美國把這類事故，生生地熬成了政治事件！
當地時間7月29日，美國威斯康星州遭遇強雷暴天氣。根據全美停電數據追蹤網站PowerOutage的數據，當地約有90000人受到停電影響。
今年入夏以來，美國多地遭遇罕見高溫、干旱天氣，已有67個氣象站的數據追平或打破了75年來的高溫紀錄。在華盛頓州和俄勒岡州，連續多日的高溫已造成十余人死亡；與此同時，高溫引發的山火還在美國西南地區持續蔓延。
熱浪侵襲下，美國多地電力需求量大增、用電量飆升，部分州因供電系統難以負荷而直接斷電。截至7月7日，僅得克薩斯州（以下簡稱為“得州”）電網就斷電近1300次。紐約市市長白思豪甚至緊急呼吁市民減少用電，緩解電力系統負擔。
這并不是美國電網第一次被極端天氣拉垮。就在4個月前，得州還因遭遇極端嚴寒天氣出現了持續數天的、大規模停電故障。
美國電網，為何屢屢拉閘？
文 | 丁貴梓 瞭望智庫觀察員
本文為瞭望智庫原創文章，如需轉載請在文前注明來源瞭望智庫（zhczyj）及作者信息，否則將嚴格追究法律責任。
1
不經熱，也不抗凍
2021年2月，得州遭遇罕見低溫和暴雪天氣，溫度低至零下26℃。當月，得州爆發持續數天的大規模停電事故，累計切除負荷約20000MW，近400萬人受影響。
【注：事故情況下，為維持電力系統的功率平衡和穩定性，電力部門往往會將部分負荷從電網上斷開，即切除負荷。】
2021年2月20日，美國得克薩斯州沃思堡斷電的一戶居民在家中點燃蠟燭照明。
2020年8月，美國加利福尼亞州經歷嚴重高溫天氣。8月14日至15日，加州發生輪流停電事故；同月17日至18日及次月5日6日，加州電網進入緊急狀態，至少81萬居民用戶的正常用電受到影響。
……
回顧近年美國發生的大規模停電事故，不難發現，極端天氣往往是其直接誘因。
實質上，這是美國新能源政策與自然環境脫節引發的后果。進入新世紀以來，“頁巖氣革命”的成功推動美國電網的電源結構由以燃煤發電為主向以天然氣發電為主轉變。但在配套設施的建設上，各地并沒有充分考慮基礎設施與當地氣候的適應問題，及其對自然災害的防范能力。
一方面，電力負荷對氣溫變化通常較為靈敏。極端高溫或嚴寒天氣會推高能源需求，使得電網負荷短時間內急劇上升。
極端氣溫下，空調供電需求大，極易導致電網過載甚至斷電，部分斷電還會降低整體可用電力。2020年8月的加州斷電事故，正是源于罕見熱浪所導致的電網負荷突增。13日，加州獨立系統運營商（CAISO）實際負荷峰值為42317兆瓦（MW），14日的實際負荷峰值為46824 MW，僅僅一天就增加4507MW，且超出當年的負荷峰值預期（45907MW）。
在今年初的得州斷電事故中，極寒天氣使得家用天然氣需求激增，燃氣電廠燃料供應短缺。加之當地居民的采暖方式多為電加熱采暖，電網負荷陡增，2月14日晚8時左右達到6922萬千瓦，創冬季負荷新高。當時得州電網最大發電能力僅約4800萬千瓦，電力供應缺口高達2000萬千瓦。
此外，高溫環境下，發電廠效率會有所降低，限制電力線可攜帶的能量，變壓器也更容易發生故障。與此同時，發電廠需要用水來冷卻系統，越是高溫干旱天氣，發電廠越是高度依賴水源。結果，缺電缺水形成惡性循環。
另一方面，美國電力基建對環境的適應能力不足，極端天氣會影響電網的正常發電運轉。
得州地處美國最南端，屬于溫帶、亞熱帶氣候，冬季平均溫度為1.4℃。當地資源豐富，擁有全美1/3的石油儲量和1/4 的天然氣產量，是美國新能源行業發展的核心地區，號稱“能源之都”。截至2020 年，得州新能源裝機量占到裝機總量的29%。在能源結構方面，得州前三大電力來源依次是天然氣、風電、火電，其發電占比分別為40%、23%、18%。
