罕見的寒潮天氣在2021年2月份席卷了美國得克薩斯州，得州電力系統遭受重創，數百萬用戶斷電、電價飆升、電力運營商申請破產，造成了大量的人員傷亡和財產損失。得州新能源發電系統在極寒天氣中大范圍停擺，風力發電量約下降60%，光伏發電量約下降68%，核電及煤電的發電量分別下降26%和28%。天然氣發電在關鍵時刻發揮了“頂梁柱”作用，發電量上升約158%，彌補了大量電力缺口。

本次得州大停電事件的主要原因是其電力設施無法應對極寒天氣，能源系統儲備應急能力不足，以及獨立運作的電網系統無法得到充足的電力救援等。得州大停電事件暴露了其能源系統存在嚴重的安全隱患，反映出“減碳不能減安全”的必要性，凸顯了新能源與傳統能源融合發展的重要意義。近年極端天氣頻發，該事件對推進我國能源行業有序有效、安全可靠的清潔低碳轉型具有重要啟示作用。

01、事件經過及各類能源表現

2月中旬，低溫寒潮天氣席卷美國得州，導致交通受阻、航班取消、用電取暖需求激增。受嚴寒天氣影響，風力發電大面積癱瘓，部分天然氣電廠一度因缺少天然氣供應而無法正常運轉，電力供應嚴重不足。2月12－20日，得州數百萬家庭被迫輪流停電，一度約有400萬用戶得不到電力供應，對居民生產生活造成了嚴重影響，美國總統拜登于2月19日宣布得州處于“重大災難”狀態。電力批發價格在2月17日前后飆升至每兆瓦時9000美元的市場價格上限，導致部分電力用戶收到天價電費賬單。

1.1 事件發生前得州電力系統基本情況

得州地處美國南部、北緯25°～36°的溫帶和亞熱帶地區，該州冬季平均氣溫在0℃以上，氣候較溫暖。當地的建筑、公共服務設施的保暖性能較弱，電力設施也缺少抗低溫能力。得州的電力供應主要來源于天然氣、風能、太陽能、煤炭和核能等，天然氣發電和風力發電兩項占得州總發電量的68.1%。

在氣溫驟降前的2月1－7日，得州氣溫處于正常波動區間內，平均每日最低氣溫6℃、最高氣溫18℃，各類能源發電協調互補，電力系統每小時發電量均值為39176兆瓦時，總體保持在正常水平。氣電、煤電與風電起到了很好的互補作用，其中天然氣發電量占比29.9%，風力發電占比31.7%，煤電占比21.7%，核電占比13%，太陽能發電占比3.5%，水力發電占比0.2%。在風力發電量較高的4日和7日，天然氣和煤碳的發電量保持在較低的數值區間；而在風力發電量較低的1日和5日，天然氣和煤碳的發電量維持在較高的數值區間。傳統化石能源發電和新能源發電有效互補，維持了電網發電量的總體平穩（見圖1）。


回顧整個事件的發生過程，按照氣溫變化和各類能源發電情況，大致可以分為兩個階段。

事件第一階段：新能源發電遭受重創，天然氣發電起到頂梁柱作用

2月8－14日為事件的第一階段，得州氣溫驟降，由7日的零上8℃下降至14日的-17℃，7天內溫差達到25℃。得州約有60%的居民需要采用電加熱方式取暖，因此從8日降溫開始，當地電網負荷急劇上升。與此同時，各類能源受天氣或客觀因素的影響，表現各異。

風力發電：在正常天氣中，得州每日風力發電量與風力級數呈正相關趨勢，但從2月8日氣溫降至-2℃開始，連續多天的凍雨和降雪導致風力渦輪機等設施被凍，風力發電量開始呈斷崖式下降，直至氣溫在20日（第二階段結束）回升到零上4℃時，風力發電才逐漸恢復至正常水平。在此期間，風力發電量從2月7日每小時最高22305兆瓦時下降到8749兆瓦時，24小時內下降了61%。在2月8－20日的12天里，風電每小時平均發電量只有4895兆瓦時，與1－7日的12125兆瓦時相比，嚴寒天氣導致得州風力發電能力損失了約60%。

