把握能源发展安全和效率的平衡

熊华文

去年8月和今年2月，美国加州和德州分别因高温天气和极寒天气导致电力需求急剧增长、电力供应严重不足，引发大规模停电事故，分别影响约80万户和450万户居民。这两次事故均由天气原因引发，随之产生的能源生产、电源及电网设施运行调控、电力市场等一系列连锁反应及其耦合叠加是导致事故的直接原因，但内在根源是过于追求经济效益而降低安全系数，过于强调自由竞争而弱化统一集中调控，没有兼顾能源电力发展安全和效率的平衡。对两次大停电事故进行深入分析，有助于更为全面、更加客观地总结经验教训、掌握本质规律，为我国有效防范化解应对相关风险挑战、推动能源电力高质量发展提供参考借鉴。

一、两次大停电事故的共同特点和主要差异

从直接引发原因看，两次事故均由极端天气引起。加州2020年8月中旬经历了自1985年以来最严重的一次热浪，各地最高气温平均值升高至近40℃。而德州2月中旬的暴雪严寒天气为“百年一遇”，多地最低气温低于常年同期平均最低温度十多度，甚至二十多度，且持续时间长达数天。

从外在具体表现看，两次事故均为电力供需严重失衡，但加州的主要问题在需求侧，德州的主要问题在供应侧。加州因高温天气导致电力负荷峰值突然增加13.4%，超过全年负荷峰值预计值，同时耦合风电机组出力不足、燃气机组故障等因素。德州主要因极寒天气导致三分之一的发电设备停运，造成电力供应严重不足。

从脱网发电能力看，两次事故既涉及传统化石能源发电也涉及可再生能源发电，但主导因素有所差异。加州主要是风电出力不足，严重时出力仅为同时段正常水平的32%，减少约2200MW，同时也叠加500MW燃气机组故障。德州主要是燃气机组因严寒天气和天然气断供导致大范围停运，在所有停运发电容量中占62%，高于其48%的装机容量比例;风电和光伏发电设备虽也有半数停运，但发电份额与预期相比仍超额完成任务。

从系统灵活性和备用容量看，两者有较大差别。加州总体上系统灵活性不足，电化学储能和抽水蓄能最大出力仅为净需求峰谷差的26%;备用容量较少，本地总装机容量比需求峰值低7%，电网冗余较小。在正常条件下，德州的系统灵活性好于加州，备用容量也较为充裕，达到负荷峰值的15%左右，但在极寒天气情况下机组大范围停运，系统灵活性和备用容量无异于杯水车薪，难以改变失衡大局。

从电力市场发挥作用看，加州电力市场对缓解电网供应紧张未发挥应有作用，德州电力市场在非正常状态下运行基本正常。在加州大停电事故中，电力市场机制运行不尽如人意，对缓解电力供需紧张未发挥应有作用，如调度人员在日前市场中低估了实际电力需求、集中竞价掩盖了供应紧张情况、剩余机组组合配置不合理等。在德州大停电事故中，电力市场批发电价一度突破了1萬美元/MWh，比平日电价增长近200倍，这恰恰体现了稀缺定价机制的功能，在缺电情况下起到激励需求响应的作用。

从网外电力支撑看，两次事故发生后均未得到外部电网有效支援，但原因各异。加州电网与相邻的3个州有电力互补，但事故发生时一条主要输电线由于天气原因被迫中断，减少约650MW的输电能力;同时，此次高温影响了整个美国西部，与加州相邻的3个州电力需求也高于往年同期，无力给加州更多电力供给。而德州电网是准“孤网”，只有2条总容量为820MW的直流联络线与西南电力库相连，缺乏受电通道;此外，本次极寒天气也造成美国中西部多个州电力供应紧张，区外电网对德州也无电可送。

二、对我国能源电力发展的启示

纵观美国两次大停电事故，原因各异、表现不同、因素复杂，与我国国情有较多不可比之处，但反思其内在根源和本质规律，对我国能源电力发展仍有不少启示。

一是安全和效率都是有成本和代价的，把握安全和效率的平衡才是关键。德州独立电网不受美国联邦能源管制委员会管辖，不受限于联邦监管标准，可以通过主体多元、放松管制、高度竞争带来市场效率的提高，使其成为全球批发电价最低的地区之一。但另一方面为了保证低电价而采用了没有容量市场的电力市场设计，同时能源电力运营商大多为私有化企业，以利润最大化为目标，投资决策只追求短期经济回报，涉及公共利益、长期效益的系统稳定性、可靠性投资长期严重不足，在危机冲击下出现了难以应对的局面，正如“用5天的停电换取了360天的低电价”。

