2021年2月15日凌晨1点开始，美国得克萨斯州（简称“得州”）电网就宣布进入历史上最为严重的供能危机，被迫切断负荷侧供应。得州供电瘫痪与电网本身无关，而是电网方主动切断了居民区的电力供应，是有意而为的主动控制。受空前的北极寒潮影响，美国大部分地区气温骤降。能源市场陷入混乱，得州电网的批发电价飙升了逾10000%，得州多家炼油企业关闭。得州数百万家庭10年以来首次被迫轮流停电。2月14日以来，整个得州的气温一直处于0℃以下，南部布朗斯维尔（Brownsville）的温度为-3.9℃，而潘汉德尔（Panhandle）的温度则低至-26℃。得州东部大部分地区，包括达拉斯、圣安东尼奥、奥斯汀、休斯顿、科珀斯克里斯蒂和布朗斯维尔，仍处于冬季风暴的影响之下。这些地区的出行条件非常危险或已达到几乎不可能出行的状态。得州公用事业公司奥斯汀能源（Austin Energy）周三（17日）宣布，客户应准备面临继续停电，并可能再停一周或更长时间。而且许多此前可能有电力供应的客户，其电力线路也可能会被冰冻和风暴破坏掉。奥斯汀能源公司解释说，长时间的停电是为了帮助维护得州电力可靠性委员会（Electric Reliability Council of Texas，ERCOT）的电网。据报道，奥斯汀有近185775人停电。当地时间2月19日09:30得州开始恢复供电，电价也逐步恢复正常。

2021年2月19日ERCOT电力市场实时巿场（现货）电价截图（15分钟电价）

（图片提供：全球绿色发展联盟会长张晓枫）

冷喜武

国家电网国家电力调度控制中心，全国电网运行与控制标准化技术委员会副秘书长

不让美国得州大停电事件在中国重演。不使“十四五”规划成为缺电规划。在完善资源价格形成机制，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，统筹制定2030年前碳排放达峰行动方案，使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上，推动我国绿色发展迈上新台阶得以实现。

一、在电源规划建设阶段的审批和政策导向方面。①大力发展风力、太阳能发电。安排多发电量，政策上可忽略不考虑装机容量，稀释全电量碳占比。②义无反顾开发水电。能开发的水利资源全面开发水力发电，同时保护生态环境。③量力而行发展核能、天然气发电。核电是发展的技术。谨记天然气国际供应的依赖性和脆弱性，天然气发电是确保天然气采掘、传输、存储的蓄水池，发电的作用不是那么重要。④全面推行火电等容量旧机组换新机组，适当新增煤电装机。确保年度火力发电量同比下降的同时，在全国用电量同比增长的同时保持可调节火电比例不降低。确保人民生活和国民经济发展用电极端应急兜底保障。不能停建火电。⑤建设和形成一张国家级的全覆盖的形成南北互济、东西互补的特高压交直流混联大电网。⑥储能建设速度不宜揠苗助长，建议切实统筹抽水蓄能机组建设布局和运行价格机制。从目前的成本看，抽蓄技术的运行寿命比化学储能高10倍，且具备转动惯量，在电网负荷尖峰和重要时刻发挥支撑作用。

二、在电力系统运行调节与控制方面。①优先消纳风力、太阳能发电量。②加大调节性综合利用水力发电。③支撑核能、天然气发电。④尽可能减少安排火力发电量，火力发电从技术上仅仅是安全稳定运行的保障和电力供应安全的托底。

三、在电力市场设计和运营方面。①全面实行风力、太阳能发电量全口径市场化价格竞价交易，退坡补贴。②加大价差引导水电基荷发电和日、周、月参与电网运行调节。③核电必须承担调峰辅助服务。④定性火电由常规电源整体转变为电力系统调解电源定位，在电力市场各个交易品类中提升火电价格，补偿火电作为调节电源的闲置成本。

