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，全州大部分地區都創下了新的低溫紀錄，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在較冷的條件下變得更加低效，建筑物和系統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。由于像醫院這樣的重要基礎設施往往位于較富裕的社區，許多貧困和少數民族地區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。由于對水系統的影響，情況變得更糟。由于供水系統依賴電力供應，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。

　　能源系統的結果不是在真空中發生的，而是由政策制定者和行業的長期決策決定的。雖然天氣條件極端，但能源系統的故障將導致許多關于電網規劃的討論。

　　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調問題。

　　電網可靠性規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，夏季電力系統的峰值需求可能不再是大多數電網規劃的驅動因素。相反，管理冬季的能源系統峰值需求可能需要推動規劃和投資——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。

　　雖然一次能源系統造成停電的原因是系統規劃，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、氫、氨等。輸電和儲能當然可以發揮關鍵作用，通過更廣泛的互聯和高壓輸電走廊來建立區域彈性。

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　　來源：賢集網

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