美國太平洋西北部遭遇歷史性熱浪，引發(fā)輪流停電

美國《POWER》雜志高級副主編索娜麗·帕特爾(Sonal Patel)經(jīng)常在網(wǎng)站發(fā)表電力行業(yè)的長篇文章，包括應急和危機事件。她的文章與其他應景的新聞報道不同之處，在于有廣泛的事件背景和前瞻性的信息，給讀者以啟迪。6月30日，北美“熱波”還在肆虐，但她對美國西北部的觀察已經(jīng)成文……[1]

美國俄勒岡州最大城市波特蘭以盛夏的涼爽天氣而著稱，因此許多居民家中并未安裝空調(diào)。然而從6月27日開始連續(xù)三天打破歷史最高溫度紀錄，最新紀錄達到46.6攝氏度，眾多居民只得前往“緊急避暑中心”躲避熱浪。

美國太平洋西北地區(qū)的公用事業(yè)公司正準備應對電網(wǎng)面臨的異常壓力，因為這個地區(qū)不斷出現(xiàn)破紀錄的氣溫，至少有一家公用事業(yè)公司Avista，本周開始實施停電措施，以緩解電力系統(tǒng)的壓力。

這個公司為華盛頓東部和愛達荷州北部的34萬客戶提供電力。盡管呼吁客戶減少電力消耗，但Avista仍在6月28和29日在斯波坎地區(qū)啟動了“主動和有針對性的保護性斷電”，作為“旨在將客戶影響最小化的保護性措施”的一部分，以減輕電力系統(tǒng)的壓力，防止可能導致長時間停電的系統(tǒng)大范圍損壞。”它還敦促用戶在當?shù)貢r間6月25日下午1點至晚上8點期間節(jié)約用電。

Avista總裁兼首席執(zhí)行官Dennis Vermillion周一表示，“當我們?yōu)橄募咎鞖庾鰷蕚鋾r，電力系統(tǒng)經(jīng)歷了新的高峰需求，高溫的壓力對系統(tǒng)產(chǎn)生了影響，要求我們主動關(guān)閉某些客戶的電源。”“發(fā)生的，比預期的還要快。”

與此同時，博內(nèi)維爾電力管理局(BPA)，是給西北地區(qū)提供約28%電力的非營利性聯(lián)邦電力營銷管理局，周一通知華盛頓州三城地區(qū)(肯納威克、帕斯科、里奇蘭和西里奇蘭)，這一周的極端高溫使該地區(qū)的電力能源傳輸系統(tǒng)承受了巨大壓力。里奇蘭市警告其居民，“如果總負荷接近系統(tǒng)的最大容量，BPA將要求里奇蘭能源服務公司轉(zhuǎn)移或減少其配電系統(tǒng)的負荷。”盡管這三個城市6月28日達到了新的需求高峰，但BPA說還沒有“甩”負荷。多個公益事業(yè)公司，包括為肯納威克服務的Benton公用事業(yè)區(qū)(PUD)在內(nèi)，繼續(xù)敦促“節(jié)約用電”;無論如何，要為“BPA的主要線路或關(guān)鍵設備失效”做好準備。

隨著氣溫飆升至三位數(shù)，俄勒岡州和愛達荷州的公用事業(yè)公司也發(fā)出了“節(jié)約用電”的呼吁。6月28日，波特蘭氣溫達到115華氏度(46.1攝氏度)，促使公共交通運營商暫停服務，隨著動力電纜融化，俄勒岡州最大的電力供應商波特蘭通用電氣還處于停機檢修期間，敦促客戶在下午5-8時“用電高峰”期間保持警惕。投資者擁有、給愛達荷州南部和俄勒岡州東部提供服務的公用事業(yè)公司愛達荷電力，也敦促人們，在接下來的幾天里，在下午4-9點期間節(jié)約能源。

因高溫對我們的電纜造成影響，今日暫停服務，敬請諒解。

——波特蘭有軌電車(@PDXStreetcar) 2021年6月27日

狀態(tài)不穩(wěn)

按美國國家氣象局(NWS)的說法，這一前所未有的熱浪，已促成“遍及華盛頓和俄勒岡州無數(shù)歷史溫度記錄‘再創(chuàng)新高’。”NWS預計，北部大盆地和北落基山脈的高溫天氣將持續(xù)到本周剩余時間，直到它沿著美加邊境向東移出，并最終在7月1日減弱。 NWS 6月29日說，“預計這個地區(qū)的高溫將飆升至華氏100-110度(比平均溫度高出20-30度以上)。”“像斯波坎、華盛頓和博伊西、愛達荷這樣的城市，可能會威脅到月度氣溫記錄。”

