美国德州“电荒”:对电力市场改革和新能源电力的启示

当地时间的2月15日,德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT,负责电网运行和管理电力批发市场的调度)宣布进入紧急状态,并于15日凌晨1:25开始轮流停电(rotatingoutages)。-联系到到中国去年冬天大规模寒潮下的“电荒”,如何面对北半球冬季寒潮频发的气候变化风险?

编辑:能源小编

文 | 环境生态工程与现行政策

近期几日,英国绝大多数地域经历了少见的规模性寒潮天气。在寒流危害下,英国得克萨斯州电力市场批发上电力价钱超出了$9/度。

当地时间的2月15日,得克萨斯州电力稳定性联合会(ERCOT,承担电网运作和管理方法电力市场批发的生产调度)公布进到紧急状况,并于15日零晨1:25逐渐轮着断电(rotating outages)。

这一事情引起了能源界和气侯界的普遍关心,在其中有关电力市场设计和可再生资源电力的诸难题,对在我国电力销售市场改革创新和可再生资源电力发展趋势或有启发。下面的图是英国2月15日的断电地形图:

图片出处:https://climatecrocks.com/2021/02/16/texas-freeze-well-beyond-the-design-parameters/ 在这篇时评中,小编尝试毛遂自荐地梳理和回应下边好多个至关重要的问题: - 发生了什么了?“电荒”的缘故几何图形?

- 做为全世界电力社会化水平最大的地域之一,德州的“电荒”与德州电力市场设计有没有关联? - 由于寒潮来袭,德州一半左右的风速柴油发电机被锁定没法工作中,洛杉矶时报昨日的评价“A Deep Green Freeze“强调德州电荒“突显了降低燃气和煤碳的愚昧个人行为”。可再生资源占比提升,对德州的此次电荒究竟有什么危害?

- 联络到我国上年冬季规模性寒流下的“电荒”,怎样应对北半球地图冬天寒流高发的气候问题风险性?

发生了什么了?

寒流自然是电荒的客观因素,ERCOT在2月11号公布的新闻报道就预估,因为遭受产生数十年来最凉的气温,德州的电力需要量将创历史时间新纪录。德州的电力社会化水平很高,点一下http://www.ercot.com/就可以见到当天即时的电力要求和预测分析、及其各地区的电力厂家批发。留意电力厂家批发是发电站出示给电力零售商的价钱,以后再由零售商市场销售给顾客。

下面的图是小编2月16日早晨登录的状况,从左上方的照片能够见到即时的电力要求和以后的预测分析,及其电力供货确保。能够见到黄昏的用电量高峰期阶段仍有可能电力供货不够。右下方的照片是即时的全国各地电力厂家批发,如今基本上所有飙(深)红,表明早已到价钱限制。德州的电力厂家批发有一个限制:9美元/度,可是再加上拥堵费这些,全国各地电力厂家批发数最多能够超出12美元/度,这种深红色表明大部分都是在9美元/度之上了。

图片出处:http://www.ercot.com/

从上个星期逐渐,德州的批發电力价钱就逐渐疯涨。下面的图是ERCOT批發电力价钱的从1月到上个星期的走势图表,能够见到接到寒流危害,电费飙涨了一百倍。

图片出处:https://twitter.com/Hoffdaddy6969/status/1361283534820933633/photo/1

2月14日后,德州的电力供货逐渐进一步恶变。一方面,德州的电力要求逐渐超预估提高;另一方面,遭受寒流危害,德州有近30GW的发电机设备没法工作中,其中28GW的是以燃气为主导的热电厂,遭受燃气供货等危害没法发电量,此外4gW是风力发电,由于受冷不可以发电量。德州一共的电力供货也就是80多GW上下,代表着近三分之一的发电厂没法发电量。德州因而在开始了轮着断电。下面的图是结冻的风电机组:

图片出处:https://twitter.com/anasalhajji/status/1361084018180165640/photo/1 - 德州的“电荒”与德州电力市场设计有没有关联?

