“得州与我国南方部分省份限电事件”对比分析与启示建议
Expert Analysis
“得州与我国南方部分省份
限电事件”对比分析与启示建议
岳灵1，郑雅械_黄河手抄报
(1.国网冀北电力有限公司经济技术研究院，北京100053; 2.中国宏观经济研究院
能源研究所，北京100038)
摘要：2020年冬至2021年春，受极端寒潮天气影响，中国南方部分省份和美国得州 相继发生限电事件，引起社会广泛关注。本文从外在诱因、内在系统缺陷、事件根本性
质、造成影响程度、电网支援能力、市场作用程度等维度进行了对比分析，并从提升电力
系统灵活性、发展可再生能源、重视原料供应风险、加强应急能力建设和推进电力市场化
改革等方面，提出了有关措施建议。
关键词：大停电；电力安全，可再生能源，电力市场
中图分类号：F416文献标识码：A文章编号：1003-2355-(2021)05-0022-07
Doi:10.3969/j.issn. 1003-2355.2021.05.004
Abstract:From the winter of 2020 to the spring of 2021, due to the extreme cold wave weather, some provinces in southern China and Texas in the United States have successively experienced power rationing incidents, which aroused widespread public concern. This paper conducts a comparative analysis from the dimensions of external incentives, internal system defects, the fundamental nature of the incident, the degree of impact, the power grid support capacity, and the degree of market effects. This article also proposes relevant measures in terms of improving the flexibility of the power system, developing renewable energy, attaching importance to the risk of raw material supply, strengthening emergency capacity building, and advancing the reform of the power market.
Key words:Blackout; Electricity Safety; Renewable Energy; Electricity Market
2020年冬至202]年春，受极端寒潮天气影响，中国南方部分省份和美国得州相继发生限电事件，引起社会广泛关注。对比两起事件，虽然两个地区地理纬度相近、气候条件相似，但背后的深 层次原因有所不同。为此，本文从外在诱因、内在系统缺陷、事件根本性质、造成影响程度、电网 支援能力、市场作用程度等维度进行了对比分析，提出我国能源电力发展的启示与建议。
三教九流是什么
-、2020〜2021年冬春中、美部分地区限电事件回顾
美国当地时间2月14日起，寒潮席卷美国中南部，得克萨斯州出现30年来的最低气温，部分 地区气温降至-181：。极端天气导致得州电力需求突增，2月15日凌晨1时25分，得州电力可靠
收稿日期：2021-05-13
作者简介：岳昊（1985-)，男，博士，高级工程师，从事能源经济领域研究。
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《中国能源》（月刊）2021年第5期
性委员会（ERCOT)宣布，要求公共事业公司对用户实施短期轮流停电方案以减少用电需求，避免更持久更大规模的停电事故。但据后续报 道，部分地区已连续停电数天，超过400万户 家庭受到停电影响。
