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美国得州停电事故:360天低电价享福VS5天黑灯受罪

日期:2021-02-23    来源:财新网  作者:张树伟

国际电力网

2021
02/23
08:36
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关键词: 电力工程学 电力系统 得州电力市场

美国得州的停电事故,从2月15日开始发酵,其直接的技术性原因正逐渐清晰。2021年2月10日以来,美国多地出现暴风雪,处于温带/亚热带气候区的得克萨斯州温度一度低到几十年未见的零下10度,甚至更低。电力需求因为采暖等需求攀升。糟糕的是,能源基础设施,特别是天然气管道受冻无法正常运转,导致系统发电资源(天然气、核电、风电)出力严重不足,无法满足需求。这些情况,读者都可以从该州电力系统运营商ERCOT网页实时了解到。

ERCOT最近的容量备用预计是15.5%,这在正常情况下并不低,但极端小概率事件发生了。一个典型的电力工程学问题是:给定需求与供给侧的诸多程度不同的不确定性,应该在各个时间尺度(小时/天/季度/物理备用)上安排多大的冗余(供给减去最大需求),才能实现一个“理想”的电力保障程度(比如年停电5小时以内)。这个“理想”,显然是个成本与保障程度的权衡,不可能堆上无限的资源保障“万无一失”,也不能一点余量没有运行中动辄“切负荷”。15.5%的备用率,从历史经验看,的确可以应付大部分的不确定程度。因此,从整体上讲,这一停电倒没有可归因于人与工程规则的“不正常”,属于“天灾”,特别是被冻住的管道与机组——百年一遇。事后诸葛亮(hindsight)可以看得很清楚,但是事前没有可能。这是整体理性。

但是,必须看到,停电的电力工程学之外的讨论正变得日益复杂。限电人群遭罪、得州的极化党争、甚至参议员躲避低温跑去墨西哥坎昆(度假胜地)都撩拨着人们的神经,刺激着各种复杂的情感。各种群体开始关注、评论甚至“消费”这场危机,从不同的角度。比如国际能源署(IEA)称人类面临日益不稳定的气候系统下基础设施的弹性与安全保障;著名诺贝尔奖获得者保罗克鲁格曼对共和党人直接开骂——骗子、人渣,等等。

虽然这些都有合理的成分,但比较来看,得州电力市场中的各种规则安排,发电机组“最自由”,其批发电价水平也是世界上最低之一。相比其他的竞争性电力市场,这个市场中没有容量市场(指某些发电机组在不确定的电力市场中获得的稳定收入,以保证电力系统在高峰负荷时有足够的发电容量冗余)不强制参与日前交易,允许虚拟交易(Virtue Trading,不发电也能参与买卖)。可以讲,电源的自由度是非常大的。正常情况下,这意味着激烈的竞争、便宜的电力以及对市场机制安排的充分信心。

得州是美国相对富足而自给自足的州,人均GDP超过6万美元,家庭收入中位数也超过6万美元。市场批发电力价格,2019年只有3.8美分/度,2020年更是低到了2.2美分/度,可以说是世界上最低的电价之一。相应的,得州一个典型家庭,年用电量超过1万度。即使不考虑低电价带来的低廉消费品价格,其年度电力消费支出在1500美元左右。从消费者负担的角度,中位数家庭,每1万度电占其家庭收入的2.5%,也可以说是世界上最低之一。应该讲,在一年365年的360天,德州人民都是幸福的,就用电的畅快而言。但是无疑,2月份的这5天是难熬的。

得州“坚决”不与其他州联网,有代价但是也有好处。理论上,互联可以使整体变得更好(蛋糕更大),但是,无疑互联会产生明显的赢家与输家。比如中国电价比日本低。如果互联,那么中国的电价就会抬高,而日本电价就会有效下降,总体蛋糕更大了但是我们能够分到的“块”其实更小了。