光伏發電：得州光伏發電在正常情況下每小時最大發電量能夠達到4100兆瓦時，且在12小時內呈正態分布趨勢。但從2月9日出現多云和陣雨天氣起，光伏發電量開始下降，在10－14日連續降雨、降雪的影響下，5天內每小時光伏發電量峰值的平均值僅為1318兆瓦時，與正常情況相比下降68%。

煤電：在正常天氣情況，煤電與天然氣發電、風力發電協調互補，保持高低區間合理交替運行。自2月8日起，煤電發電量一直保持在較高區間，2月8－15日，煤電每小時平均發電量為10819兆瓦時，基本處于滿負荷運轉狀態。

天然氣發電：自2月8日開始，為了彌補電力缺口，天然氣發電量開始猛增。在氣溫降至-17℃的14日，天然氣每小時發電量達到頂峰43976兆瓦時，占各類能源總發電量的65%；同一時間，按每小時發電量計，煤電為10759兆瓦時，占比16%；風電7642兆瓦時，占比11%；核電5140兆瓦時，占比8%。在2月8－20日的12天里，天然氣每小時平均發電量達到30209兆瓦時，與1－7日的11704兆瓦時相比，上升158%，天然氣發電在關鍵時刻發揮了“頂梁柱”的作用，彌補了大量的電力缺口。

事件第二階段：極寒天氣影響所有種類能源發電，電力市場價格飆升

2月15日，得州最低氣溫降至-18℃，最高氣溫僅為-11℃，創下當地數十年來的最低記錄。此后氣溫逐漸回升，20日前后，氣溫回到月初平均水平，居民用電量回落，各類能源發電恢復正常，本次事件結束。

從15日氣溫降至最低點開始，煤電機組因部分煤堆和設備凍結受到一定影響，2月15－18日，煤電每小時平均發電量為7863兆瓦時，下降28%。風力發電量在15日也降至最低，每小時僅有649兆瓦時，風力發電幾乎完全停擺。由于核電發電方式的特殊性，得州核電發電量很穩定，每小時發電量保持在5116兆瓦時的水平。然而，一旦冷卻水水管被凍，核電機組則會立馬停機。自15日起，低溫導致得州部分核電站的反應堆關閉，核電開始受到影響，每小時發電量降至3785兆瓦時，下降約26%。這一情況持續了4天，直到19日氣溫開始回暖，核反應堆重啟，核電發電水平才逐漸回升到正常數值。從18日氣溫回升、天氣轉晴開始，光伏發電逐步恢復至正常水平，但發電量不穩定，12小時內光伏發電量不再呈正態分布。20日后，煤電恢復正常，繼續高低區間交替，發揮調峰發電的作用。

2月14－15日，得州天然氣生產受到連續低溫和冰凍影響，產量銳減。據伍德麥肯茲Genscape系統估測，2月16日因結冰而損失的單日天然氣產量約187億立方英尺，約相當于美國天然氣日產量的1/5。嚴寒天氣和斷電導致壓縮設備癱瘓，部分地面輸氣管道凍裂或故障，從而影響了天然氣的正常供應。天然氣的斷供直接導致部分天然氣電廠停止運轉，天然氣每小時發電量在16日降至28919兆瓦時，與14日頂峰時期相比下降了34%。得州停電用戶數在2月16日也達到頂峰，一度有433萬用戶遭受停電影響。為了保持足量的氣源供應，得州不得不限制天然氣出口，要求所有天然氣優先用于為本州發電。

得州供電系統高度私有化，部分私有供應商實行浮動電價，通常情況下其客戶比選擇固定電價的客戶承擔更少的用電成本，但在本次突發事件中，電力供不應求，導致電價自14日起開始飆升。17日前后，電價達到9000美元/兆瓦時的市場價格上限，相當于每度電近60元人民幣，與正常情況相比飆升了100多倍，這導致部分用戶需要承擔巨額電費。在得州電力可靠性委員會（Electric Reliability Council Of Texas，ERCOT）的要求下，得州最大、成立時間最長的布拉索斯電力合作公司被迫高價購買替代電力，但用戶無力承擔巨額電費，導致該公司因此背負高達18億美元的債務。該公司不堪高額債務負擔，于當地時間3月1日向休斯敦聯邦法院申請破產保護。