通常情況下，得州天氣條件好、環境適宜，符合新能源較為苛刻的發展條件。也正因此，當地電力生產設施應對極端天氣能力不足，極寒天氣導致得州電力系統近半機組停運。
低溫導致抽出石油和天然氣的井口結冰，天然氣管道冰堵。結果，得州天然氣產量幾乎減半，天然氣管網主網、次網癱瘓，第一大主力電源——燃氣機組停機約26000MW，占燃氣機組總裝機的50%。因風機并未裝設除冰裝置、葉片結冰，風電機組停機18000MW，產能腰斬。
2
電力孤島，無處求援
通常情況下，當地方電網出現供應問題，可通過國家電力調度進行緊急支援，渡過危機。然而，這在美國很難實現。
2021年2月20日，美國得克薩斯州沃思堡，遭遇停電的部分居民使用發電機供電。
首先，在電力系統布局層面，美國并沒有真正意義上的國家級電網，其本土48個州的電網系統由西部聯合電網、東部聯合電網和得州電網三大電網構成。東部電網依靠當地豐富的煤炭和天然氣資源發電，西部電網借落基山脈的地勢大力發展水電，得州則以天然氣發電為主。
這三大電網系統之間只有非同步聯系。東、西部電網之間通過7回背靠背直流相連，并分別與加拿大的幾個地區電力系統并網運行；得州電網和外州沒有交流互聯，僅與東部電網通過2回直流相聯、與墨西哥通過3回直流相聯，未與西部電網聯網。而且，得州的直流聯絡線總功率為1220MW，這意味著外來電僅占其2021年最大用電負荷的1.8%。
各個系統內的電力互濟同樣存在漏洞。位于美國西部的加州，其電網系統只與相鄰的3個州有電力互補。而且，地理相鄰區域的資源類似、用電高峰時間接近，能源互濟性也較差。2020年8月，受高溫影響，整個美國西部的電力需求也高于往年同期。當加州電力告急時，俄勒岡州等鄰州同樣自身難保，根本無力補給。
其次，在電力系統管理層面，美國也沒有一套能夠覆蓋全國的監管體系和標準，難以高效協調。
美國電力行業的構成機構有三級：
第一級是北美電力可靠性委員會（NERC），負責發布整個北美地區的電力行業標準、預測和評估系統整體運行可靠性情況、注冊與培訓市場參與者。第二級是電力調度機構，包括區域系統運營商（RTO）和獨立系統運營商（ISO）。它們除負責各自轄區內的電網調度和電力實時平衡外，還負責該區域內的市場運營。第三級是區域電力公司，負責電網規劃投資建設和電力客戶運維服務，并接受區域調度機構的監管。
【注：區域性供電組織（RTO）可跨州供電，獨立性供電組織（ISO）原則上只給所屬州供電。得州電力可靠性委員會（ERCOT）就屬于ISO。】
以得州為例，其電力系統主要由得州電力可靠性委員會（ERCOT）、西南電力公司（SPP）、中部獨立系統運營商（MISO）和西部電力協調委員會（WECC）四大運營商組成。其中，ERCOT是美國第一個獨立的電力系統調度機構，其管轄電網擁有46500英里輸電線路、680余臺發電機組，覆蓋得州75%的面積、90%的負荷，涉及2600萬用戶。
2003年8月，美國北部3條輸電線路出現故障，停電調度部門來不及反應，局部故障使得其他輸電線路因過載而自動切斷，并迅速拉垮整個電網系統。事故最終導致美國紐約、底特律、克利夫蘭等城市大面積斷電，5000萬人生活受到影響。
在電力行業監管方面，美國能源監管委員會（FERC）負責監管州際間電力、天然氣和石油傳輸、州級水電項目及標準審批、州際貿易中的電力傳輸和批發銷售合規性、電力公司的并購和公司交易合規性等。但是，由于得州和外部電網只通過直流互聯，ERCOT并不在FERC的監管范圍內，其電力系統成為處于自給自足狀態的“孤網”。加之ERCOT不具有發電設備、輸配電設備等的產權、運營權，緊急情況下難以高效統籌協調。所以，當2021年初寒潮暴發時，得州基本無法從外部獲得電力供應支援。
全國電網不連接、沒有自上而下的統一電力調度，網間電力互濟能力不足。一旦地方電網出現供應問題，自然難以通過跨區互濟獲取外部支援。
