德克薩斯州的嚴(yán)冬天氣造成了自從2003年美國(guó)東北部和中西部大停電以來(lái)美國(guó)最嚴(yán)重的能源短缺。數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人遭受停電，在嚴(yán)寒地區(qū)停電時(shí)間經(jīng)常超過(guò)24小時(shí)。

　　天氣狀況正在破壞關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施，在全球發(fā)生冠狀病毒疫情的進(jìn)一步壓力下，國(guó)家應(yīng)急服務(wù)已經(jīng)緊張了一年。

　　它還強(qiáng)調(diào)了服務(wù)提供部門之間的密切聯(lián)系——在這種情況下，最明顯的是供電如何影響供水。正如我們?cè)谌ツ晗奶旒又莅l(fā)生的相對(duì)較小的滾動(dòng)停電之后所提醒的那樣，電網(wǎng)故障是復(fù)雜的，在診斷問(wèn)題和制定解決方案時(shí)需要耐心。然而，目前所了解的情況表明，在正在進(jìn)行的能源轉(zhuǎn)型期間，需要對(duì)能源可靠性、能源安全和風(fēng)險(xiǎn)采取新的辦法。

　　即使在事后分析處理這些問(wèn)題時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商和公用事業(yè)工作者為維持電力供應(yīng)所做的艱苦工作也很重要。

　　暴風(fēng)雨和停電

　　當(dāng)前危機(jī)的直接原因是影響美國(guó)大部分地區(qū)的普遍冬季極端天氣。德克薩斯州受到的氣候影響尤其嚴(yán)重，全州大部分地區(qū)都創(chuàng)下了新的低溫紀(jì)錄，所有縣都受到了冬季風(fēng)暴警報(bào)。就嚴(yán)重程度而言，目前的事件是幾十年一遇。

　　盡管氣候變化在極地渦旋中的作用仍有很大爭(zhēng)議，但預(yù)計(jì)氣候變化將產(chǎn)生更多類似的冬季天氣，加劇未來(lái)的可靠性擔(dān)憂。預(yù)計(jì)它還將產(chǎn)生更熱的天氣，增加德州解決問(wèn)題的復(fù)雜性。

　　嚴(yán)寒導(dǎo)致了幾乎史無(wú)前例的電力需求。由于寒冷冬季的稀少，美國(guó)中南部的企業(yè)和居民消費(fèi)者主要依靠電力取暖。大多數(shù)現(xiàn)有的電加熱系統(tǒng)在較冷的條件下變得更加低效，建筑物和系統(tǒng)往往沒(méi)有很好的絕緣或“過(guò)冬”。因此，德克薩斯州的電力需求在冬季條件下比其他州增長(zhǎng)更快。

　　在大停電之前，該州的峰值需求預(yù)計(jì)將高達(dá)74GW，甚至與夏季需求相比也可能創(chuàng)下紀(jì)錄——通常是德克薩斯州因冷負(fù)荷而出現(xiàn)的需求“高峰期”。由于如此巨大的需求量，天然氣和電力價(jià)格在風(fēng)暴中迅速上漲，價(jià)格穩(wěn)定在正常價(jià)格的50倍以上。

　　風(fēng)暴來(lái)襲時(shí)，電力需求猛增，許多發(fā)電廠遭遇停電。德克薩斯州的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商ERCOT公司啟動(dòng)了負(fù)荷削減，以防止電網(wǎng)完全崩潰。盡管這些被稱為滾動(dòng)停電，這是對(duì)電網(wǎng)緊張狀況的正常反應(yīng)，但實(shí)際情況是，強(qiáng)迫發(fā)電停電非常嚴(yán)重，運(yùn)營(yíng)商已為許多用戶斷電24小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間。由于像醫(yī)院這樣的重要基礎(chǔ)設(shè)施往往位于較富裕的社區(qū)，許多貧困和少數(shù)民族地區(qū)似乎遭受了不成比例的停電。

　　在這場(chǎng)危機(jī)的大部分時(shí)間里，減少了約為15-20GW負(fù)荷，大致相當(dāng)于新英格蘭的平均電力需求。在全國(guó)范圍內(nèi)，風(fēng)暴導(dǎo)致450多萬(wàn)用戶斷電，其中絕大多數(shù)在得克薩斯州。

