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中国电力系统如果不推进改革，那真的可能遭遇“黑天鹅”！——美国得州停电事故以及如何跟我们的事情“扒杆子”？文 | 张树伟
卓尔德环境研究(北京)中心（DERC）
contact@draworld.org
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，美国多地爆发了暴风雪，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要攀升。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，读者都可以从电力系统运营商ERCOT网页实时了解到。ERCOT网页：http://www.ercot.com/gridinfo/generation面对事实，人们往往倾向于寻找简单、确定性、单一的原因，试图去解释这个结果。我国停电了，众多媒体煞有介事的分析原因——需求增长太快了。这是令人难以信服的——电力系统平衡都保有20%甚至更多的备用的。美国得州停电了——人们对着冻住的风机叶片照片恍然大悟：原来是它不给力啊。从原因到结果，只需要一个理由，完全不需要问这个原因相关吗？足够吗？这是人的心理甚至生理本性所决定的。我国有句老话叫做“事后诸葛亮”（hindsight）——事后自己总认为自己事先就占到了正确决策预测的一边；经济与政治学者都很擅长“打赢上一次战争”[1]，并且在苏联解体之后纷纷给出了各种其解体不可避免的种种原因。《黑天鹅》作者塔勒布说，我们人类不断地自欺欺人，对过去的事情进行虚无缥缈的描述，并相信它们是真实的。这在心理学上称为“Narrative Fallacy”[2]理解的幻觉[3]。如果是普通大众如此理解，那倒也正常——这就是人性，依靠直觉以及“最小努力”原则去理解复杂、充满各种机缘巧合的现实。但是，我国的严肃媒体的公共专业讨论也是这个套路，不免就让专业读者翻白眼了。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，别乱打比方。灰犀牛、黑天鹅之类的说法甚嚣尘上，已经偏离了其基本的含义。一方面，这是其作者都没有想到的。黑天鹅的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，没有啥“应对黑天鹅”这一说，没法子应对。另一方面，从历史上，黑天鹅作为一个物种，造就存在着澳大利亚地区了，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，也是个事后诸葛亮的认知谬误。如果2020年的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——“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”。这个社会学家Watts的认知,无疑不知道高到哪里去了。ERCOT最近的容量备用预计是15.5%[4]，这在正常情况下并不低，但极端小概率事件发生了。这并不是“未知的未知”。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。事后诸葛亮可以看的很清楚，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[5]（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。比如国际组织和事佬——国际能源署（IEA）：面临日益不稳定的气候系统下基础设施的弹性[6]与安全保障；著名诺贝尔奖获得者，大嘴保罗克鲁格曼对共和党人直接开骂——骗子、人渣 [7]。等等。往往，这些都有合理的成分。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的之一。相比其他的竞争性电力市场，这个市场中没有容量市场、不强制参与日前交易，允许虚拟交易（Virtual Trading，没有发电资产也能卖/没有实际需求也能买）。可以讲，电源的自由度是非常之大的。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[8]。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[9]，可以说是世界上最低的电价之一了。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的消费品价格，其年度电力消费支出在1500美元[10]左右。从消费者负担的角度，中位数家庭，每10000度电占其家庭收入的2.5%，也可以说是世界上最低的之一了。应该讲，在一年365年的360天，得州人民都是幸福的，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。比如我国电价比日本低。如果互联了，那么我们的电价就会抬高，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了。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。在我国，“劳模”思维还很盛行：在遵循某一个方面的社会规范之后，就有资格去偏离另外一个社会规范，比如享受特权。也是对这种心理思考特点的“利用”。我国电价是极其高昂的。作为一个对比，我国最富裕的北京市居民，人均收入中位数是7000元/月[11]。一个家庭按照2个工作人口，消费10000度电的负担在家庭收入的3%。如果是一般的城市，由于收入水平低得多，负担当然也要重更多了。一个得克萨斯州的年轻单身汉，一个月可能花50$的电费（300度电），同时可能也会消费50$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。在我国，调度具有无限的自由，仍旧是整个系统的指挥官。