國能源部的一組數(shù)據(jù)顯示：美國70%的輸電線路和電力變壓器運行年限在25年以上，60%的斷路器運行年限超過30年。由于聯(lián)邦政府資金不足，滯后的基礎設施建設不僅無法滿足民眾日益增長的用電需求，在遭遇突發(fā)狀況時，電網(wǎng)設備老化的問題也一覽無余。以加州最大的公用事業(yè)公司太平洋電氣公司（Pacific Gas and Electric Company，以下簡稱PG&E公司）為例，其業(yè)務涵蓋加州三分之二的地區(qū)。近年來，加州北部接連發(fā)生重大的森林火災， PG&E公司因“電力設備老化”“電線短路”等問題，一度被外界視為“火災元兇”。
為了讓電力設施能更好地抵御自然災害，PG&E公司不是沒想過把自家老化的電線整治一番。加州電網(wǎng)曾計劃通過將電線埋到地下的方式使電網(wǎng)堅強，去年PG&E公司也進行了一番嘗試。然而，這種方式不僅對周圍土壤和植被要求很高，造價也十分昂貴，每英里的改造花費高達300萬美元，這對近年來公共建設資金持續(xù)吃緊的加州政府來說難以招架。
電力本該是國民經(jīng)濟發(fā)展的“先行官”，但在加州似乎有些拖后腿了。近年來美國頻發(fā)的大停電都在發(fā)出警告：日益老舊的電力設施和持續(xù)增長的用電需求間的矛盾只會日益凸顯。然而，沒有前期的資金投入，硬件水平跟不上，再多的規(guī)劃和管理也只能淪為紙上談兵。
04 電網(wǎng)難以適應新能源發(fā)展需求
除了自身軟硬件的問題，近幾年提到加州電網(wǎng)一個繞不開的話題就是清潔能源發(fā)展。2018年，加州簽署的氣候法案中規(guī)劃2026年可再生能源供電將占全州供電的50%；2030年之前，該比例將提高到60%；到2045年年底，要實現(xiàn)全行業(yè)的100%可再生能源和零碳能源供電。
在給州長的信中，加州三大能源機構特別指出，盡管許多因素都成為此次加州停電的幫兇，但是清潔能源絕不是其中之一。加州也將繼續(xù)其對清潔能源的追求。
那么，加州目前在綠電道路上的進展如何？加州能源委員會數(shù)據(jù)顯示，2019年，太陽能和風能共為加州提供了約21.04%的電量。
新能源看似為加州電網(wǎng)提供了不少支撐，然而以太陽能為首的新能源可能造成時間維度上的供應缺口。加州負荷峰值通常是從下午晚些時候開始的，這恰好是太陽能日供量開始下降的時段。供需時間的不匹配對于加州電網(wǎng)是一個可預見但是還亟待解決的問題。
此外，“棄核”也是加州清潔能源實踐中的一個重要主題，核電正在逐步被排除在加州能源組合之外。2012年，南加州愛迪生電力公司關閉了San Onofre核電站，一舉減少了2200兆瓦的電力供應。2018年，公用事業(yè)委員會通過計劃，決定在2024年著手關閉加州最后一座核電站——Diablo Canyon核電站。值得一提的是，此次加州大規(guī)模斷電事件還是在核能提供了近10%電力的情況下發(fā)生的。
無論在供電、輸電還是用電環(huán)節(jié)，加州電網(wǎng)似乎存在很多問題。底盤不穩(wěn)卻一心追求“零碳”。清潔能源固然好，但對于現(xiàn)階段的加州，更像是蛋糕上的裱花。沒有一個穩(wěn)定的底做基礎，零碳計劃就是浪花泡沫，無法真正為電網(wǎng)助力。
加州電網(wǎng)能源轉型難，還體現(xiàn)在儲能能力不足上。去年，加州剛為個人客戶安裝了超過100萬個小型屋頂光伏板。最近，就有人緊跟著呼吁需要追加100萬個小型鋰離子電池來儲備太陽能，理由是，這種小型電池可以為家庭提供約4小時的電量，在下午至傍晚時段可以幫助電網(wǎng)削峰。
這種自下而上式的個體儲能是否真的可以彌補系統(tǒng)的漏洞還要打一個問號。其實加州電網(wǎng)也不是沒想過建立大型儲能機制，其中呼聲最高的就是“抽水蓄能系統(tǒng)”。然而這種系統(tǒng)對土地和水資源都有大量需求，這對于國家公園和自然保護區(qū)繁多的加州來說實施起來很困難。
隨著清潔能源的持續(xù)推進以及電網(wǎng)負荷的不斷增長，不少人開始思考建立一個統(tǒng)一大電網(wǎng)的必要性。8月25日，美國參議院民主黨人成立的氣候危機特別委員會發(fā)布了一份關于解決氣候問題的報告，其中特別提到了建立一個更統(tǒng)一、更利于遠距離連接的電網(wǎng)的必要性。報告強調(diào)，盡管大電網(wǎng)的前期建設需要大量投資，但它在未來會給美國能源轉型帶來巨大的好處。
其實，如何應對不斷增長的電力負荷，對中國來說并不陌生。加州獨立系統(tǒng)運營商官網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，8月14日加州最大負荷為4600萬千瓦，而這個數(shù)據(jù)放在中國省級電網(wǎng)中，其實并不算高。
以江蘇電網(wǎng)為例，江蘇電網(wǎng)已經(jīng)形成了以“一交三直”特高壓交直流混聯(lián)為支撐、500千伏“六縱六橫”為骨干網(wǎng)、220千伏分區(qū)運行、配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的電網(wǎng)格局。8月17日13時25分，江蘇電網(wǎng)調(diào)度用電負荷達到11512.5萬千瓦，創(chuàng)下中國國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)省級電網(wǎng)的最高調(diào)度用電負荷。其中，區(qū)外凈受電力2300萬千瓦，占江蘇全省用電最高負荷的20%。通過區(qū)外來電，江蘇電網(wǎng)能夠從容應對省內(nèi)用電需求。