四、在学术研究和科普舆论引导方面。①ΔP的极端重要性。任何一次大停电都不是巨大缺额引发，5%的缺额就会引发巨大社会灾难和舆论响应。以得州停电事件为例，间歇性风光电源极寒无风也是主要风险，风能和太阳能发电只占得州电力的20%左右。但这次关键时刻基本全部被冻住，问题就严重了。②淡化装机数据的使用和宣传，改为发电量承担全份额的统计和宣传方法。③不同能源的性质和特点。此次板子要打在美国似乎运行最纯熟的天然气体系身上。作为亚热带地区的得州，缺乏预防控制天然气冰堵的意识，在早已发出的大寒潮预警中，缺乏天然气湿度控制去除设备，也缺乏预防管道冰堵的监控措施。最终导致在寒潮中，天然气管网被冰堵中断。日常应对公众说清楚中国天然气关键时刻的供应比之加州更加脆弱。④不污名化火电。因发电稳定而经常充当“压舱石”的煤电在得州的占比已经降至13.8%。一片冰封之下，煤电正常运转应该是电源类别中影响最小的。2020年，得州风力发电首次超过煤电，而在全美，煤电在总发电中的占比降至24%。长期以来，对于狂飙突进的风电，得州不仅毫无警惕，反而盲目乐观——该州的项目开发商甚至建议未来接入电网的新一代发电设施中，风能、太阳能以及大容量储能电池要占到95%。不过，此次大停电后，相信得州乃至全美对新能源发展会有更加客观、清醒的认识。不应人为划分出来局部区域成为全部新能源运行的绿色电网，而罔顾其他相邻电网常规电源为之正负备用的事实。⑤有必要坚持统一调度、分级管理。面对危机，没有统一、互联的大电网，就无法有效应对、跨区域支援。⑥电力市场是调节，不是保障，更不是兜底保证供应的灵丹妙药。电价暴涨100倍？得州电网实时批发市场价格一度攀升至每兆瓦时1.1万美元，而平时，得州电价每兆瓦时不到100美元。目前部分居民每日电费接近3000元。一方面极度缺电，一方面是价格奇高，真正是“市场经济”。中国电力市场化改革必须考虑公开、公平、效率和普遍服务的平衡。

高文忠

美国丹佛大学教授

从2021年2月11日起，极度严寒加暴风雪天气袭击了美国得州。2月15日凌晨开始，ERCOT实施了有序停电从而缓解电力系统的压力避免大规模停电事故的发生。但这导致了几百万居民失去了电力供应，上千万居民得不到安全的水源。根本原因是电力系统的发电量和需求的平衡被严重打破了。由于极度严寒，居民电热取暖的用电需求大幅增加。得州的大部分冬季热力发电是燃气机组，但是天然气气井和输送管道因为寒冷天气不能正常运转导致天然气供应链出了严重问题。再加上几乎所有的风力发电机因冰冻停机，导致约45 GW的电力供应中断。这其中大约30%是风力和太阳能发电机。如果ERCOT不及时采取应对措施，整个得州大面积停电事故将不可避免，对民众造成的损失将非常巨大。另一方面，天然气短缺造成热力机组发电的燃料价格飞涨，电力市场机制也因此导致了电价成百倍的飙升。虽然得州是全美国乃至全球的能源供应大州，化石能源极其丰富，但是因为能源生产系统没有做好前期预案和相关准备（winterize）导致了这次百年不遇的灾难。

美国新任总统拜登2月19日宣布了得州处于重大灾害状态从而授权紧急联邦政府救助，帮助尽快修复冻坏的水路、气路管道系统，恢复电力和水等民生资源的供应以及帮助一些老百姓支付高额电费。

通过这次事件，大家将会重视提高电力和能源系统在极端气候下的韧性（resilience）。需要增加水、电、天然气等公共事业基础设施的投资和改造，从而使南部的州能源供应系统像北部一样能够抵御极端天气而保持正常运转。由于得州电网是独立电网，如果能增强其与美国东部，西部电网的联络，在灾难情况下也会帮助缓解电力供应的短缺。另外，发展智能微电网、综合能源系统和大规模电池储能也是解决问题的发展方向。

 

