2021年2月14日開始，美國得克薩斯州（以下簡稱得州）受到異常寒冷天氣影響，電力供需嚴重失衡，電力現貨價格暴漲，發(fā)生大面積、輪流停電。截至當地時間2月17日，部分地區(qū)停電超過60小時，電力現貨價格已達到系統(tǒng)上限9000美元/兆瓦時。事件引發(fā)多方熱議。
1、得州電力系統(tǒng)概況
得州電力系統(tǒng)由ERCOT（Electric Reliability Council of Texas）、SPP（Southwest Power Pool）、MISO（Midcontinent Independent System Operator）和WECC（Western Electricity Coordinating Council）這四大經營區(qū)組成，其中ERCOT負責管理得克薩斯州2400萬用戶的電力供應，約占得克薩斯州電力負荷的90％。作為該地區(qū)的獨立系統(tǒng)運營商，ERCOT不提供零售電力服務，也不擁有發(fā)、輸、配電資產，如圖1所示。
圖1 ERCOT經營區(qū)
來源：ERCOT
截至2020年底，ERCOT全口徑在運裝機達到10730萬千瓦，其中燃氣占比48%、風電占比28%、燃煤占比13%、核電占比5%、光伏占比5%；全年發(fā)電量構成中，燃氣占比45.5%，風電占比22.8%，燃煤占比17.94%，核電占比10.86%。2020年，ERCOT經營區(qū)年用電量為3819億千瓦時，最大系統(tǒng)負荷發(fā)生于8月14日，為7440萬千瓦。
2、停電事件簡要分析
目前公布的信息顯示，本次停電事件的主要原因是異常寒冷天氣下，得州電力系統(tǒng)無法適應短時激增的用電負荷和超出預期的天氣狀況。主要表現在：
1、異常寒冷天氣帶來的用電負荷激增
得州處于多氣候帶交匯地區(qū)，南部地區(qū)冬季溫暖。以州首府奧斯汀為例，本次停電期間創(chuàng)近20年來2月中旬平均氣溫最低的紀錄，如圖2所示。由于當地冬季采暖形式主要為電供暖，異常寒冷帶來的用電負荷激增遠超預期。根據ERCOT測算，異常低溫造成用電負荷激增，預測用電負荷將超過7500萬千瓦，創(chuàng)冬季用電負荷新高，如圖3所示。
圖2 奧斯汀2001-2021年2月中旬平均氣溫
數據來源：www.wunderground.com
圖3 2021年2月16日預測負荷與實際負荷
來源：ERCOT
2、多因素導致發(fā)電能力不足
受到極端天氣影響下，天然氣輸運裝置被凍結，供氣能力受限，作為主要電源品種的燃氣發(fā)電燃料供給緊張；部分煤電機組服役年限過長，極寒天氣下故障頻發(fā)；位于得州西北部的風電機組因凍結無法正常運行。ECROT負責人在接受采訪時表示，盡管針對冬季寒冷可能誘發(fā)發(fā)電裝置停運的隱患，ECROT已向經營區(qū)內發(fā)電商提出過預警，但并沒有引起發(fā)電商足夠重視。根據ECROT信息顯示，截止2月17日，共計1700萬千瓦的可再生能源裝機和2750萬千瓦的熱電機組無法并網，分別占總裝機的16.8%和26.1%，造成最大約2900萬千瓦的供給缺口，如圖4所示。
3、跨區(qū)電網互濟能力弱
ERCOT與北美其他地區(qū)互聯程度有限，其中兩條共計82萬千瓦的聯絡線與SPP相連，三條共計43萬千瓦的聯絡線與墨西哥聯邦電力委員會相連，2019年凈購入電力約5億千瓦時。因此，當ERCOT發(fā)生供應緊缺時，難以通過跨區(qū)購電以保障供給，進一步加劇供需矛盾，如圖5所示。
在上述因素影響下，除發(fā)生大面積停電事故外，更帶來燃料價格與電力價格的全面快速上漲。ECROT披露的信息顯示，天然氣價格已超過180美金/mmbtu，導致市場價格帽LCAP （Low System Wide Offer Cap) 失效，日前和實時市場在出清階段已突破9000美元/MW的市場限價，必須強制使用HCAP（High System-Wide Offer Cap）以避免現貨市場結算價格超出9000美元/MW的限價，如圖6所示。
3、統(tǒng)籌發(fā)展與安全
正確認識電力市場建設
在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用
本次停電事件引發(fā)了諸多熱議。從電力市場建設的維度來說，主要集中于三個方面：一是電力市場是否有利于保障系統(tǒng)有效容量的充裕性；二是電力市場是否有利于緩解電力供需緊張；三是電力市場是否有利于降低用電成本。
美國作為世界電力市場化建設的先行者，其電力市場建設的經驗與教訓為我國實施電力體制改革提供了重要的借鑒與參考?？v觀美國電力市場化改革的過程，不同程度的電力事故、危機伴隨其始終，帶來電價的短時性飛漲令人乍舌。但是，深入分析各次事件，無不是對關于上述三個熱議焦點的探索與實踐，也是建設電力市場無法回避的關鍵問題。
1、有效容量的充裕度
取決于經濟可承受的供電可靠性
美國一般使用ELCC（Effective Load Carrying Capacity）作為衡量有效容量充裕度的指標，其中關鍵的參數為供電可靠性。高供電可靠性依賴于高可靠的電網架構、足夠充裕的電源供給，同時也必然帶來高系統(tǒng)成本并由終端電力用戶支付。盡管對高供電可靠性的訴求一致，但不同地區(qū)、行業(yè)、用電類型對供電可靠性的支付意愿、支付能力存在較大差異，因此公共事業(yè)部門需要綜合各方訴求，一般按照十年里停電不超過一天為設計邊界，制定技術、經濟可行的供電可靠性指標。
