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美国得州能源危机的前因后果

日期:2021-02-26    来源:伍德麦肯兹WoodMac

国际电力网

2021
02/26
10:20
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关键词: 得州电网 电力系统故障 美国电力行业

美国南部的严寒天气导致停电和天然气产量下降。我们可以从此次危机中吸取什么经验教训?

01、得州事故的原因

根据气象记录,圣安东尼奥2月份的最低气温-9°C,出现在1895年,格罗弗·克利夫兰总统任期内。2020年2月16日,该记录被打破。当一股从加拿大南下墨西哥湾的冷空气席卷美国中部之时,圣安东尼奥的气温创下了2月份历史新低-11°C。得州发电系统随之崩溃,数百万人无电可用,暴露出这一美国能源工业核心州的严重隐患。

得州事故必将被纳入政府及行业深究,但在第一周结束之际,灾难的轮廓已清晰可见。人们针对可再生能源在这场危机中的作用展开了大量的讨论,而现实情况是,电力系统故障在得州多处可见。大量发电装机容量无法使用的情况,令人颇感意外的是,最大的问题来自于燃气电厂。

灾难始于平流层极涡的干扰:即北极周围的空气自西向东循环。1月5日,平流层突然变暖:温度急剧升高,导致风速变慢,最终改变了方向。这使得被封锁在北极上空的极地冷空气逸出并流经整个美国。

这与全球变暖之间似乎没有明确的联系。自20世纪70年代以来,平流层突然变暖的趋势较为平稳,但20世纪80年代末至20世纪90年代末期间出现了一段奇怪的间歇期。这段间歇期可能使人们产生了突然变暖属于罕见事件的错觉,而实际上,这种情况平均每十年会发生六次,只是并不总会导致我们在上周看到的冷空气迅速南移的情况。

02、得州发电系统崩溃

能源市场上最清晰的警示信号来自于上周的天然气价格。由于温度下降,结冰现象严重,天然气生产作业停滞。随着供应趋紧,一些供应枢纽的价格飞涨, 美国中部天然气交易价格达到了600多美元每百万英热单位。而在本月初时,该价格尚不到3美元。

伍德麦肯兹美洲天然气团队研究总监Eugene Kim指出,“随着更多寒流的到来,价格将进一步上涨。得州的天然气井口没有为冰冻天气条件做好充分的准备,可能会发生断电情况,现场作业也可能因道路结冰造成物流问题而受阻。

得州开始下雪之后,周末出现了冰冻天气。电网运营商ERCOT被迫从周一上午开始采取轮流停电的方式,受影响人数达到数百万,许多地区停电持续数天。据伍德麦肯兹Genscape服务实时监控的ERCOT电网供电情况显示,在周日至周一之间,几乎所有类型的发电系统都遇到了这样的问题。

风电平均容量系数从19%降至14%,热电厂的平均容量系数也急剧下降。就Genscape所跟踪的电厂(占ERCOT总发电量的大部分)而言,天然气发电平均容量系数从52%降至43%,煤电平均容量系数从73%降至60%。甚至核电最大输出量也从94%降至75%。在异常寒冷的天气条件下,得州电力需求随着居民家用取暖需求上升而激增,而电力系统却无法应对平均容量系数下降所带来的冲击。包括路易斯安那州、阿拉巴马州和密西西比州在内的其他几个州出现了停电现象,但得州所受影响最为严重。

得州各电厂出现的问题多种多样,但共同问题是电厂设备故障从而无法充分应对极端低温情况。去年11月,ERCOT发布Seasonal Assessment of Resource Adequacy(季度性资源可用性评估),针对冬季严峻的天气条件建立了各种情景模型,但并未考虑到发电装机容量大规模崩溃的情景。

正如预期,停电使得天然气生产困难重重,反之又给部分发电厂带来更多的问题。据我们Genscape系统估测,在2月16日高峰时段,因结冰而损失的单日天然气产量约为187亿立方英尺,这大约相当于美国总产量的五分之一。天然气价格应势飙升,美国中部部分天然气交易的当日现货价格高达1,250美元每百万英热单位。

截止2月18日,有200多万用户已恢复通电,但仍有约30万人无电可用。气温回升将缓和用电危机。然而,为应对这场危机所付出的代价尚需时日计算,但可以预期的是,指责之声将持续更长时间。

03、危机下的挑战

极端低温在得州极为少见,但并非前所未有。2011年2月的寒潮曾导致数百万用户停电,但停电情规模、波及范围及持续时间都没有本次事件严重。联邦能源管理委员会和北美电力可靠性委员会的工作人员曾在相关事件报告中承认,预估应该花多少钱来维护电网运营以使其免受极端天气的影响非常困难,毕竟极端低温并未每年冬季都会出现。与此同时,报告补充道:“在许多情况下,所需修复和维护费用不会过分高昂”。报告中提出了多条建议,特别工作组也认为可以用更具经济有效的方式,提升电网应对寒冷天气的韧性。

在接下来的几周内,相关部门将对这些电网维护建议进行仔细审查。Genscape的ERCOT研究总监Rebecca Miller表示:“应对工作已经开展,但仍需更为广泛的市场推力。本周事件的启示是,得州电力系统中的许多利益相关者本可以采取更多措施以保障电力供应正常。”

这场危机还引发了人们对于美国电力行业朝着更多地依赖可再生能源和燃气电厂的向发展的质疑。伍德麦肯兹美洲电力和可再生能源研究总监Wade Schauer重点强调了核电厂和燃煤电厂逐步退役对于未来极涡事件的意义。在过去九天煤电和核电为保障电力供应发挥的作用,相当于美国需新增五倍于现有风电与光伏的装机容量才能实现,或需更倚重天然气发电。储能技术的进步有望解决该问题,但这也提醒着行业,在脱碳方面,我们还面对着大规模的挑战,尤其是在核电装机呈现长期下降趋势的情况下。

04、美国石油中断为市场趋紧的预期形成支撑

得州是美国石油和天然气出口大州,冰冻天气条件和停电造成的生产中断对全球市场产生了影响。不过,截至2月21日,供应问题已经逐步改善。

受到高昂天然气价格的刺激,天然气输送路径发生改变,致其无法进入墨西哥湾沿岸的液化天然气出口设施。得州Freeport LNG的液化列车从2月12日清晨开始停运,2月16日上午完全关停。进入美国液化天然气厂的原料气量从1月份的约100亿立方英尺/天下降到本周的约20亿立方英尺/天。

不过,随着天然气价格和电力价格回落,美国至欧洲以及美国至亚洲的航运套利窗口仍然敞开,出口商将大受激励并再次迅速提高液化天然气的产量。Genscape的红外热像仪图像显示,Cheniere Energy位于路易斯安那州的Sabine Pass设施已经完全复产。

石油的情况与此类似,受影响显著但时间较短。结冰情况使得美国周一的日石油产量减少了100万桶,但随着温度回升,产量可能会在几天之内完全恢复。

伍德麦肯兹宏观原油市场总监Anne-Louise Hittle指出,在对供求平衡趋紧的担忧日益加重的情况下,原油市场已经蓄势待发。人们对于结冰情况会长期影响石油生产的恐惧心理推动了油价上涨,周四布伦特原油交易价达到每桶65美元以上。考虑到本周油价上涨的情况下,欧佩克+在3月4日开会时可能会做出增产决定。


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