图2 近十五年来ERCOT电力公司的能源多样性情况
ERCOT是一家基于会员制的非营利性公司，由董事会管理，并受到德克萨斯州公共事业委员会和德克萨斯州立法机关的监督。其成员包括消费者，合作社，发电机，电力销售商，零售电力提供商，投资者拥有的电力公司，输电和配电提供商以及市政电力公司。
图3 ERCOT电力市场中市场主体及其之间的关系
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轮流停电事件概要
受冬季风暴带来的创纪录的低温和激增的用电需求影响，美国德州等地已下令轮流限电，其中德州2月14日后的电力供需情况如下图所示。
图4 ERCOT电力公司电力供需情况
2月15日，受冬季风暴的严重影响，美国德州气温骤降至-22℃，超过300万人失去了电力供应。目前，达拉斯、休斯顿等城市大面积轮流停电，取暖需求激增将电网逼向极限。截止17日，据下图所示的PowerOutage网站数据，德州仍有约25%的用户停电。
图5 PowerOutage网站德州停电情况图 （备注：红色越深代表停电用户比例越高）
此次极端天气中，德州大约30%的容量的发电机组处于离网状态：德州最大供电能力8000余万千瓦，受到寒潮影响，有近3000万千瓦的发电出力受阻，其中火电约2600万千瓦、风电约400万千瓦。
德州电力可靠性委员会（ERCOT）表示，极端天气条件迫使许多不同类型发电机组脱网，电力供应平衡难以满足。ERCOT运营的电网的实时批发市场价格已攀升至每兆瓦1.1万美元，而平时为德州提供大部分电力的电网价格是每兆瓦不到100美元。
图6 德州电价情况
二、停电事件原因
根据现有的公开资料，推测此次停电事件的主要原因如下。
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极端低温及其带来的负荷激增
强冷气团造成全德州低温创历史记录，德州2月份平均气温在5~15℃，此次极端的冬季风暴造成德州气温下降至-22℃。而德州约60%的家庭取暖方式为电取暖，在此次冬季持续的寒冷天气中德州电网负荷激增：2020年1-2月最大负荷约5610万千瓦，而今年2月14日负荷达到约6920万千瓦，增长超过1300万千瓦、增长率超过23%。
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冬季风暴及低温造成电源出力受阻
一是罕见的暴风雪导致大量风力涡轮机冻结。ERCOT的系统运营高级总监表示，14日上午，德州约一半的风力涡轮机（容量约1250万千瓦）已经“冻结”。
二是暴风雪导致的极寒天气引发常规火电出力不足。德州此次极端天气期间有2600万千瓦火电离网，主要原因有天然气供应不足、天然气管道损坏、煤堆结冰、河流结冰冷却水来源受阻等。
图7 风电机组结冰图片
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电力系统应对极端条件的能力不足
一是德州电力系统极端气象条件的应对能力不足。这次事件已远超过德州电力系统针对冬天的常规设计参数，德州的风电机组涡轮叶片从来不使用防冻剂和其他加热组件，此次极端天气导致德州约一半的风力涡轮机冻结、出力受阻约400万千瓦；火电厂供水、供气设施结冰，约2600万千瓦的燃气和燃煤火电失去了运行能力、退出运行。
二是德州电网与其他电网的联络和功率交换不足。德州本地天然气、风能和太阳能等能源资源丰富，本地基本可实现能源自给，德州电网与美国其他电网通过少量直流互联、联系薄弱，平均电力交换能力仅约100万千瓦。
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电力市场及政策机制设计存在缺陷
一是能源转型中对电网投资建设重视不足。在过去的15年里，德州煤电占比由37%降至18%、风电占比由2%升至23%；但受各类投资主体多元化及投资收益率影响，美国能源及电力市场建设主要集中在电源侧和负荷侧，而对电网长期投资重视不足，据美国能源部（DOE）的统计显示，当下美国70%的输电线路和变压器运行年限超过25年，60%的断路器运行年限超过30年，陈旧的电网设施面临保障供电可靠性的巨大挑战。
二是德州电力市场缺乏容量市场机制。德州的电力市场是一个相当典型的“Energy only”（能源市场）的电力市场，无电力容量市场，即没有除了买电卖电的能量市场以外的机制去引导社会资本投资建设足够多的电厂，可能导致能源转型期电源建设充裕度存在不足现象，从而导致此次事件期间电价飙升的问题，带来市场不确定的风险。
三、对江苏电网启示
（1）强化能源转型下“三新、三高、双峰”电网规划运行。“双碳”和能源互联网战略下，应加强对未来电网的结构形态、功能定位、系统特性和主要矛盾变化等场景下电力系统规划及运行技术研究， 高度重视转型过程中能源的充足性和安全性问题，全面加强源网荷储侧综合资源的统筹规划和应用。
（2）加强电力系统灵活性资源统筹规划与建设。一是加强电源侧友好性建设，合理规划必要的常规火电容量，深化火电机组深度调峰等灵活性改造；推动建立新能源厂站配套储能机制，进一步挖掘新能源场站调节资源潜力，提升新能源厂站的友好性。 二是加强电网侧灵活性提升，进一步推动源网荷储友好互动系统资源挖掘和统筹利用，提升电网平台的承载力和韧性。 三是加强需求侧互动性提升，建立有效的需求侧市场激励响应机制，充分调动用户侧资源参与电网主动调节，充分发挥需求侧资源自身灵活性潜力。
（3）增强电力系统应对极端事件的能力。一是加强区外重要输电通道一体化协同运维管理，明确差异化保障标准和要求，确保极端条件下江苏电网与其他电网间具有足够的功率交换能力。 二是会同燃气供应部门开展全省燃气机组燃气供应网络拓扑安全性评估、供气途径和关键枢纽节点N-1安全排查，确保供气安全。 三是提升风电、光伏等能源系统设备应对雨雪冰冻等极端气象的工作能力，保障连续的电力和能源供应。
（4）强化电力市场规则与电网安全协同。一是推动建立和健全电力市场激励机制，建立相应辅助服务市场，确保能源转型期电力市场的安全性及充裕性，防范电力市场各类不确定潜在风险。 二是建设电力市场仿真模拟分析系统，加强对电力市场规则、电力参与主体行为及电网安全运行影响策略研究，保障市场有效运转。 返回搜狐，查看