德州的电力销售市场是一个非常典型性的“Energy only”的电力销售市场,换句话说,德州沒有电力容量销售市场,即沒有除开买电卖电的动能销售市场之外的体制去确保发电厂建的充足多。在电力市场设计的难题上,“Energy-only” vs “Capacity market”一直是一个异议难题。依据电力销售市场供需曲线的关联(如下图),电力厂家批发在要求高峰期飙升。确保电力发电机组容量的充裕性、基本建设充足多的发电厂一直是个繁杂的难题。发电厂基本建设无法跟上要求提高,电力发电机组容量过低,就非常容易产生市场批发价钱非常高的难题,产生销售市场不确定性的风险性。在极端化状况下,便会变成人道主义精神灾祸。

图片出处:https://www.wind-energy-the-facts.org/power-markets.html

引进电力容量销售市场,便是期待确保发电量容量充足,减少德州这类电费飙涨的状况。可是电力容量销售市场并不是完全免费的。容量销售市场等同于平常买来商业保险(保险费用或许很高)。例如在小编如今所属的美国俄亥俄州(PJM电网)引进电力容量销售市场后,代表着每度电要提升$0.011-0.013的“容量费”(如下图电力价钱溶解中“Capacity”所显示)。这并并不是一个小数目。从一些海外电力容量销售市场的状况看,电力容量销售市场有一些情况下变成了年久发电机设备持续性命、及其消耗顾客钱财的一种方法。

图片出处:https://twitter.com/JesseJenkins/status/1360769546714497026

德州的电力销售市场沒有容量销售市场,因此电费平常相对性划算,假如看德州的均值一年的批發电费,2019年在0.038美金/度,2020年更加划算在0.022美金/度。2019年高一些恰好是由于2019年发生了一次酷热引起的电费飙涨。均值看来,充分考虑容量销售市场会出现容量成本费,德州一年的均值电费不一定由于此次飙涨就比有容量销售市场的地区高。——针对德州那样的“Energy only”的销售市场,发生的“飙涨”便是市场经济体制在功效(而不是市场失灵)。除此之外,在此次德州电费飙涨事情中,一些电力零售商给客户的是固定不动的电力价钱(例如就是0.04美金一度电),而从市场批发需要以9美元一度电的价钱买回去,这种电力零售商近期损害应当很大。

电力市场设计“Energy-only” vs “Capacity market”并并不是一个简易的难题。针对此次电荒,好像与电力销售市场的设计方案没有太大的关系。很可能更精确的回应是,针对这些电力要求较为灵便的客户,德州这类大多数情况下很便宜的电费对她们更适合;可是针对要确保每时每刻要求的客户,德州很有可能更非常容易发生的电费飙涨就很痛心了。

在中国的电力深化改革中,容量销售市场也是一个非常受欢迎的定义,也有许多地域先对外开放容量销售市场,再方案对外开放动能销售市场的。相关容量市场的作用体制,既要确保容量充足,又要防止容量销售市场变成年久的应当尽快取代的发电机组的心灵的港湾,还必须更深层次的科学研究——发电厂该建的要建,不应该建的不必建,该退伍的不必留有。也是有专家学者明确提出搭建容量销售市场的一个关键原因便是可再生资源电力有不确定性,必须有一定的火力发电厂容量确保电力供货:但是德州的小故事好像告知大家,火力发电厂都不彻底可靠。

- 风力发电 vs. 火力发电厂:哪位德州电荒的元凶?

每有什么问题产生,广泛的反映便是要寻找元凶。德州电荒的一个关键缘故显而易见是史无前例的严寒气温。下面的图是德州近些年的用电量要求行情,能够见到2020年近几天的用电量高峰期是史无前例的;并且寒流造成 近30GW的发电量设备没法工作中,也是史无前例的。

图片出处:https://climatecrocks.com/2021/02/16/texas-freeze-well-beyond-the-design-parameters/

ERCOT并不是沒有对很有可能的寒潮天气作提前准备。可是在ERCOT发布的应急预案中,预估的状况是极端化寒流会造成 大约8GW的火力发电厂机器设备没法发电量,5GW的风力发电设备没法发电量,加起來大约便是13GW上下;所预估的最极端化的电力要求则在67GW上下,德州大约一共85GW的电力机器设备,那样也還是足够考虑供货要求。