2020年12月，中国南方地区受大范围寒潮、工业生产快速恢复等因素影响，用电需求 快速增长，部分地区短时间内电力供应偏紧，煤炭、天然气资源局部供应紧张，湖南、江西、浙江等地相继发布有序用电或限电通知。2020 年12月8日，湖南省启动有序用电，要求各类 工商企业主动错峰生产。202
0年12月15日，江西省实施可中断负荷和有序用电措施。2020 年12月14日，浙江省及多个地市发布通知，要求气温在三摄氏度以上时，政府机关不得开空调，部分地区对企业生产进行限电。
二、两次限电事件的原因与影响对比分析
2022春节祝福语(一）外在的诱发因素相同：极寒天气导致 电力需求突增
得州处于多气候带交汇地区，往年冬季气候温暖。据美国能源部报告，2021年2月以来，北极气团开始影响美国中部，极寒天气从加拿大边境一直延伸至得州以南，得州气温一度降到-19°C，为1989年以来最低。由于当地冬季 采暖主要采用电供暖，极寒天气拉动用电负荷
来源：ERCOT accessed via NRGSTREAM.增长远超预期。2月14日晚19〜20点，得州电 网负荷急剧攀升，最终创下6920万k W冬季用 电高峰记录。
2020年入冬后，较强冷空气进入浙江、江 西、湖南等中东部省份，12月1〜18日平均气 温同比降幅达23%~43%，推升当地空调负荷需求，加剧工业、居民用电，拉高高峰用电负荷水平。2020年12月14日，华中全网最高用电负荷达到14428万kW，同比增长21%，创冬 季新高，当日湖南、江西电网最高用电负荷分别达到3150万kW、2548万kW，均为冬季新高，较2019年同期分别增长35.43%、17.8%。
(^kW) ■夏季■冬季
3500「
2016 年2017年 2018年 2019年 2020 年
图2 201 6〜2020年湖南夏季.冬季最大负荷
除极端天气因素外，后疫情时期工业生产快速恢复拉动用电增长，也是另外一项推高负荷的重要因素。2020年下半年以来，我国疫情 防控成效明显，全社会用电需求保持较高增长，2020年丨丨月、12月用电量，更是以9.4%和 7.3%的增速连创全年新高。2020年12月，湖 南、江西、浙江规模以上工业增加值同比增长8.4%、9.3%和10.2%，分另IJ比全国平均水平高1.1个、2个和2.9个百分点。
(二）内在的系统缺陷相同：电力系统灵活 性不足
得州电力市场仅有单一电能量市场，没有 容量市场。容量市场可保证发电容量储备，以 确保电力系统能够满足负荷高峰时段的电力需
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求。尽管ERCO T认为需要引入需求侧措施来维持电网的稳定，但得州公用事业委员会的监管机构认为电力市场运行良好，目前无需改变 市场设计。另外，得州的需求侧响应仍然处于较为初级的阶段。目前，除了要求用户实施自愿节能以外，几乎没有有效的技术和商业机制使得负荷供应商在负荷高峰时段将其所服务的用户需求降低至可控水平。
随着我国能源结构向清洁化、低碳化转型，以及城镇化、电气化进程不断推进，电力系统 “双峰”“双高”特性明显，灵活性资源不足问题逐步凸显。在湖南电源方面，2016〜2020年，湖南电源装机增长794万kW，具有显著波动性和间歇性的风光电源贡献率分别达到57%和 45%，冬季更易受覆冰和阴天影响。火电受环保约束以及全行业亏损影响，对“十三五”装机 增量的贡献率为-7%，装机容量由2322万kW 下降到2269万kW。电网方面，湖南电网仅通过3回500 k V交流及1回祁韶特高压直流与省 外联络，受电通道能力600万kW。受湖南省500 k V交流断面转供能力、交直流耦合、暂态 稳定问题等因素影响，接受外来电力能力无法满足负荷增长的需求。负荷方面，2020年湖南 的三产和生活用电合计占比高达45.7%，远高 于全国30.7%的平均水平。最大日峰谷差高达1500万kW，峰谷差率接近50%，见图4。需 求侧响应仍多以“有序用电”的行政型手段进行 开展，不能灵活跟踪负荷变化的问题不断显现。
(MW)
35000r
—2020年最高 一2020年最低
—2019年最高 —2019年最低
30000
25000嫉妒心
20000