陈皓勇

华南理工大学电力学院教授 博士生导师

对这一事件的原因，目前众说纷纭，总结起来大概包括几点：第一，极寒天气导致电力负荷需求高、天然气井减产影响部分地区天然气供应，部分常规能源发电机组退出运行；第二，风力发电机组结冰限制风电出力，严重的阴天天气也限制了太阳能发电，而且新能源出力本来就具有很强的随机性和波动性；第三，得州电力系统和美国其他地区电力系统属于弱联系，在电力供应紧张时无法及时得到外部支援；第四，美国得州市场仅有单一能量市场，没有容量市场，所谓稀缺定价机制对于容量充裕性的保障能力存疑。

从复杂系统的角度，本人认为这种小概率而后果严重的事件都是多重偶然因素叠加后综合产生的结果，很难归责于单一原因，此处仅就可再生能源大规模接入条件下的电力市场设计相关问题谈谈自己的观点。

事实上，2017年美国能源部与各大区域电力市场运营商ISO/RTO就电力市场价格形成机制等问题发生激烈争论。在2017年9月28日美国前能源部长里克·佩里（R. Perry）给联邦能源管理委员会（FERC）的信中，提到美国电力市场的短期市场可能无法提供充分的价格信号来确保合理的长期容量投资。此外，批发市场价格形成机制也受到质疑，甚至认为已威胁到美国电网安全和国家安全。R. Perry敦促FERC立即采取行动，确保不同类型发电厂提供的可靠性（reliability）和弹性（resiliency）得到充分估价，并制定新的市场规则来实现这一紧迫目标。由于认为能源部理由不充分，2018年1月8日，FERC暂停市场规则的修改并启动一项新的对各大RTO/ISO所运营区域的大电网弹性进行评估的行动。R. Perry部长当日即在美国能源部官网上作出回应：“我感谢联邦能源管理委员会所作的考虑和努力，以进一步评估使我们的电网的长期弹性面临风险的市场扭曲。按照原先的意图，我的提案启动了关于电力系统弹性的全国性辩论。但毫无疑问的是，多样化的燃料供应，特别是现场燃料供应能力，在为美国人提供可靠、有弹性和价格可承受的电力方面发挥着至关重要的作用，特别是在我们现在看到的与天气有关的紧张时期。我期待继续与联邦能源管理委员会委员们合作，以确保电网的健全。”得州电力市场（ERCOT）是美国唯一一个不受FERC监管的电力市场，未必参与过上述讨论，但该州此次大范围停电事件却在一定程度上印证了美国能源部的判断，也给我国当前的电力市场化改革带来一定的启示。

电力定价与电力市场交易机制设计都必须围绕电能价值规律进行。电能价值（或成本）分析是电力经济与电力市场的核心基础理论，而且是由计划经济模式通往市场经济模式的一个桥梁。电价不但影响电力工业本身的健康发展和电力资源的优化配置，而且影响到全社会各行各业的发展和人民群众生活水平的提高，属于“绝对不能出问题”的底线。在计划经济模式下，最理想的电价水平应等于电能的真实价值；在市场经济模式下，市场电价应围绕电能真实价值上下波动。在可再生能源大规模接入的背景下，电能除了传统电力市场中的容量价值、电量价值，还具有灵活性价值、安全稳定价值等多种不同的价值，使得问题更加复杂化，传统的电力市场设计思路已难以应对。在“2030年碳达峰，2060年碳中和”的目标下，大力开发利用可再生能源已成为我国电力行业发展的必然趋势，应对新背景下的电能价值问题进行深入研究并建立科学合理的价格形成机制，在正确处理改革发展稳定关系的情况下行稳致远，避免重复国外电力市场的错误。

