德克薩斯州的嚴冬天氣造成了自從2003年美國東北部和中西部大停電以來美國最嚴重的能源短缺。數以百萬計的人遭受停電，在嚴寒地區(qū)停電時間經常超過24小時。

　　天氣狀況正在破壞關鍵的基礎設施，在全球發(fā)生冠狀病毒疫情的進一步壓力下，國家應急服務已經緊張了一年。

　　它還強調了服務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。正如我們在去年夏天加州發(fā)生的相對較小的滾動停電之后所提醒的那樣，電網故障是復雜的，在診斷問題和制定解決方案時需要耐心。然而，目前所了解的情況表明，在正在進行的能源轉型期間，需要對能源可靠性、能源安全和風險采取新的辦法。

　　即使在事后分析處理這些問題時，電網運營商和公用事業(yè)工作者為維持電力供應所做的艱苦工作也很重要。

　　暴風雨和停電

　　當前危機的直接原因是影響美國大部分地區(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重，全州大部分地區(qū)都創(chuàng)下了新的低溫紀錄，所有縣都受到了冬季風暴警報。就嚴重程度而言，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議，但預計氣候變化將產生更多類似的冬季天氣，加劇未來的可靠性擔憂。預計它還將產生更熱的天氣，增加德州解決問題的復雜性。

　　嚴寒導致了幾乎史無前例的電力需求。由于寒冷冬季的稀少，美國中南部的企業(yè)和居民消費者主要依靠電力取暖。大多數現有的電加熱系統(tǒng)在較冷的條件下變得更加低效，建筑物和系統(tǒng)往往沒有很好的絕緣或“過冬”。因此，德克薩斯州的電力需求在冬季條件下比其他州增長更快。

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

　　風暴來襲時，電力需求猛增，許多發(fā)電廠遭遇停電。德克薩斯州的電網運營商ERCOT公司啟動了負荷削減，以防止電網完全崩潰。盡管這些被稱為滾動停電，這是對電網緊張狀況的正常反應，但實際情況是，強迫發(fā)電停電非常嚴重，運營商已為許多用戶斷電24小時或更長時間。由于像醫(yī)院這樣的重要基礎設施往往位于較富裕的社區(qū)，許多貧困和少數民族地區(qū)似乎遭受了不成比例的停電。

　　在這場危機的大部分時間里，減少了約為15-20GW負荷，大致相當于新英格蘭的平均電力需求。在全國范圍內，風暴導致450多萬用戶斷電，其中絕大多數在得克薩斯州。

　　由于許多家庭沒有足夠的隔熱材料，數以百萬計的人遭受了接近冰點、危及生命的室內條件。由于對水系統(tǒng)的影響，情況變得更糟。由于供水系統(tǒng)依賴電力供應，因此受到嚴重影響。凍結和破裂的管道進一步加劇了這種情況。

　　能源系統(tǒng)的結果不是在真空中發(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)的故障將導致許多關于電網規(guī)劃的討論。

　　許多市場參與者的表現表明，這種模式是不夠的。盡管這場風暴特別嚴重，但并非完全是史無前例的。整整十年前，得克薩斯州因一場冬季風暴而連續(xù)停電。來自那次事件的大多數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。

　　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停電相比，來自電網運營商的通信受到限制，而且不一致。該州的大多數人似乎沒有意識到停電的風險，因此措手不及。

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

　　能量轉換過程中的能量可靠性

　　展望未來，這些中斷應該為所有能源市場敲響警鐘。自從2014年的極渦之后，當強迫停電幾乎造成東海岸的滾動停電時，國家電網本應準備好處理氣電和電水協(xié)調問題。

　　電網可靠性規(guī)劃過于注重確保充足的電力供應，主要是在夏季條件下。由于太陽能和電池的廉價性和未來的普遍性，夏季電力系統(tǒng)的峰值需求可能不再是大多數電網規(guī)劃的驅動因素。相反，管理冬季的能源系統(tǒng)峰值需求可能需要推動規(guī)劃和投資——即使在德克薩斯州也是如此。關注需求也將是關鍵，從更好的絕緣到需求方參與能源市場，甚至運營都是必要的。

　　雖然一次能源系統(tǒng)造成停電的原因是系統(tǒng)規(guī)劃，但毫無疑問，這對能源的選擇和組合有影響。氣候化對所有能源都至關重要，美國應考慮國家或地區(qū)標準。

　　天然氣通常被認為是一種固定和可調度的資源，由于其準時交付，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，但風能和太陽能似乎不適合滿足大型、罕見的寒冷天氣需求。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、增強的地熱系統(tǒng)、氫、氨等。輸電和儲能當然可以發(fā)揮關鍵作用，通過更廣泛的互聯(lián)和高壓輸電走廊來建立區(qū)域彈性。

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　　來源：賢集網

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