剛剛過去的8月份，由于歷史罕見的熱浪影響了美國西部大部分地區(qū)，加利福尼亞州電網(wǎng)運(yùn)營商（CAISO）被迫對該州實(shí)行了分區(qū)滾動(dòng)式停電的措施。這是自2000~2001年能源危機(jī)后該州首次出現(xiàn)如此大規(guī)模的停電事故，而上次停電問題的起因是市場操縱，后來造成了電力供應(yīng)短缺和電力公司破產(chǎn)的后果。
針對引發(fā)熱議的加州大停電問題，《中國電力報(bào)》記者邀請了落基山研究所電力部門的三位專家Mark Dyson、Ben Serrurier、Charles Teplin，詳細(xì)解答了引發(fā)停電的可能因素，并分析了應(yīng)對方法。
氣候變化對美國電網(wǎng)造成嚴(yán)重影響
《中國電力報(bào)》：加州近期的頻繁停電引發(fā)了各方關(guān)注，有觀點(diǎn)認(rèn)為部署過多的清潔能源是造成停電的原因之一，如何看待這種觀點(diǎn)？
落基山研究所：影響加州近期這些事件的因素有很多，要想全面評估這些造成停電事故的各種原因可能還需要數(shù)月的時(shí)間。但一些觀察者已經(jīng)拋出了一個(gè)早期結(jié)論，認(rèn)為加州激進(jìn)的清潔能源目標(biāo)在某種程度上才是罪魁禍?zhǔn)?，以及可再生能源是這些停電事故的主要原因。
這種推測是不成熟、不完善，也很可能是不正確的。而更重要的是，這種論斷還忽略了一個(gè)重要事實(shí)，即清潔能源可以為電網(wǎng)安全和可靠性提供機(jī)遇，而不是造成威脅。持續(xù)性的清潔能源性轉(zhuǎn)型不僅對應(yīng)對氣候變化造成的致命威脅至關(guān)重要，只要得到妥善管理，它還能夠?qū)嵸|(zhì)性地改善電力系統(tǒng)在面對極端天氣狀況和其他威脅時(shí)所具備的韌性。
《中國電力報(bào)》：氣候變化如何影響美國？與加州大停電有什么關(guān)系？
落基山研究所：氣候變化正在造成更多極端狀況，這些斷電事件發(fā)生在此時(shí)并非偶然。整個(gè)美國西部地區(qū)目前都在經(jīng)受著極端的高溫天氣。今年七月已經(jīng)成為了該地區(qū)有史以來月平均溫度第二高的月份，在過去一周熱浪的侵襲下，死亡谷地區(qū)的最高氣溫曾達(dá)到54攝氏度——?jiǎng)?chuàng)下一百多年來的最高紀(jì)錄。
除高溫以外，全美各地在最近幾周里還發(fā)生了多起其他極端天氣現(xiàn)象：愛荷華州和伊利諾伊州八月份發(fā)生了“德雷科”風(fēng)暴，風(fēng)速高達(dá)每小時(shí)106英里的風(fēng)暴將大片玉米田夷為平地；而在颶風(fēng)伊薩亞斯的影響下，美國東部海岸還發(fā)生了數(shù)次超大規(guī)模龍卷風(fēng)。這些事件都造成了數(shù)日甚至更長時(shí)間的停電，影響范圍波及數(shù)十萬電力用戶。
隨著氣候變化的進(jìn)行，我們可能會(huì)遇到更多此類災(zāi)難。事實(shí)證明，為保證在20世紀(jì)極端天氣下的可靠性所設(shè)計(jì)的電網(wǎng)不足以抵御21世紀(jì)更嚴(yán)重的極端天氣狀況。為了避免氣候變化的最壞影響而推動(dòng)整體經(jīng)濟(jì)的脫碳，就好比在飛行時(shí)重建一架飛機(jī)，而極端天氣正在這一過程中制造更多湍流。
加州電力系統(tǒng)缺陷分析
《中國電力報(bào)》：停電事故暴露了加州電力系統(tǒng)的哪些缺陷？
落基山研究所：要尋找加州斷電事故的原因，我們必須同時(shí)檢查整體系統(tǒng)和單個(gè)發(fā)電資源的作用。大停電事故之前，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組故障停機(jī)，接近歷史峰值的電力需求、風(fēng)電輸出的減少、有限的州外輸入容量和一些其他因素共同導(dǎo)致了該停電事故的發(fā)生。
完全可靠的發(fā)電來源是不存在的，而這些只是過去幾年中一系列極端天氣事件迫使化石燃料和核電廠停止電力供應(yīng)的最新例子。即便這些電廠沒有故障脫網(wǎng)，燃煤、燃?xì)夂秃穗姷葻犭姀S在高溫天氣下的發(fā)電容量也會(huì)降低，并且會(huì)因?yàn)槔鋮s水溫度過高無法有效起到冷卻作用而受到運(yùn)行限制。
在加利福尼亞州，光伏發(fā)電一直以來都如預(yù)期那樣為滿足峰值電力需求做著貢獻(xiàn)。然而，在上周五，電力需求在太陽下山后依然很高。這種情況是在意料之中且有響應(yīng)方案的，包括燃?xì)怆姀S和州外輸入電力在內(nèi)的多種電力來源都應(yīng)在此時(shí)增大輸出來替代減少的光伏電量。
隨著加州不斷增加電池儲(chǔ)能容量，這些資源也將用于滿足晚間用電高峰。目前已經(jīng)有多個(gè)大規(guī)模電池儲(chǔ)能項(xiàng)目（如莫斯蘭丁的超大規(guī)模項(xiàng)目）正在建設(shè)當(dāng)中，但尚未開始運(yùn)行。