國家綜合干旱信息系統(tǒng)(NIDIS)本月早些時候警告稱，由于“異常干旱或干旱，最近幾周情況不斷惡化”，這個地區(qū)的情況尤其不穩(wěn)定。根據(jù)聯(lián)邦機構(gòu)2021年6月8日發(fā)布的《美國干旱監(jiān)測》報告，太平洋西北地區(qū)78.1%的地區(qū)已經(jīng)處于干旱之中，高于2021年初的40.8%。該機構(gòu)在上周發(fā)布的最新報告說，“經(jīng)歷了又一個炎熱干燥的星期，美國西部的干旱形勢繼續(xù)惡化。”“在西部地區(qū)，野火和日益增加的野火危險、水資源限制以及對農(nóng)業(yè)的破壞非常普遍。”

連續(xù)第三周，西部的極端干旱(D3)/異常干旱(D4)創(chuàng)下了#干旱監(jiān)測的記錄。

西部地區(qū)49.7%在D3/D4，而上周為48.9%

2020/2021年干旱之前的最高值是2002年7月23日，達到45.3%。

——NIDIS Drought.gov (@ Drought.gov) 2021年6月24日

當前的動蕩不是電力供應問題

據(jù)負責制定地區(qū)電力計劃(以及魚類和野生動物)規(guī)劃的西北電力和節(jié)能委員會稱，對太平洋西北部地區(qū)來說，干旱尤為重要，因為該地區(qū)近一半的電力依賴水力發(fā)電。

這些圖表基于西北電力和與節(jié)能委員會的發(fā)電資源項目數(shù)據(jù)庫，包括在建項目、許可的廠址、提案、最近建成和退役的項目。

但正如太平洋西北國家實驗室(PNNL)能源與環(huán)境理事會電力基礎設施市場部門能源研究員，卡爾·伊姆霍夫(Carl Imhoff)6月29日告訴《POWER》雜志的，太平洋西北地區(qū)目前的動蕩，不是由供應問題引起的。他說，盡管“西部普遍干旱非常嚴重”，但“西北地區(qū)似乎有良好的水電供應”。這源于良好的計劃，已考慮到融雪的不確定性。

BPA說，為了應對前所未有的事件，它將哥倫比亞河下游和斯內(nèi)克河放魚苗的計劃從春季轉(zhuǎn)移到夏季，以增加這些設施的聯(lián)邦水電發(fā)電量。與此同時，填海局在7月初就對大古力(Grand Coulee)水庫進行了定位，以實現(xiàn)其補水目標，“釋放剩余的水流，穿過系統(tǒng)，用于電力和非電力用途。”

“盡管年水流量低于平均水平，但大古力大壩后仍有大量的水，加拿大落基山脈也留有某些積雪。與2015年和2001年不同，這些年的水量近似，今年的徑流形態(tài)減緩，大古力上方的積雪在逐漸融化。”

這個地區(qū)的電力供應還得到西北能源公司1.1 GW哥倫比亞核電站的支持。它6月20日完成春季換料大修，以生產(chǎn)BPA銷售的關(guān)鍵電力。

PNNL的伊姆霍夫表示，當前地區(qū)電網(wǎng)的壓力可能與天氣有關(guān)。“我認為，現(xiàn)在看到的更像是個局部問題，其中某些低壓配電線路可能超載，導致過熱。”然而，溫度更高也可能對這個地區(qū)的高壓輸電線路產(chǎn)生影響，它們從懷俄明州和蒙大拿州向這個地區(qū)的大負荷中心輸送電力。他說，隨著需求激增，“其中某些資產(chǎn)可能正接近滿負荷。” 他指出，溫度更高，也“傾向于給輸電線路本身的額定值帶來壓力。”

BPA運營1.5萬英里傳輸線路，橫跨西北地區(qū)，而在內(nèi)華達、猶他和加利福尼亞的不多。它預見到這些限制，也在努力使其系統(tǒng)為此做好準備。BPA傳輸服務高級副總裁Richard Shaheen說，“我們已暫停了所有可以暫停的維護項目，以確保我們的傳輸系統(tǒng)能夠處理增加的流量，滿足客戶的需求。”

哥倫比亞核電站位于華盛頓州本頓縣，單機，容量1207MW，BWR，在里奇蘭以北12英里，能源部的漢福特核基地現(xiàn)場內(nèi)。

更大的問題是快速變化環(huán)境下有足夠的資源

PNNL的伊姆霍夫指出，盡管如此，目前的混亂凸顯新的彈性挑戰(zhàn)，可能因多個州和瞬息萬變的政策和權(quán)力格局而加劇。“西部在合作方面有悠久的歷史，他們知道怎樣共同計劃和運營，以滿足可靠性標準。” 然而，展望未來，他說，“隨著系統(tǒng)中有更多的可再生能源，因為它們往往依賴于天氣，會變得更具挑戰(zhàn)性。”

