中國儲能網(wǎng)訊：美國得克薩斯州停電事件引發(fā)的連鎖反應(yīng)仍在持續(xù)。得州“宕機(jī)”，全球“吃藥”。在發(fā)電機(jī)組經(jīng)不住嚴(yán)寒考驗(yàn)、電力公司破產(chǎn)、“天價”電費(fèi)賬單等動輒引發(fā)全球熱議的話題之外，對大停電與得州電力市場設(shè)計(jì)之間關(guān)系的討論或許最能觸動能源電力利益相關(guān)者的神經(jīng)。
得州是美國區(qū)域電力市場中，自由化程度最高的州之一。在保障系統(tǒng)有效容量充裕、緩解電力供需緊張和降低用電成本三個方面，得州所采用的稀缺電價機(jī)制看上去在此次寒潮中表現(xiàn)不佳。得州電力市場失敗了嗎？有沒有能完美應(yīng)對極端天氣的電力市場？對于頻發(fā)的極端天氣，獲得安全穩(wěn)定高效的電力系統(tǒng)需要考量的關(guān)鍵因素是什么？
近日，eo記者專訪了哈佛大學(xué)肯尼迪政府學(xué)院、雷蒙德-普蘭克全球能源政策講席教授威廉·霍根（William Hogan）?；舾淌谑歉偁幮噪娏κ袌鲱I(lǐng)域的先驅(qū)和引領(lǐng)者，從1980年代開始從事相關(guān)研究和設(shè)計(jì)，美國、英國、澳洲等國家和地方的電力市場結(jié)構(gòu)和市場規(guī)則中，都有他的思想影響。霍根提出的節(jié)點(diǎn)邊際電價(LMP)和金融輸電權(quán)(FTR)，能提供反映輸電阻塞的準(zhǔn)確價格信號，提升了生產(chǎn)、消費(fèi)和投資的效率，并能有效規(guī)避發(fā)電商競爭導(dǎo)致的區(qū)域電價波動風(fēng)險。同時，霍根教授也是本次遭遇寒潮停電的得州電力市場的主要設(shè)計(jì)者之一。
對于得州電力市場機(jī)制在此次危機(jī)中的表現(xiàn)，霍根認(rèn)為，得州遭遇的是“百年一遇”的災(zāi)害，其電力市場已經(jīng)按照設(shè)計(jì)發(fā)揮了作用。電力需求增加導(dǎo)致價格上漲，迫使消費(fèi)者減少能源使用，同時鼓勵發(fā)電廠增加發(fā)電量。 “這次危機(jī)之后，人們應(yīng)當(dāng)思考，我們應(yīng)為避免此類事件的發(fā)生做哪些準(zhǔn)備，是否愿意為預(yù)防這種‘百年一遇’的事情付出足夠的成本?！被舾鶎o記者表示。
停電并非市場設(shè)計(jì)之過
容量市場未必能有效應(yīng)對
eo：1989年、2011年得州也曾經(jīng)歷寒潮和停電事件，當(dāng)時監(jiān)管機(jī)構(gòu)建議能源供應(yīng)設(shè)備提升防凍標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)您了解，十年間，建議在多大程度上得到了執(zhí)行？此次危機(jī)的影響為何比十年前還要嚴(yán)重？
Hogan：我暫時不清楚他們所有的舉措，相信這次事件之后，監(jiān)管機(jī)構(gòu)會對此進(jìn)行分析。得州確實(shí)有所行動，其中也包括稍微改變市場設(shè)計(jì)。但這次事件之所以如此棘手，是因?yàn)樯现埽?月15日-2月19日）的情況比2011年嚴(yán)重得多，給整個供應(yīng)系統(tǒng)造成了一系列挑戰(zhàn)。停電后，天然氣管道泵因缺電無法運(yùn)行，供水系統(tǒng)由于結(jié)冰也出現(xiàn)了問題，這些連鎖反應(yīng)加劇了情況的緊急程度和嚴(yán)重性。