互联了,自然就会受各种互动影响与传染,不能保持独立性,还抬高自身的电价。这是得州不与其他州联网的理性所在。

一句话,不互联还是为了保证自由。至于代价是否过大,那取决于何种价值观。但是,不能光说“吃肉”或者“挨打”的一面。

这关系到一个哲学与心理学问题——人们更在于经历还是感受?因为这5天的难熬,得州人民的福利水平(Well-being)与幸福感(happiness)是否大幅下降?幸福感下降几乎是肯定的,因为心理学实验表明:人们对于过去经历的事情,往往会压缩其时间维度,因此,更重要的不是持续时间,而是强度以及最终结果如何。尽管客观上,其福利水平并没有下降太多,给定5天只是一年时间份额的百分之一多一点。

相比较,中国电价是高昂的。作为一个对比,中国最富裕的北京市居民,人均收入中位数是7000元/月。一个家庭按照两个工作人口,消费1万度电的负担占家庭收入的3%。如果是一般的城市,由于收入水平低得多,负担当然也更重。一个得克萨斯的年轻单身汉,一个月可能花50美元的电费(300度电),同时可能也会消费50美元的电信费(无限流量)。换成一个北京的单身汉,可能其电信话费直接可以换个货币符号——50元人民币(无限流量),而其电费无疑将比直接换个货币符号要贵上1-2倍了。

电价高昂的基本原因,也在于系统中的“自由”——这一稀缺资源的分配极其不平等。在中国,电网调度具有无限的自由,仍旧是整个系统的指挥官。而发电机组几乎没有任何自由,它们在一年之内的发电量往往都不能自己决定,更不要说能够发多少电,挣多少钱了。同样,这种自由的过度不平等,也是中国电力系统可靠性的重大隐患。湖南、江西为了更多的备用率,牺牲广大发电机组发电挣钱的机会,非市场调度方式“停电”,给后者造成了巨大的经济损失。目前来看,由于调度在电网之内,电源企业与电网之间的矛盾激化。如果没有坚定的改革,系统安全性状况同样堪忧。

警惕脱离语境的发展可再生能源还是煤电的论战。概念化、符号化的讨论,将需要满足多种约束的电源发展问题简化为可再生能源VS煤电的论战。1千瓦煤电还是1亿千瓦的煤电,其结论可能一样吗?可再生能源发展存在方式问题,煤电更加存在方式问题,而不是到底发展哪个的问题。中国现在的突出问题是:煤电极端过剩还在继续上马,可再生能源不做“统一”市场安排,而搞“僵直特权”外送,损害发电企业与受电地区电厂利益。

中国电力系统如果不推进改革,那真的可能遭遇“黑天鹅”。中国新一轮电力体制改革,从2015年3月发端,现已走到第六个年头。6年来,我们时刻面临着垄断定位逻辑与经济竞争逻辑的碰撞。截至目前,前者依然占据主导地位。因此改革进展相对有限——这并不奇怪。必须在顶层设计中明确的是:电力部门作为一个“内循环”的部门,不需要中国特色,而必须坚持国际标准与方法论,将经济效率、而不是绝对控制权(你不控制,它也跑不了)放到第一位。电力部门是一个经济部门,需要变得经济化,在其他部门(比如IT、电信)跟国际纷纷脱钩的背景下,电力系统要逐步与世界“挂钩”——而现状是脱钩的。

电力系统是人造系统,不是复杂的不可控的人类系统——既不存在黑天鹅,也不存在灰犀牛。

灰犀牛、黑天鹅之类说法甚嚣尘上,已偏离其基本含义。一方面,这是其作者都没有想到的。黑天鹅作者的描述是那些不可预见的、却又有重大影响的事件,因此,没有什么“应对黑天鹅”一说,没法应对。另一方面,在历史上,黑天鹅作为一个物种,澳大利亚地区早已存在,根本不是“概率事件”,而只是知识的缺乏。作者的“黑天鹅”描述本身,也是事后诸葛亮的认知谬误。如果2020年疫情没有蔓延这么大,而是像其他一些疫情(禽流感等)在短时间内就有效消灭了,那么你还会认为它是黑天鹅事件吗?“事件本身是什么”都是一个需要扩张边界的问题——正如社会学家邓肯·瓦茨(Duncan Watts)所说“The more you want to explain about a black swan event like the storming of the Bastille, the broader you have to draw the boundaries around what you consider to be the event itself”。


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