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美国得州2·15停电初步分析及其对我国电力市场建设的启示

2021-05-10 17:43来源:发电技术期刊作者:刘泽扬,荆朝霞关键词:电力市场电价电力现货市场收藏点赞

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摘要:2021 年 2 月 15—19 日,美国得克萨斯州(简称“得州”)电网出现了轮流削减负荷运行的停电事故,引起了全球广泛关注。介绍了得州电网、电力市场概况,以时间为主线梳理了停电事故的发生与发展过程,以及事故期间的电力市场运行状况,初步分析了事故中供需不平衡、高电价、财务危机三大问题产生的原因。最后,总结停电事故的经验教训,提出对我国电力市场建设的相关启示。

关键词:美国停电;削减负荷;电力市场;稀缺定价

0 引言

美国东部时间(下同)2021 年 2 月 15 日,受极端严寒天气的影响,得克萨斯州负责电网运行的独立系统运营商(independent system operator,ISO)——得州电力可靠性委员会(electric reliabilitycouncil of Texas,ERCOT)——发出能源紧急警报(energy emergency alert,EEA) [1] ,在所辖范围内启动轮流停电。ERCOT 在历史上只有 3 次启动过全州范围内的轮流停电,分别是 1989 年的 12 月 22日、2006 年 4 月 17 日以及 2011 年 2 月 2 日。

断电导致天然气供应链、水供应系统、交通系统等民生领域遭受重大破坏,伤亡事故频发。

美国能源部(department of energy,DOE)报告 [2-7]指出,最高峰时得州有超过 480 万用户无电力供应。随着发电侧可靠性调度机组投运、停运机组恢复正常,需求侧实施控制性负荷削减,ERCOT 维持区域内电力平衡并于 2 月 19 日恢复了峰值停电规模中 96%用户的供电,取消了轮流停电。

得州是全美最大能源生产、消费州,此次停电事故的发生引起了全球广泛关注。2015 年,中共中央、国务院发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》 [8] ,其中明确指出将保障电力可靠供应作为改革坚守的第一条基本原则。正确看待本次事件、吸取相关经验教训,对我国电力系统发展、电力市场建设具有重要意义。

1 得州电网与电力市场概况

1.1 电力系统概况

得州地处美国南部,如图 1 所示,得州电网与外部互联有限,运作基本上独立于美国东西部地区,不受联邦政府的监管。得州电网仅通过 2 回容量总计 820 MW 的直流联络线与西南电力库(southwest power pool,SPP)相连,3 回容量总计 430 MW 的直流联络线与墨西哥相连 [9] 。

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ERCOT 负责管理得州 2 600 万客户的电力供应和分配,覆盖了该州约 75%的面积和 90%的电力负荷。ERCOT 作为非盈利机构,运行职责包括保证电力系统可靠性,平衡供需并维持 60 Hz的系统频率,促成竞争性的批发、零售市场等 [1] 。

ERCOT 管辖范围内有超过 74 800 km 输电线路、超过 680 台发电机组,其中最主要的发电资源是天然气,其次是风力。得州现有装机总容量为107 514 MW,各燃料类型发电装机容量及其占比如图 2 [1] 所示。据统计,在 2021 年 1 月份实际发电量中,燃气发电量为 10 744 GW·h,占比 35%;风力发电量为 7 702 GW·h,占比 25%;燃煤发电量为 6 803 GW·h,占比 22% [6] 。

1.2 电力市场概况

得州自 1995 年开始电力市场化改革。1996年,ERCOT 成为全美第一个 ISO,电力批发市场试运行。1999 年,关于电改的参议院 7 号法案签署,得州着手建设以区域市场(zonal market)为架构的现货实时市场。2010 年,经重新设计,节点市场(nodal market)取代了区域市场 [10] 。

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图 2 各燃料类型发电装机容量及其占比

Fig. 2 Installed capacity and its proportion ofeach fuel type power generation

得州电力市场是单一能量市场(energy only market),未建立容量市场。为了在实时市场中反映备用资源的稀缺价值,ERCOT 于 2014 年引入实时备用价格增量(real-time reserve price adders,RTRPA),允许批发电价在系统资源稀缺时段陡升,从而使边际机组回收成本 [11] 。RTRPA 每15 min 计算一次,在安全约束经济调度后根据运行备用需求曲线计算得到,可表示为

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2 停电事故的发生与发展

2.1 能源紧急警报机制

ERCOT 设置了一套渐进的应急程序,目的在于避免运行备用不足时发生全系统的崩溃。当系统需要额外资源维持平衡时,ERCOT 会向市场参与者发布运行条件通告(operating conditionnotice);当运行备用分别小于 3 000、2 500 MW 且预期无法在 30 min 内恢复时,ERCOT 将通过热线或公告栏向市场参与者发布事件咨询(advisory)与监视(watch)通告 [12] 。

进一步地,当运行备用小于 2 300 MW 时,能源紧急警报(EEA)激活,此时允许使用稀缺条件下的限定资源。2021 年冬季 ERCOT 部署的备用资源包括响应备用服务(responsive reserve service,RRS)、紧急响应服务(emergency response service,ERS)、直流联络线进口、需求响应等,合计提供额外容量 2 800 MW [13] 。EEA 共分为 3 个级别,具体触发条件及系统操作步骤 [14] 如图 3 所示。

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2.2 事故过程

2.2.1 停电前兆

2 月 8 日,ERCOT 针对预期到来的极寒天气发布运行条件通告,2月 10日发布事件咨询通告,2 月 11 日发布事件监视通告。ERCOT 在负荷预测中宣称,如果气温持续下降,2 月 15 日上午将出现创纪录的电力需求 [15] 。ERCOT 经营区内发电厂收到极寒天气准备通知,要求审查燃料供应、实施冬季天气应对程序等。

原标题:美国得州2·15停电初步分析及其对我国电力市场建设的启示
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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