就電力系統(tǒng)而言，這次事故不僅是發(fā)電側(cè)的問題，天然氣井和管道的凍結(jié)也造成了一部分影響，比如墨西哥北部缺電，不是因?yàn)槟抢锾鞖饫?，而是氣電的燃料來自得州，由于得州天然氣短缺，墨西哥無法獲得充分的天然氣供應(yīng)。得州的天氣通常較好，因此相比其他地區(qū)，管道沒有埋得那么深，也沒有像其他地區(qū)那樣保障天然氣的生產(chǎn)和管道運(yùn)輸，因?yàn)檫@都需要花費(fèi)數(shù)年時間進(jìn)行大量投資，而這些氣井、管道本該有相應(yīng)的防凍措施，所以這是個大問題。
另外，極寒天氣期間，取暖需求增大，這些地區(qū)的負(fù)荷也大大增加，可以說所有可能出現(xiàn)問題的地方都出錯了，這些因素共同作用加劇了電力系統(tǒng)危機(jī)。
由于電力系統(tǒng)特性，系統(tǒng)操作員必須立即處理該危機(jī)，實(shí)施輪流限電，如果不這樣做，得州的電力系統(tǒng)可能徹底瓦解，同時需要很多天甚至數(shù)周才能恢復(fù)供電。在這種緊要關(guān)頭，他們在采取必要手段和危機(jī)管理方面做得很好。
eo：專業(yè)人士和媒體都比較關(guān)注停電是否與電力市場設(shè)計(jì)缺陷有關(guān)。有觀點(diǎn)認(rèn)為，得州的稀缺電價機(jī)制沒能激勵足夠的備用容量投資。您如何看待此次危機(jī)前稀缺電價機(jī)制作用的發(fā)揮情況？總體來說，市場機(jī)制對減輕極端天氣災(zāi)害影響的作用有多大？
Hogan：上周之前，根據(jù)我們所能觀察到的一切，這一市場機(jī)制顯然運(yùn)行良好，發(fā)揮了刺激投資的作用。2019年夏季，在得州陷入電力短缺、價格上漲時，稀缺電價機(jī)制刺激了發(fā)電商投資新的發(fā)電機(jī)組；市場參與者做出了需求響應(yīng)和增加發(fā)電量的反饋，并在沒有發(fā)生任何大停電的情況下實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，因此這一機(jī)制是按預(yù)期和設(shè)計(jì)進(jìn)行的，這也是迄今為止的證據(jù)，稀缺電價并不會導(dǎo)致重大的停電事故。
我認(rèn)為這次停電的問題在于，人們能在多大程度上預(yù)料到這類事件的發(fā)生，并為之做準(zhǔn)備，以及是否愿意并為此付出多少成本。這次事故是百年一遇的級別，德州電力可靠性委員會（ERCOT）描述為“非常罕見的”事件。因此我們必須解決的關(guān)鍵問題是，你是否想投資所需的資金來預(yù)防這種一百年來只可能發(fā)生一次的事情，應(yīng)對它所產(chǎn)生的影響。這些問題我們必須在事后分析中找出答案。
eo：總體來說，市場機(jī)制對減輕極端天氣災(zāi)害影響的作用有多大？
Hogan：如果看世界各地的經(jīng)驗(yàn)，這個問題較難回答。PJM建立了容量市場，雖然市場已運(yùn)行了很長時間，但在2014年遭遇北極寒潮時，我們發(fā)現(xiàn)市場上雖然有容量，實(shí)際上卻不可用。當(dāng)時發(fā)電燃料短缺，還出現(xiàn)了設(shè)備結(jié)冰等其他情況，情形非常嚴(yán)重，系統(tǒng)運(yùn)營商幾乎也要輪流限電，因此在之后幾年里，PJM所做的最大努力就是修改容量市場的規(guī)則，提供所謂的績效付費(fèi)。也就是說，參與PJM市場的發(fā)電商實(shí)際上可以像得州的發(fā)電商一樣，實(shí)時地獲得高價。傳統(tǒng)的容量市場是一種“懲罰”，用戶需要提前向發(fā)電商付款，如果發(fā)電商不能響應(yīng)，則必須償還巨額罰款，這一機(jī)制非常復(fù)雜，也有其自身的問題。而在得州，用戶不必提前付款，在缺電和高價時期，用戶可以暫時先保留這筆錢。因此，對于發(fā)電商來說，兩種機(jī)制的最終效果是相同的，都是要增加投資；從激勵效果來看，兩種機(jī)制的風(fēng)險分配則略有不同，但PJM容量市場規(guī)則修改后反而使其看起來更像得州。