02、得州大停電事件原因簡析

總體來看，本輪極寒天氣對得州的新能源發電系統造成了巨大的影響：風力發電能力下降約60%，一度幾乎完全癱瘓；光伏發電量與正常情況相比下降約68%；核電及煤電在極寒情況下發電能力受到影響，發電量分別下降約26%和28%。天然氣發電在關鍵時刻起到了“頂梁柱”的作用，發電量上升158%，彌補了大量電力缺口。但由于嚴寒天氣影響了天然氣生產，氣源斷供導致部分天然氣發電廠的發電能力受限。在本次事件中，得州電力設施無法應對極寒天氣，凸顯能源系統應急儲備能力不足，以及獨立運作的電網系統無法得到充足救援等是本次大停電事故的主要原因。

2.1電力設施應對極寒天氣的能力不足

處于溫帶和亞熱帶的得州，其電力系統缺少防寒措施，在寒潮來臨前沒有對設備投入相應的御寒裝置，導致得州在本次嚴寒天氣中幾乎所有能源種類的發電站都出現設施被凍的問題，從而影響正常運轉。具體來說，天然氣電廠因缺少燃料供應而受到影響；風力渦輪機被凍，導致風電機組無法供電；光伏面板被冰雪覆蓋，使光伏發電受到影響；煤電因部分煤堆和設備凍結受到影響；核反應堆冷卻水水管被凍，導致部分核反應堆關閉、核電機組停機。上述原因導致得州本次事件中一度有近30吉瓦的發電設備無法正常工作，相當于1/3電廠無法正常工作。

2.2用電負荷激增情況下應急儲備能力不足

得州氣溫常年高于全美平均水平，因此政府和能源公司對于極寒天氣缺乏準備，本次事件中電力系統不得不面對用電需求高漲和產能下降的雙重壓力。在氣溫極低的14日，得州電網負荷上升至約69220兆瓦，比近年冬季峰值高出約3200兆瓦，得州電力可靠性委員會雖然調動備用電廠以增加電力供應，但面對大量電力缺口，供電部門還是不得不進行有序限電。得州是美國最大的天然氣生產地，天然氣的生產規模可以隨著市場需求隨時變化。仰仗著豐富的天然氣儲量，當地工廠企業提前儲存應急天然氣的意識淡漠，因而應對緊急情況的能力有限，作為發電主力的天然氣電廠在本次事件中受部分斷供影響，部分能力無法得到有效發揮。

2.3獨立運作的電網系統未與其他州互聯互通

得州作為美國能源重鎮，長期以來其電力系統由數家私有的電力供應商、傳輸公司以及能源零售商組成，私有化程度高，而且獨立性強，這一點與美國其他大部分地區的互聯電網供電體系不同。因此，得州電網系統自成一體，如“孤島”一般獨立于美國供電體系之外。高度獨立的得州電網系統也基本游離于聯邦監管之外，在市場化的布局下，監管工作交予了非盈利組織得州電力可靠性委員會（ERCOT），致使在消費者用電保護、電網互聯互通、維護供電體系穩定和增強電網設施韌性等方面，缺乏有效的監管。各私營電力運營商以實現利益最大化為原則，忽略了對設備的定期維護、防寒保養以及應急預備等工作，造成得州在面臨諸如本次極寒天氣等極端情況時，電力系統全面癱瘓，而且其他州的電網系統也無法大量“輸血救援”。

03、對我國能源安全的啟示

風力、光伏等新能源發電系統在本次極端天氣中遭受重創，反映出“減碳不能減安全”的必要性；天然氣發電為快速彌補電力缺口做出了巨大貢獻，凸顯了新能源與傳統能源有序融合發展的重要意義。得州大停電事件啟示我們，我國在能源高質量發展的過程中，要在安全可靠的供應前提下，有序有效推進能源清潔低碳轉型。