　　由于許多家庭沒(méi)有足夠的隔熱材料，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人遭受了接近冰點(diǎn)、危及生命的室內(nèi)條件。由于對(duì)水系統(tǒng)的影響，情況變得更糟。由于供水系統(tǒng)依賴電力供應(yīng)，因此受到嚴(yán)重影響。凍結(jié)和破裂的管道進(jìn)一步加劇了這種情況。

　　能源系統(tǒng)的結(jié)果不是在真空中發(fā)生的，而是由政策制定者和行業(yè)的長(zhǎng)期決策決定的。雖然天氣條件極端，但能源系統(tǒng)的故障將導(dǎo)致許多關(guān)于電網(wǎng)規(guī)劃的討論。

　　許多市場(chǎng)參與者的表現(xiàn)表明，這種模式是不夠的。盡管這場(chǎng)風(fēng)暴特別嚴(yán)重，但并非完全是史無(wú)前例的。整整十年前，得克薩斯州因一場(chǎng)冬季風(fēng)暴而連續(xù)停電。來(lái)自那次事件的大多數(shù)建議似乎都被忽視了。與ERCOT公司相比，埃爾帕索遭遇了相似的天氣條件，但由于2011年后的冬季規(guī)劃，埃爾帕索仍保持了電力供應(yīng)。

　　在這次事件中，由于ERCOT公司和州政府缺乏溝通，這種影響加劇。與加州去年夏天的滾動(dòng)停電相比，來(lái)自電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的通信受到限制，而且不一致。該州的大多數(shù)人似乎沒(méi)有意識(shí)到停電的風(fēng)險(xiǎn)，因此措手不及。

　　除了電力以外，其他重要的基礎(chǔ)設(shè)施也受到了影響。由于許多被凍結(jié)的管道爆裂，為了防止冰凍，許多地區(qū)都處于缺水的邊緣。

　　能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量可靠性

　　展望未來(lái)，這些中斷應(yīng)該為所有能源市場(chǎng)敲響警鐘。自從2014年的極渦之后，當(dāng)強(qiáng)迫停電幾乎造成東海岸的滾動(dòng)停電時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)本應(yīng)準(zhǔn)備好處理氣電和電水協(xié)調(diào)問(wèn)題。

　　電網(wǎng)可靠性規(guī)劃過(guò)于注重確保充足的電力供應(yīng)，主要是在夏季條件下。由于太陽(yáng)能和電池的廉價(jià)性和未來(lái)的普遍性，夏季電力系統(tǒng)的峰值需求可能不再是大多數(shù)電網(wǎng)規(guī)劃的驅(qū)動(dòng)因素。相反，管理冬季的能源系統(tǒng)峰值需求可能需要推動(dòng)規(guī)劃和投資——即使在德克薩斯州也是如此。關(guān)注需求也將是關(guān)鍵，從更好的絕緣到需求方參與能源市場(chǎng)，甚至運(yùn)營(yíng)都是必要的。

　　雖然一次能源系統(tǒng)造成停電的原因是系統(tǒng)規(guī)劃，但毫無(wú)疑問(wèn)，這對(duì)能源的選擇和組合有影響。氣候化對(duì)所有能源都至關(guān)重要，美國(guó)應(yīng)考慮國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。

　　天然氣通常被認(rèn)為是一種固定和可調(diào)度的資源，由于其準(zhǔn)時(shí)交付，其能源安全受到限制。雖然可再生能源并不是造成電力可靠性不足的主要原因，但風(fēng)能和太陽(yáng)能似乎不適合滿足大型、罕見(jiàn)的寒冷天氣需求。隨著人們脫碳，這兩種能源都將成為主要的電力來(lái)源，但也必須考慮并投資于其他能源的作用，包括核能、碳捕獲、增強(qiáng)的地?zé)嵯到y(tǒng)、氫、氨等。輸電和儲(chǔ)能當(dāng)然可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過(guò)更廣泛的互聯(lián)和高壓輸電走廊來(lái)建立區(qū)域彈性。

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