eo：如果得州建立了容量市場，您認(rèn)為它是否可以應(yīng)對這種嚴(yán)峻的極端天氣？
Hogan：這是一個很好的問題，我認(rèn)為效果并不明顯。容量市場標(biāo)準(zhǔn)的建立是基于“十年一遇”，而不是“百年一遇”。因此，現(xiàn)有的容量市場設(shè)計(jì)將無法應(yīng)付這種百年一遇的冰凍級別，這是問題所在。不存在一個能保證你永遠(yuǎn)不會遇到麻煩的系統(tǒng)。你需要考慮的是，構(gòu)建怎樣的防護(hù)網(wǎng)，愿意為此支付多少錢，以及可以獲得多少可靠性。當(dāng)超過防護(hù)網(wǎng)的容納程度，就會遇到緊急情況， 就必須采取 ERCOT所做的應(yīng)急措施。
上周俄克拉荷馬城市長大衛(wèi)·威爾金森就這些問題接受了采訪。俄克拉荷馬城不在得州，但也遭遇了一些狀況，雖然停電情況沒有得州那么嚴(yán)重，但他們的供水系統(tǒng)出現(xiàn)了問題。這位市長是這樣回應(yīng)的，他說，“我們可能不會為每年僅一周的零下低溫建立防御機(jī)制，這種代價太貴了，我們的納稅人不想這樣做?！?
我認(rèn)為這是問題的核心，如果這些情況發(fā)生的頻率罕見，并且你不愿意為防御這類偶發(fā)性災(zāi)害付出成本，那在災(zāi)害發(fā)生時，就不得不陷入困境。
eo：從投資激勵來看，您認(rèn)為能否通過容量市場疏導(dǎo)上游為應(yīng)對極端天氣而增加的投資？過去多年來，得州各方（一次能源供應(yīng)商、發(fā)電商、大用戶、系統(tǒng)運(yùn)營商）對此態(tài)度如何？
Hogan：它是選項(xiàng)之一，但容量市場有其自身的問題，我不認(rèn)為這是個好主意。多年來，在得州關(guān)于容量市場的討論一直不絕于耳。通常來說，大型發(fā)電商希望建立容量市場，以便在容量市場上獲得更高收入。但到目前為止，用戶和監(jiān)管機(jī)構(gòu)都反對，因?yàn)樗鼘?shí)際上并不能真正為他們解決問題。通過稀缺電價，得州一方面解決了資金缺失問題（missing money），刺激了發(fā)電機(jī)組的可靠性投資，這顯然是得州近期要做的事。同時，這一機(jī)制也在真正需要發(fā)電機(jī)組時提供實(shí)時激勵，以確保所有機(jī)組都能在有需要時運(yùn)行，這時機(jī)組也會做出防寒計(jì)劃。我不知道得州對容量市場的態(tài)度是否會改變，但是容量市場自身也會產(chǎn)生一系列問題。
eo：您如何看待可靠性定價，國際上有比較成功的案例嗎？
Hogan：澳大利亞多少類似于單一能量市場，并設(shè)計(jì)了一些對沖風(fēng)險的舉措，通過價格信號吸引提供可靠性支持的備用機(jī)組（operating reserve）投資。他們沒有容量市場，而是采用零售商可靠性義務(wù)機(jī)制 Retailer Reliability Obligation (RRO)，我認(rèn)為這是一種解決可靠性問題非常受歡迎的機(jī)制；新西蘭的做法與其類似；歐洲正在實(shí)施的監(jiān)管程序?qū)嶋H上也是在嘗試使用稀缺定價而非引入容量市場，全球很多區(qū)域正朝著另一個方向發(fā)展。因此，我認(rèn)為可靠性定價的難題正引起廣泛關(guān)注，不會那么難以解決。
但同時，根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)例，容量市場并不能很好地解決這個問題，包括兩個原因：其一是容量市場有其自身的問題，從一些容量市場的經(jīng)驗(yàn)中看到，他們的可靠性定價很昂貴；其次，如果容量市場設(shè)計(jì)參數(shù)是基于2011年的情況，不一定能解決你想要解決的問題，用戶體驗(yàn)會更糟。