3.1天然氣與新能源融合發展是新能源安全發展的可靠保障

天然氣不僅是向新能源過渡的橋梁，更是新能源發展的伙伴。得州停電事件凸顯出新能源在極端情況下的不穩定性，天然氣等化石能源發揮了重要替代作用。因此，在發展新能源的過程中，應科學合理地系統規劃風能、光伏、地熱和氫能等新能源與煤炭、石油和天然氣等傳統化石能源的分布和占比，充分考慮新能源或單一能源種類的不穩定性，實現各類能源有效互補、協調有序融合發展；研究極端情況下天然氣等傳統化石能源的保供方式，保障新能源發展的安全可靠，實現平穩有序的能源轉型。

3.2打造互聯互通的能源體系是提升互供互保能力的有效手段

得州封閉獨立的電網系統，在本次事件中將自己置于孤立無援的境地，反映出在能源網絡規劃建設中，強化底線思維的重要性。既要充分兼顧各地區、省、區的“靈活性”，也要保障全國能源網絡資源優化配置的“統一性”，加強企業間的互聯互通，打通主干管網與地方管網的堵點，提升能源基礎設施在災害、戰爭等極端情況下的互供互保能力。電網要面向所有發用電主體無歧視公平開放，在不同地區或區域市場間，因地制宜實現有效銜接。

3.3充足的應急儲備設施是極端情況下能源穩定供應的重要條件

得州天然氣的斷供直接削弱了天然氣發電的能力，如果得州具有充足的儲氣應急能力，則極有可能避免如此大規模的停電事故。因此，從能源安全角度，加強油氣等礦產資源的儲備和調峰能力建設十分必要，電力部門應儲備充分的應急調峰電源，做好情景推演和應急預案，留出一定比例的調配空間，將部分準備退役或不具備經濟性的火電廠改造為備用電廠，并做好維護工作，用于極端情況下的應急保供。構建多元互補的能源供應體系，提升極端情況下能源安全的保障能力，這是保障國家能源安全的基本要求。因此，我國在加大國內油氣勘探開發力度的同時，也要豐富石油和天然氣進口來源，保證極端情況下能源的安全穩定供應。在構建以新能源為主體的新型電力系統過程中，要考慮可能存在的不穩定因素，留有適當規模的備用化石能源電源，應對在極端情況下高比例新能源可能發生集體失效的風險。

3.4完善政府職能是能源行業市場化改革健康平穩的關鍵一環

基于完全競爭市場環境下形成的得州電力系統在本次極端情況下暴露出很多弊端，例如私營發電企業缺少升級基礎設施以應對極端情況的動力，不承擔應急保障責任，導致關鍵時刻“量價齊失”。完全市場化所暴露出的問題也說明，能源行業在市場化改革中不僅要充分發揮市場作用，還應更好地發揮政府作用，將有效市場與有為政府結合，保證能源行業的平穩有序發展。針對電網及油氣管網這類自然壟斷環節，還應完善制度設計，重點聚焦信息公開、公平開放和成本監審，充實監管隊伍，提高監管專業化水平，加強集中統一監管，提升監管效能，充分保障能源安全和基本社會民生，走具有中國特色的能源行業改革之路。

3.5安全可靠是科學有序推進能源轉型的根本前提

在能源轉型的過程中要考慮實際國情，正確認識新能源不能連續穩定供電的弊端和大規模儲能的經濟性劣勢，正視我國現階段傳統能源在能源結構中的主體地位，不能搞“一刀切”，避免在新能源不穩定時出現“無能源可用，無能源可調”的局面。同時應加大對傳統化石能源的清潔化利用，增加資源的利用層級，提高資源的利用效率，科學合理地規劃產業布局，發揮傳統化石能源“穩定器”的作用。另外，應加強國際間交流合作，吸取其他國家寶貴經驗，加快對煤炭地下氣化、碳捕獲利用與封存（CCUS）等技術的研發和突破，實現高碳能源的低碳化利用。要立足“碳達峰”和“碳中和”目標，強化頂層設計，在充分研究和統一協調下，制定安全可靠、科學合理的具體實施路徑。

題目：美國得州停電事件對我國能源安全的啟示

作者：范旭強，吳謀遠，陳嘉茹，張鵬程，蘭孟彤

作者單位： 中國石油集團經濟技術研究院

刊登期號：《國際石油經濟》2021年第3期