從具體地區(qū)的實踐來看，ERCOT基于不同場景測算動態(tài)調整系統(tǒng)容量備用，2020年冬季備用容量2481萬千瓦，為預計系統(tǒng)最大用電負荷的43%，而2021年春季備用容量2411萬千瓦，為預計系統(tǒng)最大用電負荷的37%；CAISO(California Independent System Operator) 市場按照月度必開機組容量的15%確定系統(tǒng)運行備用容量，其中6%為應急備用容量，9%為補償電廠計劃外停機和超歷史平均負荷用電，自2004年確定該參數后一直未做修改。
以10年期來說，上述設計可有效保證系統(tǒng)有效容量的充裕度。同時，短時電價的暴漲雖然超出預期，卻也形成了激勵價格信號引導電源投資。但是，在面臨極端天氣、極端社會事件的情況下，以經濟性優(yōu)先的市場設計理念難以保障系統(tǒng)安全，進而引發(fā)停電。
2、供需矛盾的緩解取決于
終端用電主體是否感知和接受批發(fā)市場的價格
美國電力市場設計中，大部分的中小電力用戶，如小微企業(yè)、居民用戶，因為專業(yè)和經濟能力限制并不直接參與電力批發(fā)市場，而是依靠售電公司（Electricity Retailer）的電力零售業(yè)務購買電力。在實際執(zhí)行中，售電公司為電力用戶提供的零售套餐種類繁多，以AEP Central輸配電區(qū)域為例，可供選擇的零售套餐超過300種。在不同的零售套餐中，并不是所有的套餐均能反應電力批發(fā)市場價格信號的變化，特別是在價格波動較大的區(qū)域，中小電力用戶通常考慮價格相對穩(wěn)定的零售合約，并不能如實反應短期電力供需的緊張，引導其用電行為。
但是，市場化需求側響應的推廣應用在一定程度緩解了電力供需的矛盾。以CAISO市場為例，2020年經認證的負荷集成商承諾響應量為148萬千瓦。停電事故期間，價格飛漲也帶來實際需求響應量最高已達到了承諾響應的80%，高于年度平均水平，并在一定程度上緩解了供給的緊張程度。
3、用電成本是否降低取決于
電能量價格和輔助服務價格的綜合影響
在成熟電力市場中，終端電力用戶的用電價格通常由批發(fā)側電能量價格、輔助服務電價、輸配電價以及政府性資金構成。近年來，隨著可再生能源的快速發(fā)展，歐美電力現貨市場的電能量平均價格呈現逐年走低趨勢，但是輔助服務成本和輸配費用不斷提高，終端用戶的用電價格并沒有明顯下降，甚至呈上漲趨勢。
以德國為例，隨著可再生電力占比的提高和燃煤裝機的大量退役，系統(tǒng)平衡主要依靠高成本電源和跨國電網，系統(tǒng)調度機構為每年平衡系統(tǒng)付出的成本已超過15億歐元并呈上漲趨勢，輸配費用較2010年上漲超過30%。
以ERCOT市場2月16日實時市場價格為例，如圖7所示，在大面積停電事故發(fā)生的情況下，僅包含電能量成本的實時節(jié)點電價（LMP，Locational Marginal Price）發(fā)生劇烈波動并在部分時段接近零價；實時結算電（SPP，Settlement Point Price）還包含了15分鐘在線備用價格（15 Minute Online Reserve Price）和實時在線可靠性部署價格（Real-Time Online Reliability Deployment Price），大量機組停運使得備用容量價格已經突破限價，導致結算電價基本維持于最高限價水平。
同時，電力批發(fā)市場的電能量價格并不完全由現貨市場的價格決定。對于直接參與批發(fā)市場的市場主體來說，中長期合約的價格和在總購用電量中占比將很大程度影響實際的購電成本，甚至成為影響批發(fā)市場主體是否破產的關鍵要素。在本次得州停電事故中，部分零售用戶因為簽署了大比例暴露在批發(fā)市場中的零售合約，導致需要支付巨額電費；部分售電公司因為代理用戶負荷被強制切除，導致大比例中長期合約在現貨市場中被強制拋售，卻因現貨價格高漲遠大于中長期合約價格而大幅盈利；部分發(fā)電商因為事故停運無法按照中長期合約交付電力，需要在現貨市場高價買入發(fā)電容量以補償合約主體，導致大額虧損甚至面臨破產。
4、對我國電力市場建設的啟示
在習近平總書記“四個革命、一個合作”的能源安全新戰(zhàn)略指引下，我國新一輪電力體制改革快速推進并取得矚目成就。在供電可靠性方面，根據國家能源局發(fā)布的2020年上半年信息顯示，全國平均供電可靠率99.8869%，同比上升0.0323個百分點；用戶平均停電時間4.94小時/戶，同比減少1.38小時/戶，其中故障平均停電時間2.45小時/戶，預安排平均停電時間2.49小時/戶；用戶平均停電頻率1.24次/戶，同比減少0.18次/戶，其中故障平均停電頻率0.87次/戶，預安排平均停電頻率0.37次/戶。整體處于較高的水平，并持續(xù)提高。
我國電力系統(tǒng)可靠性長期處于較高水平，既離不開我國有關主管部門長期以來對安全的高度重視，也離不開電力系統(tǒng)高強度管制體系對科技研發(fā)、資源統(tǒng)籌的力度。但是，隨著市場化建設的深入推進，政府職能的持續(xù)轉變以及市場在電力系統(tǒng)投資、運行中的主導作用凸顯，如何兼顧安全與市場的發(fā)展將會是我國電力市場的重大挑戰(zhàn)。