限電為何沒能“輪流”？
eo：有得州當(dāng)?shù)鼐用穹从?，有些街區(qū)停電時間超過兩天，有些則幾乎沒有停電。不同地市的輸配電公司執(zhí)行輪停的效果如何？得州的輸配電公司在此次危機(jī)中是否履行了應(yīng)有的責(zé)任？
Hogan：調(diào)查組將在之后的原因分析中進(jìn)行研究，那時我們能得到更多信息。整個電力系統(tǒng)對于危機(jī)的應(yīng)對具備完善的流程。首先，系統(tǒng)操作員會發(fā)出減負(fù)荷要求，通知相關(guān)公用事業(yè)公司，在一段時間內(nèi)令其削減負(fù)荷。公用事業(yè)公司接到訊息后，也有自己的減負(fù)荷程序，雖然各家操作有所不同，但實(shí)際上都有優(yōu)先級排序，例如會保障醫(yī)院和消防局的用電，對居民和工商業(yè)實(shí)行限電。停電前，他們會告知用戶某一條配電線路會限電，那這條街上的所有居民都沒法用電。
2011年的情況沒那么糟，所以能實(shí)現(xiàn)輪流限電，比如某個街道限電四到五個小時后，換停其他區(qū)域，因此可以告訴用戶，雖然你在這幾個小時受到了停電的影響，但你貢獻(xiàn)的幾個小時停電時間，可以縮短所有用戶被單獨(dú)限電的時間。
但這次因?yàn)樾枰鳒p的負(fù)荷量非常大，除了要保供醫(yī)院和消防站這些必要場所，每個配電公司都在不斷減少負(fù)荷，壓力非常大，這種情況很難保證輪流停電。
eo：得州的電網(wǎng)相對獨(dú)立，與外區(qū)甚至跨境的電力貿(mào)易量很小。您認(rèn)為電網(wǎng)互聯(lián)在多大程度上有助于地區(qū)應(yīng)對極端天氣？
Hogan：得州與其他地區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)問題更復(fù)雜，一時也很難解決。目前，得州的確有和其他區(qū)域的直流互聯(lián)線，但實(shí)際上收效甚微。因?yàn)闊o法從那些區(qū)域獲得足夠容量，幫助得州應(yīng)對這次危機(jī)，這不是說短期阻塞，而是其他區(qū)域在同一時期自顧不暇，就像我剛才提到的俄克拉荷馬州一樣，他們沒法向外州提供電力。所以我認(rèn)為，如果只是單純擴(kuò)大互聯(lián)范圍可能還是無濟(jì)于事。但如果得州在擴(kuò)大與其他地區(qū)互聯(lián)的同時，更改區(qū)域間電力共享協(xié)議等，也許會有所幫助。
此外，另一個區(qū)域互聯(lián)可以發(fā)揮作用的是領(lǐng)域是“黑啟動”。也就是說，在電網(wǎng)整個系統(tǒng)因故停運(yùn)后，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力機(jī)組的啟動，帶動無自啟動能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的恢復(fù)。而如果孤網(wǎng)這時連接到已通電的電網(wǎng)，則可以使用相鄰電網(wǎng)的連接線路，并開始為輸電網(wǎng)供電，繼而發(fā)電機(jī)組可以準(zhǔn)備復(fù)電，恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。如果由于未與外部充分連接，就必須使用孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的具有黑啟動功能的特殊發(fā)電機(jī)組，但由于這一過程非常緩慢且困難，為了不使整個系統(tǒng)崩潰，得州選擇輪流停電是不得已而為之。
eo：此次事件中，需求響應(yīng)做出了多大貢獻(xiàn)？
