0 引言

美国得克萨斯州(以下简称“得州”)当地时间2021年2月15日凌晨01:25，得州电力可靠性委员会(Electric Reliability Council of Texas，简称 ERCOT，同时也是得州电网调度机构)宣布启动最高等级的三级紧急状态，针对居民用户和小型工商业用户采取轮流停电措施[1]。因应对不力，直至19日10:35供电才基本恢复正常。此次轮流停电事故由极端天气影响下的供需失衡导致[2-7]，最高限电负荷超过1 650万kW，约450万人口用电受到影响。同时电力供应不足导致得州现货市场电价飙升至 9 000美元/(MW·h)(折合人民币近60元/(kW·h))，是2020年平均电价22美元/(MW·h)的400多倍、最高电价100美元/(MW·h)的90倍。3月1日，得州最大的电力合作公司布拉索斯电力合作公司宣布破产，理由是该州电网运营商欠下的18亿美元债务。

此次冬季风暴并非毫无预警，根据 ERCOT发布的信息，早在 2020年 11月 5日，ERCOT气象专家便准确预测了此次极寒天气的可能性，然而超前的预警没能敦促得州发电商未雨绸缪。这也并非得州第一次在寒潮中出现大规模缺电，在1989年和2011年的冬季得州分别经历了规模不小的停电事故，美国政府和专家也曾提出应对紧急事件的改善建议，但前车之鉴未能成为后车之师。应该从体制机制方面深入挖掘导致此次轮流停电事故的深层次原因，在实现“2030碳中和、2060碳达峰”目标的背景下[8]，对我国高比例新能源电力系统发展予以警示和启发。

本文介绍了得州电网的基本概况，梳理和分析了此次得州轮停事故的发展过程和深层次原因，从电源电网结构、电力系统运行以及电力市场建设等方面对我国电网改革提出相关建议。

1 得州电网基本情况

得州电网主网架电压等级为345 kV，是一个独立的交流电网，仅通过直流(总容量 125万 kW)与Southwest Power Pool (SPP)、墨西哥电网相联[9]。得州电网和电力市场均由独立系统运营商 ERCOT负责运营，ERCOT不提供零售电力服务，也不拥有发、输、配电资产。得州电网历史最大负荷为7 482万kW(2019年8月12日)，在今年之前最大冬季负荷为6 591.5万kW(2018年1月17日)。

得州作为美国能源中心，在促进新能源发电方面一直走在世界前列，目前风力发电已成为该州的第二大电源。据 ERCOT发布的数据，得州电网2020年冬季总装机容量约1.04亿kW，其中燃气机组占比 53.4%，燃煤机组占比 13.8%，风电占比23.8%，核电占比5.0%，水电占比0.5%，光伏占比2.1%，考虑新能源的波动性、水电的季节性等因素，其可信容量(实际纳入电力平衡的装机容量)为8 243万kW。事故发生前得州电网电力供应情况如图1所示。

得州的电力市场化改革手段也同样激进[10-14]。1995年是该州电力市场化改革的元年，次年得州电力批发市场开始试运行，ERCOT成为全美第一个 ISO。得州电力市场是单纯电能量市场(energy only market)，在高度市场化理念的驱动下，2014年 ERCOT引入实时备用价格增量(real-time reserve price adders，RTRPA)，这种稀缺电价机制能够反映实时市场中备用资源的稀缺价值，但也在系统资源紧缺时存在批发电价飙升的风险。

图1 事故发生前得州电网电力供应情况Fig. 1 Power supply of Texas power grid before the accident

2 事故过程

2.1 事故前准备操作

当外部条件的变化使电网无法维系安全可靠运行状态时，ERCOT会发布运行条件通告(operating condition notice)。通告类型主要包括咨询(advisory)、监视(watch)和能源紧急警报(EEA)等[15]。当运行备用分别小于3 000、2 500 MW且预期无法在30 min内恢复时，ERCOT将通过热线或公告栏向市场参与者发布事件咨询(advisory)与监视(watch)通告。当运行备用小于 2 300 MW时，则激活能源紧急警报(EEA)。EEA又进一步分为3个级别，其触发条件如表1所示。

2月8日，ERCOT针对极端寒冷天气事件发布情况通知，并发布在公共网站上；2月10日，在公共网站上发布关于极端寒冷天气事件的公告，并向市场媒体代表发布最新的电网情况；2月11日，发布寒冷天气事件检测报告(热线电话、市场参与者通知、公共网站)，通过社交媒体发布有关预报极端天气的新闻；2月12日，召开得克萨斯州能源可靠性委员会会议；2月13日，国家行动中心通过新闻发布会发布预测保护警报；2月14日，发布呼吁节电的新闻稿，进行社会媒体宣传，举行媒体吹风会。

表1 EEA分级和触发条件Tab. 1 EEA classification and trigger conditions能源紧急警报 触发条件EEA1 运行备用低于2 300 MW，且预期无法在30 min内恢复EEA2 运行备用低于1 750 MW，且预期无法在30 min内恢复；或频率低于59.91 Hz时间达15 min EEA2 运行备用低于1 000 MW，且预期无法在30 min内恢复；或频率低于59.91 Hz达30 min