2021年2月14日開始，美國(guó)得克薩斯州（以下簡(jiǎn)稱得州）受到異常寒冷天氣影響，電力供需嚴(yán)重失衡，電力現(xiàn)貨價(jià)格暴漲，發(fā)生大面積、輪流停電。截至當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月17日，部分地區(qū)停電超過60小時(shí)，電力現(xiàn)貨價(jià)格已達(dá)到系統(tǒng)上限9000美元/兆瓦時(shí)。事件引發(fā)多方熱議。
1、得州電力系統(tǒng)概況
得州電力系統(tǒng)由ERCOT（Electric Reliability Council of Texas）、SPP（Southwest Power Pool）、MISO（Midcontinent Independent System Operator）和WECC（Western Electricity Coordinating Council）這四大經(jīng)營(yíng)區(qū)組成，其中ERCOT負(fù)責(zé)管理得克薩斯州2400萬(wàn)用戶的電力供應(yīng)，約占得克薩斯州電力負(fù)荷的90％。作為該地區(qū)的獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商，ERCOT不提供零售電力服務(wù)，也不擁有發(fā)、輸、配電資產(chǎn)，如圖1所示。
圖1 ERCOT經(jīng)營(yíng)區(qū)
來源：ERCOT
截至2020年底，ERCOT全口徑在運(yùn)裝機(jī)達(dá)到10730萬(wàn)千瓦，其中燃?xì)庹急?8%、風(fēng)電占比28%、燃煤占比13%、核電占比5%、光伏占比5%；全年發(fā)電量構(gòu)成中，燃?xì)庹急?5.5%，風(fēng)電占比22.8%，燃煤占比17.94%，核電占比10.86%。2020年，ERCOT經(jīng)營(yíng)區(qū)年用電量為3819億千瓦時(shí)，最大系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生于8月14日，為7440萬(wàn)千瓦。
2、停電事件簡(jiǎn)要分析
目前公布的信息顯示，本次停電事件的主要原因是異常寒冷天氣下，得州電力系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)短時(shí)激增的用電負(fù)荷和超出預(yù)期的天氣狀況。主要表現(xiàn)在：
1、異常寒冷天氣帶來的用電負(fù)荷激增
得州處于多氣候帶交匯地區(qū)，南部地區(qū)冬季溫暖。以州首府奧斯汀為例，本次停電期間創(chuàng)近20年來2月中旬平均氣溫最低的紀(jì)錄，如圖2所示。由于當(dāng)?shù)囟静膳问街饕獮殡姽┡?，異常寒冷帶來的用電?fù)荷激增遠(yuǎn)超預(yù)期。根據(jù)ERCOT測(cè)算，異常低溫造成用電負(fù)荷激增，預(yù)測(cè)用電負(fù)荷將超過7500萬(wàn)千瓦，創(chuàng)冬季用電負(fù)荷新高，如圖3所示。
圖2 奧斯汀2001-2021年2月中旬平均氣溫
數(shù)據(jù)來源：www.wunderground.com
圖3 2021年2月16日預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷
來源：ERCOT
2、多因素導(dǎo)致發(fā)電能力不足
受到極端天氣影響下，天然氣輸運(yùn)裝置被凍結(jié)，供氣能力受限，作為主要電源品種的燃?xì)獍l(fā)電燃料供給緊張；部分煤電機(jī)組服役年限過長(zhǎng)，極寒天氣下故障頻發(fā)；位于得州西北部的風(fēng)電機(jī)組因凍結(jié)無(wú)法正常運(yùn)行。ECROT負(fù)責(zé)人在接受采訪時(shí)表示，盡管針對(duì)冬季寒冷可能誘發(fā)發(fā)電裝置停運(yùn)的隱患，ECROT已向經(jīng)營(yíng)區(qū)內(nèi)發(fā)電商提出過預(yù)警，但并沒有引起發(fā)電商足夠重視。根據(jù)ECROT信息顯示，截止2月17日，共計(jì)1700萬(wàn)千瓦的可再生能源裝機(jī)和2750萬(wàn)千瓦的熱電機(jī)組無(wú)法并網(wǎng)，分別占總裝機(jī)的16.8%和26.1%，造成最大約2900萬(wàn)千瓦的供給缺口，如圖4所示。
3、跨區(qū)電網(wǎng)互濟(jì)能力弱
ERCOT與北美其他地區(qū)互聯(lián)程度有限，其中兩條共計(jì)82萬(wàn)千瓦的聯(lián)絡(luò)線與SPP相連，三條共計(jì)43萬(wàn)千瓦的聯(lián)絡(luò)線與墨西哥聯(lián)邦電力委員會(huì)相連，2019年凈購(gòu)入電力約5億千瓦時(shí)。因此，當(dāng)ERCOT發(fā)生供應(yīng)緊缺時(shí)，難以通過跨區(qū)購(gòu)電以保障供給，進(jìn)一步加劇供需矛盾，如圖5所示。
在上述因素影響下，除發(fā)生大面積停電事故外，更帶來燃料價(jià)格與電力價(jià)格的全面快速上漲。ECROT披露的信息顯示，天然氣價(jià)格已超過180美金/mmbtu，導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格帽LCAP （Low System Wide Offer Cap) 失效，日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)在出清階段已突破9000美元/MW的市場(chǎng)限價(jià)，必須強(qiáng)制使用HCAP（High System-Wide Offer Cap）以避免現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格超出9000美元/MW的限價(jià)，如圖6所示。