Hogan：目前不知道實(shí)際發(fā)生的數(shù)據(jù)，顯然有很多地區(qū)負(fù)荷減少了，不過不是自愿的需求響應(yīng)，而是輪流限電。也有一些用戶選擇主動減少需求，可能在事后分析中進(jìn)行一些估算；有些用戶的電價賬單非常高，這說明他們在高價期間，用電量很大。但很明顯這次危機(jī)中需求響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以系統(tǒng)運(yùn)營商不得不實(shí)行輪停。
eo：有專家提及發(fā)展儲能，能夠緩解災(zāi)害帶來的電力供應(yīng)緊缺問題?；谀壳暗募夹g(shù)發(fā)展水平，電池是否可以抵御像本次災(zāi)害這樣的嚴(yán)寒？
Hogan：現(xiàn)在有很多不同的儲能方式，但如果是電化學(xué)儲能，那么用處不大，它們可以供電幾小時，卻無法供電超過四天以上，而得州這次經(jīng)歷了四天的危機(jī)，所以儲能可能在某種程度上有所幫助，但并不能解決根本的問題。除非你有大量的備用電池而且能堅(jiān)持四天，理論上這也會非常昂貴。
高比例可再生能源并網(wǎng)
經(jīng)濟(jì)調(diào)度和定價更加重要
eo：對于氣候變化及應(yīng)對極端天氣的研究與實(shí)踐，美國能源界近年來的趨勢是怎樣的？目前能源界對氣候問題有哪些核心關(guān)注點(diǎn)？
Hogan：基本上有這么幾件事。一是有很多新聞?wù)f，這樣的極端天氣情況是由氣候變化引起的，與過去有很大不同，因此我們現(xiàn)在應(yīng)該為此做準(zhǔn)備。但這是一個受到嚴(yán)格科學(xué)審查的假設(shè)，它對于能源研究意味著什么？我們還不知道。
另一方面是高比例可再生能源在能源系統(tǒng)的角色和作用，得州州長和其他一些人最初表示，這次的問題是得州的可再生能源引起的，但事實(shí)并非如此，可再生能源雖然也掉線了，但所占比例其實(shí)很小，從絕對量來看，傳統(tǒng)的天然氣和核能掉得更多。
現(xiàn)在得州和美國各地日益增長的可再生能源，確實(shí)對電力系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。從市場設(shè)計(jì)的角度看，為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，在美國其他地區(qū)，例如西部地區(qū)正希望通過不平衡市場來解決；而新提出的東南部能源市場交易平臺正試圖建立更靈活，響應(yīng)速度更快，更像得州的能源市場，以應(yīng)對可再生能源的問題。因此，不是市場設(shè)計(jì)不合適，在可再生能源日益增多的情況下，我認(rèn)為事實(shí)恰恰相反，得州的經(jīng)濟(jì)調(diào)度和協(xié)調(diào)以及其他與此相關(guān)的定價問題等，在未來將變得更加重要。
eo：面臨日益不穩(wěn)定的氣候系統(tǒng)下，能源基礎(chǔ)設(shè)施的彈性與安全保障在得州能源和電力規(guī)劃中是否有所考量，未來可能有哪些變化？
Hogan：得州的確已經(jīng)考慮過，因此ERCOT在報告中提出了建議，并采取了一些行動，但需要確定的是這些建議和措施是否足以解決問題。因?yàn)榭倳袡?quán)衡取舍，所以必須要知道有哪些要做，有哪些不做，而如果超出了邊界范圍，就會發(fā)生上周遇到的情況。
因此他們將如何做，我不知道答案，但是我們應(yīng)該認(rèn)真地解決這些問題，并以我們所了解的事實(shí)為根據(jù)，而不是對此抨擊。雖然每個人都對這次發(fā)生的事情感到非常不滿，但我們希望調(diào)查其發(fā)生的原因，判斷出現(xiàn)在可以做的事情。要做的事情有很多，必須從中做出選擇。