而机组几乎没有任何自由，它们在小于年尺度上的出力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，也是我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，肆意牺牲广大机组发电挣钱的机会，家常便饭“停电”，给后者的市场份额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（比如华能集团）与电网之间的矛盾已经到了“无法调和”的阶段。如果没有坚定的改革，系统安全性状况同样堪忧。需要警惕脱离语境的发展可再生还是煤电的论战。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VS煤电的论战。一个煤电还是1个亿的煤电，其结论可能一样吗？可再生发展存在方式问题，煤电更加存在方式问题，而不是到底发展哪个的问题。现在的突出问题是：煤电极端过剩还在上，可再生能源不做“统一”市场安排，而搞“僵直特权”外送，损害发电商与受电地区电厂利益。我国电力系统如果不推进改革，那是真的会遭遇“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6个年头。6年来，我们时刻面临着政治垄断逻辑与经济竞争逻辑的碰撞。截止目前，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，不需要任何中国特色，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，需要彻底的非政治化，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”——现状是脱钩的。 CWEA文| 张树伟 能源经济学博士，卓尔德环境研究（北京）中心主任兼德国能源转型智库高级顾问 欢迎反馈意见：contact@draworld.org[1]https://www.project-syndicate.org/say-more/an-interview-with-raghuram-g-rajan-2021-01?barrier=accesspaylog
[2]《黑天鹅》作者语
[3]行为经济学家，诺贝尔奖获得者，《Thinking fast and slow》作者语
[4]https://www.spglobal.com/platts/en/market-insights/latest-news/electric-power/121620-ercot-sees-155-reserve-margin-up-from-2020s-126-down-from-may-forecast
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/2021_Texas_power_crisis#cite_note-23
[6]https://www.iea.org/commentaries/severe-power-cuts-in-texas-highlight-energy-security-risks-related-to-extreme-weather-events
[7]https://twitter.com/paulkrugman/status/1362139461275025411?lang=en
[8]https://www.deptofnumbers.com/income/texas/#:~:text=Texas%20Household%20Income,2019%2C%20the%20latest%20figures%20available
[9]https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=46396
[10]https://www.eia.gov/consumption/residential/reports/2009/state_briefs/pdf/TX.pdf
[11]https://www.163.com/dy/article/FUID2N010539PDOB.html
得克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）敦促企业和消费者尽可能限制用电。官员警告说，低温和需求增加“会给电网造成压力”。ERCOT表示，风力发电是得州第二大发电来源，去年占该州电力供应的23％，仅次于天然气发电（占45％）。周日约12GW风机受到冰冻的影响，但未冻结的风机转速高于预期，有助于抵消损失。
https://www.ksat.com/news/local/2021/02/14/electric-reliability-council-of-texas-urges-businesses-consumers-to-limit-electricity-use-as-much-as-possible/https://www.ksat.com/news/local/2021/02/15/rotating-outages-underway-in-texas-after-energy-emergency-alert-level-3-issued-ercot-says/
2月16日得州预测负荷与实际负荷曲线(ERCOT)
得克萨斯州停电，能怪风机被冻住了吗？实际上，风机被冻住了可以很快解决，但电力系统出现故障，并不那么容易解决。
截至2020年第三季度，有二十个州的装机容量超过1GW。 得克萨斯州（TX） 一个州的装机容量超过30 GW。爱荷华州超过10GW。“可再⽣能源过多过快发展造成了系统停电”的思维⽅式，就类似将头疼归因于有脑袋，说“你没有脑袋了，头疼这个问题不就⾃然不存在了吗”。这其中还掺合着充分条件与必要条件的混乱。可惜，对于中国当前的能源安全问题，也已经出现了这种“⼀维化”的苗头，反复地对各种⽬标进⾏线性⼀维排序。https://www.ipcc.ch/sr15/https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/sites/2/2019/06/SR15_Full_Report_High_Res.pdf （The Production Gap, 2020）关注风能专委会CWEA公众号，后台回复 TPG2020，下载报告pdf版本参考链接
重磅分析：从电力调度视角看拉闸限电
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