按照促進西部互聯(lián)系統(tǒng)可靠性的實體西部電力協(xié)調(diào)委員會”(WECC)的說法，太平洋西北地區(qū)大部分劃歸西北電力總匯(NWPP)監(jiān)督的一個分區(qū)。WECC指出，西北地區(qū)是個冬季高峰區(qū)，通常在1月中旬的最高需求約為39.3 GW。預計2021年，NWPP-西北(NW)分區(qū)的可用發(fā)電量約為44.3 GW。

但是，受州的清潔能源政策和成本的影響，這個地區(qū)(像大部分WECC一樣)自本世紀初以來，已淘汰了大量燃煤發(fā)電，到2025年，將再淘汰500 MW。然而WECC說，計劃增加的一級和二級資源，可能把其峰期發(fā)電量提高到44.8 GW。今天，雖然基荷資源占西北地區(qū)可用發(fā)電量的33%左右，但這個地區(qū)2021年的規(guī)劃儲備裕度已從10%增加到42%。最低值出現(xiàn)在9月份，最高值出現(xiàn)在3月和5月。

正如北美電力可靠性公司(NERC)5月26日發(fā)布的2021夏季可靠性評估(SRA)警告的，極端事件期間，需求激增超過資源容量，該地區(qū)和整個WECC將面臨更高的風險。NERC警告說，“像廣域高溫事件這樣的條件，可能減少資源的可用性，因為地區(qū)服務于更高的內(nèi)部需求。此外，當野火或大面積熱浪等事件導致網(wǎng)絡堵塞時，傳輸電網(wǎng)可能承受壓力。”它還說，日益依賴西部互聯(lián)互通內(nèi)部轉(zhuǎn)移，以及許多周邊地區(qū)資源能力在下降，也增加了極端事件導致負荷中斷的風險。

2021年夏天已經(jīng)成了WECC內(nèi)活動的“溫床”。加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)上周發(fā)布了幾個“撓曲警報”(Flex Alerts)，稱該州和鄰近州的部分地區(qū)“高溫”。去年夏天，該地區(qū)曾因極端熱浪遭遇輪流停電。6月27日，隨著太平洋西北部的熱浪開始炙烤該地區(qū)，CAISO發(fā)布高溫公告，預計28日可能出現(xiàn)資源短缺，部分原因是“整個西部可供共享的”能源較少。

在6月16日的新聞發(fā)布會上，CAISO的高管告訴記者，加州電網(wǎng)的夏季評估顯示，其電力供應“比去年更好，但電網(wǎng)在席卷西部的極端熱浪期間，對壓力仍然很敏感，因為這可能會切斷輸入供應，在某些時候造成能源短缺。”

然而，正如WECC對去年高溫事件分析顯示的那樣，這個問題有更深的根源。去年夏天，加州電力系統(tǒng)崩潰，源于各級電力系統(tǒng)“突然增加需求”帶來特定的挑戰(zhàn)。WECC發(fā)現(xiàn)，“需求不僅要根據(jù)不斷變化的需求模式進行調(diào)整，需求策略也要考慮傳統(tǒng)資源規(guī)劃之外的因素，包括資源的可變性、需求大幅增長造成的限產(chǎn)、極端溫度對某些發(fā)電形式的影響，以及預計輸電線路出現(xiàn)擁堵。”

WECC建議，平衡機構(gòu)要熟悉WECC的“西部資源充分性評估報告”，它仔細檢查了資源充分性挑戰(zhàn)在如何影響他們的“足跡”。

為什么西部企業(yè)加倍重視資源充足

WECC戰(zhàn)略參與副總裁兼副總法律顧問Jordan White，上周在聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(FERC)主辦的技術(shù)會議上告訴與會者，由于電網(wǎng)的“巨大轉(zhuǎn)變”，西部互聯(lián)資源充足，供應側(cè)和需求側(cè)的資源有能力滿足電力的總需求，這已經(jīng)變成了一個特別熱門的問題。