3
基建老化，沒人管
美國電網一遇到極端天氣就崩潰，與其老舊的電力設施也有直接聯系。根據美國能源部（DOE）的統計，美國目前70%的輸電線路和變壓器運行年限已超25年，60%的斷路器運行年限超過30年。
隨著城市規模擴大，居民用電負荷本就迅速上升，加之高溫干旱、狂風暴雪的交替“襲擊”，陳舊的電網設施面臨巨大挑戰。如果說愈發頻繁的極端天氣是造成電網癱瘓的“天災”，那么政府和電力部門沒有及時維護、更新發電和輸電設施，就是導致美國斷電的“人禍”。
那么，美國的電力基建為何無人維護呢？
上文已經提到，美國能源監管委員會（FERC）是美國電力系統的監管機構。其實，在1996年4月以前，FERC還是美國負責統一發電、供電、配送、管理的綜合機構。但在呼吁政府放權、回歸市場競爭的改革浪潮下，FERC改弦更張，只保留監管功能。
此后，美國各州自行成立區域性供電組織（RTO）或獨立性供電組織（ISO），負責系統調度和市場運行，發輸配售功能則分屬不同發電、輸配電和售電企業。1996年，全美第一個ISO——得州電力可靠性委員會（ERCOT）成立，全州電力發輸配售分屬1400個企業。
改革后的美國電力系統，產業結構復雜，行業主體分散，產權結構更是支離破碎。在全美，則陸續誕生3000多家電力企業，包括私營企業、聯邦公營、市政公司、電力合作社等。
其中，私營企業300余家，服務用戶占比72.6%，售電量占比72%，收入占比73.5%；聯邦公營電力公司6家，服務用戶約4萬人，售電量占比1.2%，收入占比0.5%；市政公營電力公司和農電合作社規模小但數量多，分別約1900家和1000余家，用戶數占比27%，售電量占比26.3%，收入占比26%。
這些電力企業通常各自為戰，導致電力市場缺乏整體性。相較于其他基礎設施項目，電網項目投資大、回報率低、建設周期長，經濟回報率是私有化電力公司優先考慮的問題。寬松的管制措施也使得電力市場競爭激烈。為爭奪市場份額，各供電商本已競相降價，而擴大投資就意味著競爭力的削弱。
因此，它們在維護電網設施時不會做長久打算，不愿為應對偶發的極端天氣而在電網基建上過多投資，更不會放棄獨享“肥肉”的機會、主動并入其他地區的電網。私營企業控制電力運營、幾乎壟斷市場，并游說、推動地方政府保持電力系統獨立，以維護自身利益。
在2021年初的停電事故中，得州政府明知電力系統難以負荷，卻依舊將修繕、改造電力設備的選擇權交由私營電力公司。出于成本考慮，多數公司多年來從未對發電和輸電設施進行防寒升級改造。市場被資本控制，政府發力不足，成為大停電事故的又一重要原因。
今年4月27日，拜登政府宣布美國電網改善計劃，推出兩種關鍵融資工具，以促進高壓輸電線路建設、釋放更多清潔能源資源，總值超80億美元（約合人民幣517.14億元）。目前，美國西部地區電力管理局輸電基礎設施計劃的 32.5 億美元基金已開放申請。
然而，政府的財政措施能否成功激勵私營公司將美國電力供應的長期保障置于私利之上，并承擔修復電網工作，還有待觀察。
4
市場失靈，政客吵架
高度市場化的電力機制還加劇了美國電力的供需不平衡。
在美國電力市場中，集中競價機制主要用于促進日前市場和實時市場價格趨同，以保障次日供需平衡；剩余機組組合配置則用于確保滿足負荷需求。但在2020年8月的加州停電事故中，集中競價機制反而使出清的虛擬電力供應大于實際電力供應，導致加州獨立系統運營商（CAISO）高估當天電能供應；剩余機組組合的定價運行過程放寬系統功率平衡約束，掩蓋負荷調度不足，從而加劇電力供需不平衡。
嚴重的供需不平衡進而導致電價瘋狂飆升。在2021年2月的停電事故中，得州批發電價一度突破1萬美元/兆瓦時（一度電大約65元人民幣），相較平日電價增長近200倍。而在2019年和2020年夏季，得州都曾出現過9000美元/兆瓦時的超高電價。