15000
5000 -
Q ________________|_______________1________________|_______________|_______________|_______________|
金婚 银婚
I月1日3月1日5月丨日7月1日9月1日11月1日12月1日
图4 20U)年和2020年湖南日最高.最低负荷曲线
(三）事件的根本性质不同：“黑天鹅”与“灰犀牛”
得州电网限电主要原因是由于小概率的极端天气事件导致机组故障，进而导致电力供应不足。截至2021年1月底，得州电源装机结构 中，火电占比64%，风电光伏占比29%；当月 发电量结构中，火电占比60%，风电、光伏占 比 27%。
(1) (2)
图5 2021年1月得州装机容量结构（1)与
发电量结构（2)
2016年
火电
2017年 2018 年2019年
图3 20丨6〜2020年湖南省电源装机结构
在百年一遇的寒潮来临前，美气象部门早
已发出寒潮预警，但相关企业仍然没有做好预
防措施，用于地下抽取天然气的电动泵被冻住，
天然气管道运输冻结。天然气供应量的急剧下
降，导致全州近三成天然气机组无法工作。大
量的机组脱网导致系统频率快速下降（图6)，
为防止更严重的事故，E R C O T不得不宣布进人
最高级别能源紧急状态（EEA3)，实施轮流停
电。据E C R O T报告，2月17日仍有4300万
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kW机组脱网，其中包括因天然气供应中断而无 法发电的火电机组2750万kW，因严寒被冻住 的风电和因严重阴天限制发电的光伏机组1700 万kW，分別占总装机的32%和20%，造成最 大约2900万k W的供给缺口。
60.2
60.1
60.0
59.9
59.8
59.7
59.6
59.5
59.4
59.3
59.2
1:23 1:33 1:43 1:53 2:03图6得州发电机组停机导致频率失稳
我国的限电事件实际上属于区域性、时段 性电力供需失衡，是当前能源行业供应与需求结构性矛盾、
发展与环境矛盾叠加所造成的。在此次限电事件中，除了负荷侧增长超预期原因外，供给侧的电力供应不足加剧了电力供需失衡。一是本地机组电力供应不足。湖南省迎 峰度冬用电高峰期间，火电机组已达满发状态，难以应付极端情况；冬季受枯水期水位下降影响，水力发电供给下降。江西省2020年省内火 电利用小时5144 h，位列全国第二，风力发电 机大规模覆冰停运，约占风电装机容量的20%。二是外受电能力有限。湖南能源供给对外依赖性高，外受电力占比达19.2%，电煤对外依存度超过80%。受制于电网“强直弱交”问题，祁 韶直流送电400万kW，远低于其设计的800 万kW输送能力。三是机组故障停运及电煤供应偏紧。湖南岳阳电厂、宝庆电厂机组相继故障停运，影响电力供应102万kW。煤炭需求增 加明显，电厂存煤快速下降。与湖南和江西的电力供应偏紧不同，浙江电力供应能够保障全省电力需求，限电主要是为了完成“十三五”能 源“双控”目标。
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，虽然当地电网备用了 1300 万k W的机组（约占总装机15%)，但极端天气导致了发电厂原料供应中断，进而引发了这次限电事件，是一次小概率的“黑天鹅”事件。我 国早已摆脱了电力建设滞后造成的电量短缺时期，近年来能源供需总体宽松，但几乎每年迎峰度夏、度冬期间都会遭遇程度不一的区域性、时段性电力缺口，这次限电事件也是积累的能源结构潜在性风险的又一次爆发，可以说是一次大概率发生的“灰犀牛”事件。前者考验了一国的能源应急能力，后者更关乎长远能源转型的成效乃至成败，“灰犀牛”比“黑天鹅”更值 得关注。
(四）造成的影响程度不同：灾难与平稳
美国得州限电事件造成的影响范围大、停 电时间长、波及人口多、经济损失重，已经威 胁到了整个国家和地区的能源安全和社会稳定。电力供应短缺引起了电力现货批发价格飙升，大量私营电网运营商“兜底”能力不足。据 美国能源部报告，自2月14日实施限电措施以 来，得州停电用户数量于2月16日达到最大共 450万户，约占总用户数的17%。部分用户连续断电超过72 h，日常生活受到严重影响，极 寒天气、停电、缺乏取暖措施等造成多人罹难。大规模停电导致得州采油采气、炼油生产中断，