White說，雖然西部互聯(lián)歷史上受益于發(fā)電的多樣性、季節(jié)峰期負荷和氣候區(qū)，但今天，“由于氣候和天氣模式的變化，負荷模式正在轉(zhuǎn)移。” 他說，“新的清潔能源承諾正在徹底改變發(fā)電結(jié)構(gòu)，并將在未來幾年繼續(xù)。新技術(shù)、野火、分布式能源和其他因素，以前所未有的方式挑戰(zhàn)著這個行業(yè)。”“直到最近，人們很少擔心西北地區(qū)的水力發(fā)電系統(tǒng)，它有足夠的能力，在炎熱的夏季給加州和西南沙漠地區(qū)提供電力。發(fā)電不能跨越互聯(lián)滿足負荷的時候也很少。”

White說，一切都變了。“我們不能再依靠豐富的資源確保資源充足。這意味著我們需要重新檢查和更新我們的戰(zhàn)略、分析框架和方法，以確保資源充足。”

他指出，未來的挑戰(zhàn)是艱巨的。目前，西部資源充足的方法“是不同實踐、時間表和需求的‘拼盤’”。CAISO管理自己的正式資源充足性規(guī)劃，并與加州監(jiān)管機構(gòu)一起管理采購流程。在州外，州監(jiān)管和非司法管轄的負荷服務實體，通過綜合資源規(guī)劃(IRP)流程進行處理，由公共服務專員或其他當局監(jiān)督。更復雜的是，資源充足性計劃跨越許多時間框架，從長期(5到10年或更多)到短期(1到4年)，再到實時層面。

White說，換句話說，“2020年8月西部互聯(lián)的資源組合，大部分是提前幾年規(guī)劃的，但無法識別潛在的可靠性風險，直到更近的時間。提前一年太晚了，無法建立新的資源。”他警告說，隨著整個互聯(lián)網(wǎng)絡的產(chǎn)能裕度越來越小，“犯錯的空間也越來越小。”“要確保系統(tǒng)的可靠性，就必須解決這個問題，這就需要協(xié)調(diào)、分析和溝通。”

在上周的技術(shù)會議上，西北電力總匯的首席運營官Gregg Carrington描述他的組織，正努力把西北部電力實體聯(lián)合在一起，參與一個可行的容量資源充足規(guī)劃。

他說，“我們?yōu)槭裁匆@樣做? 我們預計，即使不是現(xiàn)在，也會在不久的將來，我們會從認為的產(chǎn)能豐富的局面變成產(chǎn)能不足。” 他說，“當我們最初對公用事業(yè)公司進行調(diào)查時，我們很快得出結(jié)論，所有公用事業(yè)公司看待可靠性的方式都不同，他們使用不同的衡量標準，使用不同的模型，以不同的方式評估不同資源的價值和貢獻。我們的目標是制定一套統(tǒng)一的標準，統(tǒng)一的方法，查看負載和資源。如果我們處理得當……我們將提高該地區(qū)的可靠性。”

西北電力總匯(NWPP)是個志愿組織，由服務于美國西北部、不列顛哥倫比亞州和阿爾伯塔州的主要電力公司組成， 已經(jīng)啟動一個資源充足項目，著手解決西北地區(qū)“迫在眉睫的能力不足”問題，因為西部幾乎所有的州都在增加可再生資源，以滿足政策要求。 目前，20個NWPP成員正在資助這項工作。

新市場，新工具，新前景

西北電力與節(jié)能委員會在引領(lǐng)另一條道路，正在制定區(qū)域性的2021年電力計劃。這是個考慮關(guān)鍵挑戰(zhàn)和投資優(yōu)先事項的前瞻性五年計劃。今年6月，這個委員會電力規(guī)劃部的高級政策分析師Gillian Charles，在一次委員會會議上指出，公用事業(yè)綜合資源規(guī)劃(IRP)表明，短期內(nèi)需要大量新資源，主要是太陽能、風能、太陽能+儲能，以及某些新的天然氣能源。IRP通常還展示需要獨立的、短期(2至4小時放電)電池儲能，以及能放電8至12小時的少量儲能，如抽水蓄能水力發(fā)電設施。她說，此外，公用事業(yè)公司正在探索利用現(xiàn)有或新的燃氣輪機，以生物柴油和氫等替代燃料發(fā)電。

這個委員會去年明顯放棄了依賴傳統(tǒng)的公用事業(yè)規(guī)劃投入的建模方法，因為它預計西部電網(wǎng)需要50 GW新的天然氣發(fā)電來取代老化的燃煤發(fā)電。據(jù)報道，這個電力委員會還提出另一種觀點，限制新天然氣發(fā)電，修正后的模型預測反而是“數(shù)千MW的新型可再生資源”。該委員會預計將在8月發(fā)布其電力計劃草案，最終版本預計將在2022年2月通過。

與此同時，仍在更大層面上繼續(xù)合作，例如，努力擴大西部能源失衡市場[2]。2014年推出的實時能源市場，目前已有15個成員，包括西北能源公司、洛杉磯水電部，以及今年的新墨西哥州公共服務公司。