同時，需求側響應機制靈活調(diào)動負荷，也能讓電網(wǎng)在高負荷的情況下保持“彈性”。江蘇電網(wǎng)的調(diào)度控制系統(tǒng)依托大數(shù)據(jù)，從負荷大戶入手，通過樣本分析精準預測企業(yè)用電走勢，有針對性地輸出特定用戶的用電行為特征報告。目前江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷儲友好互動系統(tǒng)可以做到280萬千瓦毫秒級精準負荷控制，調(diào)度系統(tǒng)的精準性和敏銳度極大地降低了大面積停電發(fā)生的可能性。
值得一提的是，對于建設具有中國特色國際領先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的中國國家電網(wǎng)公司來說，除了在面對今年夏天高溫和汛情的雙重考驗時能交出滿分答卷，中國國家電網(wǎng)也是世界唯一20年來沒有發(fā)生過大面積停電事故的國家電網(wǎng)。
電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行一直是我國電力行業(yè)的基礎和底線，而守住底線的基礎是電網(wǎng)調(diào)度一體化機制的制度優(yōu)勢。從加州此次停電事故中不難看出，無論是資源配置、管理制度、電力設施還是能源轉型只靠簡單的線性思維，“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”愈發(fā)難以應對牽一發(fā)而動全身的電網(wǎng)系統(tǒng)問題。統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理，在電網(wǎng)運行中缺一不可，也只有把電網(wǎng)調(diào)度、規(guī)劃、建設、設備監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)測打通，勁往一處使，電網(wǎng)才能站得住腳、打得贏仗。
如今，加州的山火還在持續(xù)，這勢必也為加州電網(wǎng)帶來持續(xù)的挑戰(zhàn)。但倘若基礎、底線問題沒有解決，面對大型突發(fā)情況時，電網(wǎng)的底氣從何而來？如果說，加州停電事故能帶給我們一些啟示，那就是驗證了系統(tǒng)性思維下堅持電網(wǎng)調(diào)度一體化機制的必要性和現(xiàn)實性。希望在逐漸降溫的9月，隨著負荷曲線的慢慢回落，背后的啟示能夠被更多人看到。
部分資料來源：
Borunda, Alejandra. “Why Renewables Aren't to Blame for California's Blackouts.”National Geographic, National Geographic, 25 Aug. 2020, www.nationalgeographic.com/science/2020/08/why-renewables-arent-reason-california-blackouts/.
Cagle, Susie. “This Is Why California Will Keep Burning.”Vice, Vice, 18 Apr. 2019, https://www.vice.com/en_us/article/qvygeq/this-is-why-california-will-keep-burning.
California Energy Commission. “2019 Total System Electric Generation.”California Energy Commission, California Energy Commission, 2019, www.energy.ca.gov/data-reports/energy-almanac/california-electricity-data/2019-total-system-electric-generation.
Noor, Dharna. "How to Fireproof California's Electric Grid."Gizmodo, Gizmodo, 14 Sept. 2020, earther.gizmodo.com/how-to-fireproof-californias-electric-grid-1845018709.
Penn, Ivan. “California Expresses Frustration as Blackouts Enter 4th Day.”The New York Times, The New York Times, 17 Aug. 2020, www.nytimes.com/2020/08/17/business/energy-environment/california-blackout-electric-grid.html.
ROTH, SAMMY. “Here's How California Can Keep the Lights on While Meeting Its Clean Energy Goals.”Los Angeles Times, Los Angeles Times, 19 Aug. 2020, www.latimes.com/environment/story/2020-08-19/how-california-can-keep-lights-on-while-meeting-clean-energy-goals.