七月，加州電網(wǎng)運(yùn)營商報(bào)告稱已有216兆瓦電池儲(chǔ)能項(xiàng)目開始商業(yè)運(yùn)行，并且如果計(jì)劃項(xiàng)目均能夠按時(shí)完成，州內(nèi)電池儲(chǔ)能容量將在年底達(dá)到923兆瓦。相比之下，8月14日CAISO報(bào)告了兩次500兆瓦，共計(jì)1吉瓦的電力短缺。
這表明了目前計(jì)劃中的電池儲(chǔ)能容量本應(yīng)在避免這些停電事故中發(fā)揮重要作用，并將在維持可靠性所需的多元發(fā)電資源組合中扮演愈發(fā)重要的角色。
清潔能源改善電網(wǎng)可靠性的機(jī)遇
《中國電力報(bào)》：在當(dāng)前情況下，電力公司和電網(wǎng)規(guī)劃者們應(yīng)采取哪些措施來進(jìn)一步提高電網(wǎng)安全性水平？
落基山研究所：隨著美國電網(wǎng)正在經(jīng)歷可再生能源、儲(chǔ)能和其他技術(shù)的快速轉(zhuǎn)變，氣候變化和其他威脅電網(wǎng)安全的事件發(fā)生的可能性和影響也在同時(shí)上升。因此，我們目前面臨著一個(gè)一代人才有一次的需求與機(jī)遇來通過提高技術(shù)水平重構(gòu)21世紀(jì)電網(wǎng)韌性，進(jìn)而得以應(yīng)對與20世紀(jì)電網(wǎng)具有本質(zhì)性差別的風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境。
21世紀(jì)電網(wǎng)韌性的兩大新興原則與當(dāng)前的狀況有關(guān)。首先，我們有機(jī)會(huì)在停電時(shí)更好地優(yōu)先提供關(guān)鍵電力服務(wù)，包括那些依賴于醫(yī)療設(shè)備和應(yīng)急響應(yīng)的用戶，從而使這些關(guān)鍵負(fù)荷不再受到無差別地區(qū)性滾動(dòng)停電（有序用電）的影響。例如，科羅拉多州的一家電力公司正在優(yōu)先投資有針對性的能效和需求彈性技術(shù)，以及可以將電力定向送往關(guān)鍵負(fù)荷的電網(wǎng)控制技術(shù)，從而可以減輕電力供應(yīng)限制造成的停電影響。
電網(wǎng)規(guī)劃者應(yīng)當(dāng)意識到以化石燃料為主要發(fā)電來源的集中式發(fā)電組合是不足以滿足21世紀(jì)新型電網(wǎng)韌性需求的，因?yàn)槟鞘窃谏鲜兰o(jì)為確保電網(wǎng)可靠性而開發(fā)的過時(shí)手段。當(dāng)前的事實(shí)已證明，電網(wǎng)運(yùn)營商需要一個(gè)由高度一體化的彈性資源構(gòu)成的多元互補(bǔ)的發(fā)電組合來維持電網(wǎng)在氣候造成的極端天氣事件中的可靠性。
保證可靠性的萬能方案是不存在
《中國電力報(bào)》：明年夏季高溫來臨時(shí)，加州如何避免類似今年的停電事故？
落基山研究所：沒有任何一種資源或技術(shù)可以獨(dú)自避免斷電事故。相反，不同類型的資源可在不同地理位置和不同時(shí)間段提供關(guān)鍵的服務(wù)。太陽能光伏發(fā)電對滿足白天用電總峰值至關(guān)重要，而電池儲(chǔ)能技術(shù)則可以協(xié)助滿足晚間時(shí)候迅速上升并達(dá)峰的用電需求。
其他可調(diào)度的供給側(cè)資源，包括加州和其他地方正在開發(fā)的零碳綠色氫能，都可以為管理電網(wǎng)負(fù)荷壓力做出重要貢獻(xiàn)?？烧{(diào)度的需求彈性資源也是如此。在更大范圍電網(wǎng)內(nèi)調(diào)度這些供給側(cè)和需求側(cè)資源將使系統(tǒng)在應(yīng)對地區(qū)性差異時(shí)具備更強(qiáng)的可靠性。
席卷整個(gè)美國西部的歷史性高溫天氣給這些地區(qū)的電網(wǎng)帶來了巨大的麻煩，但系統(tǒng)中的任何資源都并不存在內(nèi)在缺陷而導(dǎo)致它們無法應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。相反，我們顯然只是沒有準(zhǔn)備足夠的資源。我們依然有機(jī)會(huì)創(chuàng)造一個(gè)由清潔發(fā)電和需求響應(yīng)資源構(gòu)成的系統(tǒng)——既可以緩解斷電風(fēng)險(xiǎn)，又能夠解決造成停電事故背后的根本性問題：氣候變化。
加州和其他積極進(jìn)取的各州正在努力打造一個(gè)由分布在各個(gè)地區(qū)的供給側(cè)和需求側(cè)資源構(gòu)成，并通過互連輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接在一起的電力系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)能夠在滿足電網(wǎng)需求的同時(shí)減輕極端天氣事件的影響。但我們需要戰(zhàn)略性的行動(dòng)，在正確的地點(diǎn)應(yīng)用正確的方案，并以更快的速度推進(jìn)。換句話說，要同時(shí)解決短期的電力可靠性威脅和不斷出現(xiàn)的氣候風(fēng)險(xiǎn)，我們需要更小心謹(jǐn)慎且更快速的行動(dòng)。