赵俊华

香港中文大学（深圳）副教授，深圳高等金融研究院能源市场与金融实验室主任

一、在低碳能源转型的大背景下，需要高度重视高可再生能源渗透率的电力系统韧性。在全球脱碳的大趋势下，电力行业面临极为严峻的减排任务。美国得州是可再生能源发展的典范。目前，得州天然气、风力、火力、核电、太阳能的发电占比约为40%：23%：18%：11%：8%。风光等可再生能源已占有相当比重。但是，此次得州电力危机情况特殊，影响因素众多，不能简单归结为可再生能源供电的脆弱性。根据目前披露出来的信息，此次事故中，近一半的风机由于极寒天气结冰而停止运转，太阳能受暴雪影响全部瘫痪，部分核电因水源系统结冻导致供水故障而停止发电，部分天然气机组由于输气管道持续低温而停摆，部分供应火电机组的柴油机组系统也因低温凝固结冻而导致数座火电厂瘫痪。此外，得州电网老旧并脱离美国东部和西部的互联电网独立运行，使得州内的负荷不能由外部电网支援。由此可见，此次得州电力系统在应对突发极端灾害时全方位措手不及。面对有可再生能源高比例渗透的电力系统，增强其韧性是重中之重。需要结合具体地域环境，在稳步推进可再生能源占比的同时，切实解决系统备用问题，积极发现和排除隐患，使得可再生能源可以扎实落地。二、高度警惕气候变化，重视小概率事件。此次得州电力危机的直接影响因素是突发的极端严寒天气，但重要的是此次冰雪风暴发生于冬季温暖、夏季炎热的温带地区。得州电网并不曾认真考虑过当地发生大规模冰冻灾害的可能性。结合近些年的极端天气和重大公共卫生事件，全球气候变暖或将提升小概率事件发生的概率。而小概率大风险，重要基础设施，尤其是能源电力（火电、风电、太阳能、核电、天然气、储能等），需高度重视尽快完善各种场景下应对小概率事件（雷暴雨雪风震等自然灾害、网络攻击、战争等）的处理机制。三、慎重考虑能源供给稳定安全、能源环境友好和能源价格低廉这一“不可能三角”之间的平衡关系。在脱碳背景下，系统冗余、市场机制、互联电网各自应该做到何种程度才是最优，这是一场艰难的博弈。首先，电力系统想要保证安全，在发输配环节上保证一定的冗余非常必要。冗余度高系统备用充足可迅速投切受影响单元，关键在于针对现有备用情况，结合多种假想的突发灾难场景，应该如何梳理和优化各环节的备用比例和备用方案，才可满足脱碳、安全、经济的三重需求。其次，可再生能源的优缺点显而易见，关键是设计和维护好支撑可再生能源高渗透率的电力系统和其遵循的运行制度。得州电力系统的建设与运营，州政府和联邦政府参与度极低，是导致得州电网不堪一击的重要因素。失去了政府层面的约束和监督，各大电厂和电商没有内生的动力做好系统升级和储能备用，只需在发生电荒时在市场上提升电价即可解决自身经济获利问题，这也是此次得州电力危机中电价曾一度飙升超过9000美元/(MW·h)的原因。当然，这跟具体国情、制度、市场化程度等有关，但需要注意的是重要基础设施的安全稳定离不开政府层面的宏观规划和强有力的管控。再次，互联互通是保障电网安全的关键手段。得州电网独立运行，此次在自身供电能力不足的情况下无法从外界寻求支援，电力系统的可靠性在互联的大电网背景下或可得到体现。全球节能减排是整体需求而非局部最优，可结合地理特点因地制宜，发挥局部能源种类优势，通过互联互通的大电网为安全稳定保驾护航。尤其是高比例可再生能源渗透的电力系统，与外界电网的互联互通将是重要环节。

 

徐 岩

南洋理工大学电子与电气工程学院副教授

从增强电网韧性（resilience）的角度来说，一方面应在电网规划的时间尺度下不断加强电网本身，包括更换老旧设备、新增电源、扩展网架结构等，从而加强网络本身应对极端事件的坚硬度（hardness）；另一方面应在运行与控制的短时间尺度下提高多道防线的应急协调能力，包括事件前、中、后的预防、紧急、恢复控制措施等。此外，应对极端事件不单单是电网本身的责任，还需要其他系统充分的协调与配合，例如一次能源供应系统、交通系统以及新闻与媒体等软系统（后者能够显著影响用户的在事件中的配合行为）。从实践的角度，这当然需要强有力的政府去集中推动与主导，同时也离不开学术界跨学科研究的理论支持。以新加坡为例，其国立研究基金（NRF）于2014年引进苏黎世联邦理工学院（ETH）成立了未来韧性系统（Future Resilience System）中心，与本地的主要大学开展合作，研究的对象涵盖了电力、能源、供水系统，金融系统，社会系统等在极端事件下的应急，旨在从宏观层面为政府提供集中统一的科学决策支持。这个是值得电力科研工作者去研究的问题。