加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)2014年成立的西部能源不平衡市場(EIM)，本來就允許參與者在接近電力消耗時間買賣電力，并為系統(tǒng)運營商提供相鄰電網(wǎng)的實時可見性。到2023年，預計將有22個活躍的西方EIM參與者，代表西部電力協(xié)調(diào)委員會(WECC)內(nèi)83%以上的負荷。

據(jù)報道，在此時，某些公用事業(yè)公司正在探索加入西南電力總匯(SPP)，這將把區(qū)域輸電組織(RTO)擴大到西部互聯(lián)。自1997年以來，SPP一直是東部互聯(lián)10家通過NERC認證的可靠性協(xié)調(diào)公司之一，目前服務于北美中部的狹長地帶，從加拿大邊境直到德克薩斯州。SPP去年12月推出西部可靠性協(xié)調(diào)服務，目前已有6家西部電力服務供應商宣布有興趣加入RTO。

美國能源部(DOE)牽頭、聯(lián)邦政府推動計劃與實施的彈性措施，也為西部地區(qū)和全美國的可靠性努力提供支持。這項工作是由美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院發(fā)布的2017年共識報告啟動的，具有里程碑意義，它檢查了美國電力系統(tǒng)的彈性。

PNNL的伊姆霍夫指出，這個報告強調(diào)，“在過去5年和10年間，極端天氣的范圍和頻率急劇增加。”“通常情況下，這些都伴隨著另一種威脅或極端情況，即造成像去年夏天在加利福尼亞或今冬在德克薩斯州面臨的、意想不到的挑戰(zhàn)。”

然而他說，如今，這個行業(yè)有許多“強大的工具”可供使用，以分析復雜的威脅狀況和不同行業(yè)之間的相互依賴關(guān)系。例如，國家實驗室PNNL的任務就包括提供與電網(wǎng)相關(guān)的應急響應，這個實驗室開發(fā)了“動態(tài)應急分析工具”，幫助公用事業(yè)公司預測和管理極端事件期間的電力和電網(wǎng)的不穩(wěn)定。伊姆霍夫解釋說，這個軟件使運營商能夠看到并加強電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，以停止級聯(lián)電力損失或停電。他說，PNNL開發(fā)的其他軟件工具，可能有助于確定微電網(wǎng)是否能在極端情況下，以目前的發(fā)電量和負荷組合成功運行。PNNL還開發(fā)了某些工具，利用RADR(災難響應快速分析)圖像分析軟件和能力，試圖減輕野火對電網(wǎng)的威脅。

伊姆霍夫說，“我不想低估這樣的事實，即未來10年的形勢將與過去截然不同。”但是，隨著業(yè)界的共同努力和新的工具，提供了更多關(guān)于電網(wǎng)漏洞的可見性，他說，“我認為我們正在做各種正確的事情。”

結(jié)語

北美地區(qū)熱浪，就像今年2月美國德州的冬季風暴一樣，是全球氣候變化引發(fā)氣候異常事件的一部分，帶有一定的規(guī)律性和關(guān)聯(lián)性。其實今年6月上旬，中國的“中原地區(qū)”就曾達到40度以上的高溫，很快就“移走”了。但到北美成為“危機”，原因是那里太靠“北”，過去就沒有用空調(diào)的習慣和準備。好在時間很短，對美國西北部電業(yè)部門，好像是一場“虛驚”，或者是“有驚無險”。

實際上，早在2018年，高溫熱浪就已席卷全球(2018-07-25，新京報)

但在美國業(yè)界看來，思想認識更重要：

● 由于氣候和天氣模式的變化，負荷模式正在轉(zhuǎn)移。

● 一切都變了，不能再依靠豐富的資源，確保資源充足。意味著我們需要重新檢查和更新我們的戰(zhàn)略、分析框架和方法，以確保資源充足。

● 未來10年的形勢將與過去截然不同;存在“意想不到的挑戰(zhàn)”。

● 新的清潔能源承諾正在徹底改變發(fā)電的結(jié)構(gòu)，并將在未來幾年繼續(xù)。新技術(shù)、野火、分布式能源和其他因素，正以“前所未有”的方式挑戰(zhàn)能源行業(yè)。

資料與注釋：

1 Sonal Patel, Rolling Blackouts Triggered as Historic Heatwave Grips Pacific Northwest, POWER, Jun 30, 2021

2 POWER, How Does the Western Energy Imbalance Market Work?, Oct 1, 2018

3 National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2017. Enhancing the Resilience of the Nation's Electricity System. Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/24836.