3、統(tǒng)籌發(fā)展與安全
正確認(rèn)識(shí)電力市場(chǎng)建設(shè)
在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用
本次停電事件引發(fā)了諸多熱議。從電力市場(chǎng)建設(shè)的維度來說，主要集中于三個(gè)方面：一是電力市場(chǎng)是否有利于保障系統(tǒng)有效容量的充裕性；二是電力市場(chǎng)是否有利于緩解電力供需緊張；三是電力市場(chǎng)是否有利于降低用電成本。
美國(guó)作為世界電力市場(chǎng)化建設(shè)的先行者，其電力市場(chǎng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)為我國(guó)實(shí)施電力體制改革提供了重要的借鑒與參考?？v觀美國(guó)電力市場(chǎng)化改革的過程，不同程度的電力事故、危機(jī)伴隨其始終，帶來電價(jià)的短時(shí)性飛漲令人乍舌。但是，深入分析各次事件，無(wú)不是對(duì)關(guān)于上述三個(gè)熱議焦點(diǎn)的探索與實(shí)踐，也是建設(shè)電力市場(chǎng)無(wú)法回避的關(guān)鍵問題。
1、有效容量的充裕度
取決于經(jīng)濟(jì)可承受的供電可靠性
美國(guó)一般使用ELCC（Effective Load Carrying Capacity）作為衡量有效容量充裕度的指標(biāo)，其中關(guān)鍵的參數(shù)為供電可靠性。高供電可靠性依賴于高可靠的電網(wǎng)架構(gòu)、足夠充裕的電源供給，同時(shí)也必然帶來高系統(tǒng)成本并由終端電力用戶支付。盡管對(duì)高供電可靠性的訴求一致，但不同地區(qū)、行業(yè)、用電類型對(duì)供電可靠性的支付意愿、支付能力存在較大差異，因此公共事業(yè)部門需要綜合各方訴求，一般按照十年里停電不超過一天為設(shè)計(jì)邊界，制定技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行的供電可靠性指標(biāo)。
從具體地區(qū)的實(shí)踐來看，ERCOT基于不同場(chǎng)景測(cè)算動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)容量備用，2020年冬季備用容量2481萬(wàn)千瓦，為預(yù)計(jì)系統(tǒng)最大用電負(fù)荷的43%，而2021年春季備用容量2411萬(wàn)千瓦，為預(yù)計(jì)系統(tǒng)最大用電負(fù)荷的37%；CAISO(California Independent System Operator) 市場(chǎng)按照月度必開機(jī)組容量的15%確定系統(tǒng)運(yùn)行備用容量，其中6%為應(yīng)急備用容量，9%為補(bǔ)償電廠計(jì)劃外停機(jī)和超歷史平均負(fù)荷用電，自2004年確定該參數(shù)后一直未做修改。
以10年期來說，上述設(shè)計(jì)可有效保證系統(tǒng)有效容量的充裕度。同時(shí)，短時(shí)電價(jià)的暴漲雖然超出預(yù)期，卻也形成了激勵(lì)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)電源投資。但是，在面臨極端天氣、極端社會(huì)事件的情況下，以經(jīng)濟(jì)性優(yōu)先的市場(chǎng)設(shè)計(jì)理念難以保障系統(tǒng)安全，進(jìn)而引發(fā)停電。
2、供需矛盾的緩解取決于
終端用電主體是否感知和接受批發(fā)市場(chǎng)的價(jià)格
美國(guó)電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中，大部分的中小電力用戶，如小微企業(yè)、居民用戶，因?yàn)閷I(yè)和經(jīng)濟(jì)能力限制并不直接參與電力批發(fā)市場(chǎng)，而是依靠售電公司（Electricity Retailer）的電力零售業(yè)務(wù)購(gòu)買電力。在實(shí)際執(zhí)行中，售電公司為電力用戶提供的零售套餐種類繁多，以AEP Central輸配電區(qū)域?yàn)槔?，可供選擇的零售套餐超過300種。在不同的零售套餐中，并不是所有的套餐均能反應(yīng)電力批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)的變化，特別是在價(jià)格波動(dòng)較大的區(qū)域，中小電力用戶通常考慮價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定的零售合約，并不能如實(shí)反應(yīng)短期電力供需的緊張，引導(dǎo)其用電行為。
但是，市場(chǎng)化需求側(cè)響應(yīng)的推廣應(yīng)用在一定程度緩解了電力供需的矛盾。以CAISO市場(chǎng)為例，2020年經(jīng)認(rèn)證的負(fù)荷集成商承諾響應(yīng)量為148萬(wàn)千瓦。停電事故期間，價(jià)格飛漲也帶來實(shí)際需求響應(yīng)量最高已達(dá)到了承諾響應(yīng)的80%，高于年度平均水平，并在一定程度上緩解了供給的緊張程度。