市場失靈之下，美國政府也沒能給予足夠的社會動員和支援力量。早在2003年的紐約大停電事故發生后，美國就在討論如何從根本結構上改進現有電網、增強安全性能，但面對高達數百億美元的資金籌措、國會層層批準問題以及眾多反對的聲音，切實可行的改革計劃至今遙遙無期。
2011年2月，得州還曾遭遇過一次與今年相似的暴風雪襲擊，并引發停電事故。寒冷天氣造成機組降額運行甚至停機，累計損失193臺發電機組，共計29729MW，約300萬戶居民受到影響。事故發生后，ERCOT和FERC呼吁發電設備廠商盡快改造、維護電力設備，提升對極端氣候的適應能力。但市場規律指引當地電力企業追求利潤，地方政府又未給予相應對策和支援，設備改造長期停留在口頭上。結果，在2021年初更嚴重的暴雪天氣中，得州電網徹底崩潰。
又一次大規模停電事件發生后，得州科羅拉多市市長在個人社交媒體上發文，稱“市政府的責任不是救助受災民眾，這個時候人應該全憑本事想辦法活下來，而不是伸手向政府要錢。適者生存，弱者才會被淘汰”。不負責任的言論點燃美國民眾的怒火，也讓美國政府的治理能力再遭質疑。得州首府奧斯汀甚至上演了一出電力“雙城記”——當非洲裔和拉美裔社區所在的東部社區陷入一片黑暗時，位于奧斯汀市中心和富裕社區的寫字樓、景觀燈卻徹夜長明。
然而，此時的政客們并沒有想著如何調度支援、規范市場，而是忙著把電力供應問題異化為政治問題。
向來與傳統能源行業聯系密切的共和黨，認為新型能源技術還不夠成熟、能源供給還不夠可靠，關鍵時刻還得靠傳統能源，并以此為由要求遏制新能源市場的發展。而大力推動新型能源建設正是民主黨應對氣候變化的施政綱領，他們主張推動風能、太陽能和核能取代石油和天然氣等傳統能源。
得州斷電成為兩黨相互攻訐、謀取政治利益的平臺。共和黨強調新能源“掉鏈子”，民主黨指責傳統能源不給力，卻沒有任何一方真正在為解決民生問題而努力。不合理的電網布局、過度壟斷的電力市場、亟待修繕的基礎設施、已然失靈的市場機制……這些都不在他們的爭論范圍之內。
政客、企業家們開著電暖爐、吹著空調爭吵不休，可無數美國民眾剛剛熬過了黑暗的寒冬，就迎來了又一個無電可用的酷暑。
參考資料：
1.唐桃波、夏云非、魯文、杜萬森，《美國近年的停電事故及對我國電力系統安全穩定運行的啟示》，電力建設2003年第11期；
2.何大愚，《一年以后對美加“8·14”大停電事故的反思》，電網技術2004年第21期；
3.胡秦然、丁昊暉、陳心宜、陳濤、丁一原、李揚，《美國加州2020年輪流停電事故分析及其對中國電網的啟示》，電力系統自動化2020年第24期；
4.張玥、謝光龍、張全、韓新陽、朱瑞、張鈞，《美國得州2·15大停電事故分析及對中國電力發展的啟示》，中國電力2021年第4期；
5.王偉勝、林偉芳、何國慶、石文輝、馮雙磊，《美國得州2021年大停電事故對我國新能源發展的啟示》，中國電機工程學報2021年第12期；
6.蘇楊帆，《極端天氣推高能源需求，美國電網改革跑得過氣候變化嗎？》，澎湃新聞，2021年7月13日；
7.南博一、李依農，《罕見寒潮致美國得州大面積斷電，“能源之都”為何陷入窘境？》，澎湃新聞，2021年2月20日；
8.《美國為什么老是停電？說幾個被忽視的深層次問題》，國家電網報，2021年2月21日；
9.《美國得州的大停電不能讓極寒天氣“背鍋”！》，電網頭條，2021年2月17日；
10.《得州為什么斷電？這在美國成了一個政治問題》，新華國際頭條，2021年2月22日；
等等。
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