(M户）
5〇■得克萨斯州 ■路易斯安那州
4.5
4.0
3.5
3.0
钓虾
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
^^^^^^^々vvvvvvvvvvv
图7得州受影响的停电用户数
《中国能源》（月刊）
2021年第5期
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进一步恶化了天然气短缺，16日得州天然气日 产量较2020年底下降约17%。停电还致使在得 州设厂
的部分全球知名半导体公司停产，加剧 全球芯片短缺。2月20日，美国总统拜登宣布得州进入重大灾难状态。
2020年12月，我国南方部分省份采取的有 序用电措施，坚持“保安全、保民生、保重点、不拉闸”“先生活后生产”等原则，实施“一天 一策”“一企一策”，按照预案有计划组织工商业企业采取错峰生产、避峰让电，保障了居民生活用电和公共领域等重要用电不受影响。有 序用电期间，湖南、江西最大错避峰电力分别为305万kW、102万kW，均为工商业负荷，用电紧张地区居民生活用电基本未受影响，能 够保障用电平稳。
(五）电网的支援能力不同：独立与互济
得州是美国本土48个州中唯—个电网独 立的州，与外部互联弱，电网互济能力差，限 制了事故中和事故后对得州的电力支援。得州 电网与外部仅通过两条共计82万kW的联络线 与S P P相连，三条共计43万k W的联络线与墨 西哥电网相连，外受电比例仅占此次最大负荷的  1.8%。与周边电网联系薄弱，这导致一旦本地电网供电能力不足，难以从其他地区购买电力及时支援，只能采取切负荷、限电等不得已措施解决。而且美国电网管理体制松散，缺乏 统一调度，众多电力公司之间调度难度大，紧 急事故下相互支援能力有限，难以组织大范围资源配置。
我国发生用电紧缺后，借助电网集中管理的制度优势，能源主管部门及电网企业迅速采取措施，一方
面通过省外电力支援湖南130万 kW，三峡增发增送湖南155万kW，湖南用电高峰时段整体受电能力达580万kW；另一方面 优化电源调度，提尚小水电商峰时段发电能力，实施抽水蓄能机组、无功补偿装置替代省内火电支撑，释放火电机组旋转备用；同时深度挖 掘电网供电潜力，提升湖南电网受电能力40万 kW，提升湘西南电源外送通道送电能力40 万kW，集中开展厂用电优化调用，最大提升上 网电力20万kW；另外加强煤电油气运行调度，积极协调山西、陕西等地煤炭铁路运力。通过 这一系列有力举措，以最快速度缓解了湖南、江西等地出现的电力供应偏紧局面。
(六）市场作用的程度不同：市场与政府
得州是全美电力最市场化的地区之一，ERCO T使用稀缺定价机制来激励新增容量投资，确保电力系统可靠性。以去掉容量市场来 换取更便宜的日常电价，在极端情况下，电价 畸形式暴涨实际上是必然事件。在此次极端天气影响下，得州因供电严重不足，系统备用短缺，供需严重不平衡，电力批发现货价格暴涨。2月17日，部分地区停电超过60 h，电力现货 价格达到系统上限的每兆瓦时9000美元，是平 时的1〇〇倍以上。美国电力市场零售电价一般采用固定电价或分时电价制度，只有得州等电力市场引入了 “批发指数费率”，使零售电价与 批发电价的变化直接挂钩。大多数以固定价格向电力零售商购买电力的用户，可以避免价格暴涨带来的高额电费，但选择可变电价套餐和指数电价套餐的用户，短时间内将要承受价格暴涨的压力，受到冲击较大。
我国目前尚在电力改革进程中，市场化程 度不高，电力市场配置资源的决定作用并未充分发挥。去年冬季，部分省份采取行政手段实施有序用电，虽然有力保障了用电秩序和电力平稳运行，但目前这些有序用电举措时效性不足，用户体验不佳。或许依靠“价高者得”的市 场之手能够缓解此次用电紧张，但得州的教训表明，电力市场机制设计是一个系统性问题，不能顾此失彼，否则就会“按下葫芦起来瓢”。需要结合分时电价、容量市场、辅助服务市场
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