3、用電成本是否降低取決于
電能量?jī)r(jià)格和輔助服務(wù)價(jià)格的綜合影響
在成熟電力市場(chǎng)中，終端電力用戶的用電價(jià)格通常由批發(fā)側(cè)電能量?jī)r(jià)格、輔助服務(wù)電價(jià)、輸配電價(jià)以及政府性資金構(gòu)成。近年來，隨著可再生能源的快速發(fā)展，歐美電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電能量平均價(jià)格呈現(xiàn)逐年走低趨勢(shì)，但是輔助服務(wù)成本和輸配費(fèi)用不斷提高，終端用戶的用電價(jià)格并沒有明顯下降，甚至呈上漲趨勢(shì)。
以德國(guó)為例，隨著可再生電力占比的提高和燃煤裝機(jī)的大量退役，系統(tǒng)平衡主要依靠高成本電源和跨國(guó)電網(wǎng)，系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)為每年平衡系統(tǒng)付出的成本已超過15億歐元并呈上漲趨勢(shì)，輸配費(fèi)用較2010年上漲超過30%。
以ERCOT市場(chǎng)2月16日實(shí)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格為例，如圖7所示，在大面積停電事故發(fā)生的情況下，僅包含電能量成本的實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)電價(jià)（LMP，Locational Marginal Price）發(fā)生劇烈波動(dòng)并在部分時(shí)段接近零價(jià)；實(shí)時(shí)結(jié)算電（SPP，Settlement Point Price）還包含了15分鐘在線備用價(jià)格（15 Minute Online Reserve Price）和實(shí)時(shí)在線可靠性部署價(jià)格（Real-Time Online Reliability Deployment Price），大量機(jī)組停運(yùn)使得備用容量?jī)r(jià)格已經(jīng)突破限價(jià)，導(dǎo)致結(jié)算電價(jià)基本維持于最高限價(jià)水平。
同時(shí)，電力批發(fā)市場(chǎng)的電能量?jī)r(jià)格并不完全由現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格決定。對(duì)于直接參與批發(fā)市場(chǎng)的市場(chǎng)主體來說，中長(zhǎng)期合約的價(jià)格和在總購(gòu)用電量中占比將很大程度影響實(shí)際的購(gòu)電成本，甚至成為影響批發(fā)市場(chǎng)主體是否破產(chǎn)的關(guān)鍵要素。在本次得州停電事故中，部分零售用戶因?yàn)楹炇鹆舜蟊壤┞对谂l(fā)市場(chǎng)中的零售合約，導(dǎo)致需要支付巨額電費(fèi)；部分售電公司因?yàn)榇碛脩糌?fù)荷被強(qiáng)制切除，導(dǎo)致大比例中長(zhǎng)期合約在現(xiàn)貨市場(chǎng)中被強(qiáng)制拋售，卻因現(xiàn)貨價(jià)格高漲遠(yuǎn)大于中長(zhǎng)期合約價(jià)格而大幅盈利；部分發(fā)電商因?yàn)槭鹿释＿\(yùn)無(wú)法按照中長(zhǎng)期合約交付電力，需要在現(xiàn)貨市場(chǎng)高價(jià)買入發(fā)電容量以補(bǔ)償合約主體，導(dǎo)致大額虧損甚至面臨破產(chǎn)。
4、對(duì)我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)的啟示
在習(xí)近平總書記“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略指引下，我國(guó)新一輪電力體制改革快速推進(jìn)并取得矚目成就。在供電可靠性方面，根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的2020年上半年信息顯示，全國(guó)平均供電可靠率99.8869%，同比上升0.0323個(gè)百分點(diǎn)；用戶平均停電時(shí)間4.94小時(shí)/戶，同比減少1.38小時(shí)/戶，其中故障平均停電時(shí)間2.45小時(shí)/戶，預(yù)安排平均停電時(shí)間2.49小時(shí)/戶；用戶平均停電頻率1.24次/戶，同比減少0.18次/戶，其中故障平均停電頻率0.87次/戶，預(yù)安排平均停電頻率0.37次/戶。整體處于較高的水平，并持續(xù)提高。
我國(guó)電力系統(tǒng)可靠性長(zhǎng)期處于較高水平，既離不開我國(guó)有關(guān)主管部門長(zhǎng)期以來對(duì)安全的高度重視，也離不開電力系統(tǒng)高強(qiáng)度管制體系對(duì)科技研發(fā)、資源統(tǒng)籌的力度。但是，隨著市場(chǎng)化建設(shè)的深入推進(jìn)，政府職能的持續(xù)轉(zhuǎn)變以及市場(chǎng)在電力系統(tǒng)投資、運(yùn)行中的主導(dǎo)作用凸顯，如何兼顧安全與市場(chǎng)的發(fā)展將會(huì)是我國(guó)電力市場(chǎng)的重大挑戰(zhàn)。