反观我国，把安全运行和稳定供应作为能源电力发展的生命线，基础设施强、系统裕量大、管控约束严、组织动员快，在外部冲击下发生重大事故的概率要比美国小得多。但由此也带来了系统效率低、运行成本高、资源浪费多等问题。两相比较，未来我国能源电力发展应兼顾安全和效率，改变绝对安全、“万无一失”等非理性思维，坚持系统观念，还原能源商品属性，通过优化监管、开放市场、引入竞争等手段提高系统运行效率，降低全社会用能成本，在安全可靠基础上实现“365天的低电价”。

二是面对外部冲击，“人祸”的后果往往大于“天灾”，提前防范、科学应对至为重要。美国两次大停电不能完全归咎于天气原因，业界所广泛讨论的新能源占比高、没有容量市场设计、部分时段现货价格飞涨、本地电网与外部电网缺乏联通等技术因素也不是导致事故的必然原因，其主要原因在于对已经预测到的极端天气缺乏预警和有效预防。例如，早在一周之前，德州就已广泛预测会有超级寒流来袭，但州政府及相关机构在这段时间并未做好风险预警和提前预防工作，油气井、输送管道及发电机组的防冻措施不及时、不到位。可以说，极寒天气是引发德州大停电事故的客观因素，但人为因素导致连锁反应的耦合叠加才是“罪魁祸首”。

有鉴于此，我国要深入推进能源电力行业应急管理体系建设和能力提升，提高小概率事件监测预警水平，科学编制各级应急预案，从应急队伍、物资储备、预案演练等多方面入手，提升应急保障能力水平。

三是过度分割的市场结构不利于应对重大危机，建立全国统一电力市场势在必行。在美国两次大停电事故中，电网结构复杂、运营主体众多、电力市场分割、缺乏统一调度等因素对应对外部重大冲击、确保电力系统具有较强韧性和柔性形成了严重制约。美国本土电网由东部电网、西部电网和德州电网三部分组成，大部分线路和变电站都属于私营公司，由500多家互相独立的电网公司运营，没有统一的调度中心。各个区域电网间采用联合调度方式，电网间物理连接薄弱，互补互济较为困难。也没有形成全国统一的电力市场，只有10个区域电力市场。

相反，我国电网统一规划、统一调度、统一管理的一体化机制是最大的制度优势，可以较好应对外部重大冲击。未来当务之急就是在省级电力市场、区域电力市场基础上尽快形成全国统一电力市场，提升跨区电能调度能力，在时间和空间的双重维度下实现更大范围的资源优化配置，同时也有助于极端条件下区域间电力供应互济、互补、互保，提高能源电力系统安全稳定保障水平。

三、有关建议

一是坚守市场化方向，全面加快推进能源电力体制改革。市场是提高效率的基本手段，也是保障安全的重要途径。我们不能因两次大停电事故而否认电力市场优化配置资源、提高经济效率的价值，更不能以此为借口让能源电力体制改革开倒车、走回头路。要继续深入推进能源电力市场化改革，在全国范围内建立容量成本回收机制，保证充足有效容量，提高系统可靠性。建议短期内实施容量电价机制，设定合理电价水平;中长期转向容量市场机制，保障容量机组的合理收益。

当然，市场不是万能的，在推进市场化改革过程中，要更好发挥政府作用，保留在极端条件下通过行政指令统一集中调配资源的权限，建立市场“熔断”机制。同时，也要优化、完善電力市场设计，应对事故、灾情等特殊场景予以预见性的重点设计，尽可能保持系统随时具备充分的应对意外的能力。

二是锚定“碳达峰、碳中和”目标，坚定不移地大力发展可再生能源。近年频发的极端天气本身就是温室效应的后果，是大自然的警示，不仅体现在全球平均温度的上升，更表现在各地气温愈发剧烈的双向变化。大力发展可再生能源正是控制温室气体排放的必然选择，是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的基本保证。诸多实践表明，电网接入较高比例的可再生能源装机，并不必然降低系统安全稳定运行可靠性，相反，从此次德州大停电事故中可以看到，可再生能源机组可能有更好的极端天气适应性，如果措施得当，还可以比煤电、气电更快恢复发电能力。

三是挖掘需求侧资源，打好能源电力安全稳定供应的“人民战争”。在加州停电事故前期，虽然调度机构发布了弹性警报呼吁居民自发节电，但是系统实际需求峰值仍旧高于预测峰值。而在轮流停电发生后，即使高温天气依旧持续，但用户开始积极响应节电呼吁，使得多天的实际负荷低于预测，成功避免了预期中的电力供应中断。目前我国浙江、江苏、江西等十余个省已陆续实现需求响应试点应用，下一步要加快试点向常态化转变、试点向全国推广，同时全面建立市场化激励机制，探索需求侧资源价值实现路径，调动用户参与积极性。也要看到，我国在电动汽车双向充电、移动支付、5G通信等方面的技术优势，为需求响应提供了软硬件支持，为充分释放出需求侧潜力奠定良好基础。

（作者为国家发展改革委能源所副研究员）