但实际上,德州的用电量高峰期要求做到了近70GW上下;而有超出30GW的机器设备没法工作中,其中28GW全是火力发电厂,有的煤电发电机组被冻结了转不上;有的沒有燃气供货(天燃气价格也飙涨近千倍,并且很难买到);有的管路坏掉燃气运不回来。风力发电也是有4gW上下(总产量大约8GW)也被冻结发不上电。

从总体看来,ERCOT早已预估到风力发电很有可能会出现4-5GW的不可以运作,可是沒有预估到火力发电厂机器设备的难题,因此此次电荒不应该归因于风力发电本身。可是德州的电网如今的风力发电发电量占有率大约在23%上下(如下图),假如风力发电占有率进一步提高,而火力发电厂占有率进一步降低,是否会就会有风险性?

图片出处:https://twitter.com/joshdr83/status/1349153819066826755/photo/1

这个问题的确非常值得担忧。但是更加重要的好像是,德州的风电机组并沒有对极端化寒流作提前准备。比照看来,在别的的一些地域,虽然气温更冷,风力发电设备都没有结冻——风电机组能够根据一些防寒技术性降低结冻的概率,可是很遗憾,德州处于英国东南部,沒有预估到很有可能会出现这般严寒的气温,因此其风电机组并沒有防寒的解决。许多地域的电网也相近,大多数是依照为了更好地夏天用电量高峰期来提前准备的,非常少关心严冬的难题,因此在德州此次寒流中,也是有许多电网的难题、管路的难题,全是没法融入超低温而停止工作的。

电力供货不太可能确保100%的满足需求,这样的话电力成本费会大幅度增涨,因此发生电荒也许有时并并不是一个“难题”,关键是操纵“电荒”产生的不良影响,理清电力供求关联。除此之外,此次德州的电荒缘故是发电量的难题,大家也见到别的地域(如美国加州的、我国各地区)也是有传送的难题。电网必须兼具成本费和平稳,因此更加重要的好像是「搞好更坏的提前准备」。伴随着气候问题的发展趋势,气候异常的危害必须大家更充足的提前准备。

北半球地图冬天寒流高发,气候问题促使大家的电力供货更敏感

联络到我国上年冬季的寒潮天气和“电荒”,气候问题已经促使大家的基础设施建设更为敏感。纽约日报的评论性文章应当要比开始常说的洛杉矶时报评价好一些:A Glimpse of America’s Future: Climate Change Means Trouble for Power Grids(英国将来一瞥:气候问题让电网更敏感)。

伴随着北极转暖,北半球地图寒流产生的概率也许会提升,并且夏季的酷热也会提升。这几回电荒早已告知大家,这种电荒的难题是繁杂而变化多端的,并且是系统化的,并不是只靠“大力开展社会化改革创新”或“加强管理”就能处理,也不是只靠“大力推广新能源技术”或“用火力发电厂确保电力平稳”就能处理,系统化的难题是:大家当今的基础设施建设不可以融入已经转变的气侯。

假如2030年也就是十年内我国的电网非水可再生资源占有率要做到25%(再加上水电工程,40%上下),那麼我我国电网的状况会和德州今日相近,但是太阳能发电会多一些,并且针对水电工程少一些的华北地区,可再生资源占比很有可能会高些一些。那般的状况下,大家的电网是否也是有解决恶劣天气的工作能力?

老调重弹,大家必须的是综合性的解决方法:从节能建筑,减少一年四季时节的用电量高峰期;到储能技术发展趋势,防止高峰期值要求的供货不成功;到基础设施建设融入,到制订人道主义精神的气候问题恶劣天气解决计划方案,这种早已时不待我。大家必须低碳环保电网,也必须更能抵御恶劣天气的电网。如同A Glimpse of America’s Future中强调:“更为繁杂的难题是,大家如今处在这世界,(尤其是对于气候问题难题),以往早已不可以为将来出示优良的效仿”。

来源于:环境生态工程与现行政策

原题目:英国德州“电荒”:对电力销售市场改革创新和新能源技术电力的启发

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