加州电力故事连载1——被误会的“限电危机”

今天，享能汇工作室惊闻电力交易市场领域的权威专家前辈刘云仁博士辞世的消息，久久不能平静。刘博士祖籍常州，生于昆明，1981年赴美留学，直至2011年11月退休前，其作为主任市场设计工程师，负责CAISO市场内部应用软件的研发、测试和维护，以及市场运行的技术支持和分析工作，是IEEE高级会员。（简介来源于《留有利息在人间——悼念刘云仁先生》。

作为电力市场领域的权威专家，刘博士多年来心系祖国电力行业发展，常回国分享专业经验。如其于去年撰写的深度文章《对浙江电力市场规则的思考》，在称赞浙江电力现货规则务实和完善的同时，也指出了讨论和改进的空间。2019年10月，工作室员工曾有幸聆听刘博士在上海作的有关电力辅助服务市场的专项报告，感慨于其学术之严谨、为人之谦和，以及乐观豁达的精神。

去年年底，刘博士针对2020年8月美国加州停电事件，撰写了长达17页的《美国加州又发生了一次电力危机吗？——亲历者谈美国加州8月中旬的停电事件》，期望受众科学理性了解事件前因后果，文章首次发表于公众号“中国电力企业管理”，享能汇有幸获得授权，以漫画改编的形式，共分4期重新编辑了这份学术报告。

今天重新刊登《加州电力故事连载1-4》，以此纪念刘云仁博士孜孜不倦的专研精神，及其对中国电力市场发展的关怀。愿我辈能继承刘博士的学术精神，并致力于为中国构建新型电力系统作出谨小的贡献。

享能汇工作室

2021年10月19日

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20年前，美国加利福尼亚州（简称加州）发生了一场惊动世界的电力危机，也被称为美国西部能源危机——电力价格飙升、电力公司破产、加州州长下台——其后果之严重，影响之深远，人们至今心有余惧。以至于20年后的今天，加州部分地区发生几次轮流停电的事件，又一次让加州上了新闻的头条。有人担心，20年后，加州电力危机似乎再现了。

加州是美国面积第三大，人口第一多，经济最发达的州。今年8月中旬，高温来袭，当时的大部分加州气温达到华氏104度（摄氏40度），大量空调设备投入使用，从而推高了整个加州的电力需求。美国加州的电网运行和电力市场管理机构——加州独立系统运营者（CAISO, California Independent System Operator）必须深度地调用其运行储备，以平衡需求。

2020年8月14日下午18时38分，CAISO向全州的电力用户发布了自2000/2001加州电力危机近20年来第一次三级紧急事件警告。在这天的早些时候，下午15时25分CAISO已发出过一次第二级紧急事件警告。

现代电力系统是一个非常巨大而复杂的系统，电力系统应该保持在一种相对稳定的运行状态，以防止在局部故障时系统不至于崩溃，并能迅速地恢复正常运行，系统的管理者必须采取适当的预防和校正措施。有关电力系统的理论研究和实际运行经验证明：最有效最可靠的预防和校正措施是系统随时保持充足的备用容量，也就是辅助服务备用容量。当辅助服务储备低于一定程度时，系统就会处于一种不稳定的状态，就必须采取适当的措施来保持系统稳定可靠地运行。

8月14日下午的情况有点特殊，创记录的高温天气，大量的空调投入使负荷需求达到了高峰。在17：00到运行小时20：00之间，由于运行储备的短缺，当时有一个500兆瓦的电厂故障，还有一个停机备用（非旋转备用）的750兆瓦的机组不能及时启动，深度调用运行储备成为不可能，只好发出第三级紧急事件警告，要求下面的负荷服务实体（供电公司）安排轮流停电。

这次停电主要是在太平洋煤气和电力公司（PG&E）的服务区域，受影响的客户在20万到25万户之间。共切了100万千瓦负荷，主要是居民用户。因为在这几个小时之间，这时大多数的公司都已下班，而且由于新冠病毒疫情影响，大多数公司实行在家工作模式，工业和商用负荷在这个时段本来就不高。负荷高峰是由于居民负荷，主要是空调造成的。

8月15日，由于一台470兆瓦的机组故障和突然失去1000兆瓦的风能供应，加上整个西部地区的高温天气限制了系统从外州输入电力的能力，又发布了二级和三级紧急事件警告各一次，切了47万千瓦的负荷。虽然紧急事件警告对受轮流停电影响的人造成重大的不方便，但这是有计划的，事先有警告的，只有短短的一小时。

由于持续的高温，CAISO在8月17日和18日又分别发布了一次二级紧急事件警告。9月5日又一波高温来袭，加州中部的气温达到华氏108度（摄氏42度），加上由于野火的影响，南部加州失去了1600兆瓦的电力供应，CAISO发布了一次二级紧急事件警告。第二天9月6日，气温继续升高，达到创记录的华氏111度（摄氏42度），来自俄勒冈州的输电线路由于高温，减少了900兆瓦输电能力。同时，突然的电厂事故使电力供应减少了625兆瓦。CAISO又发布了一次二级紧急事件警告。

由于CAISO采取了适当的应急措施，加上电力用户的积极配合，自愿地节约或错峰用电，这些二级紧急事件没有进一步恶化，轮流停电得以避免。

在2020年8月14日运行小时18到运行小时20之间，由于运行备用的供应（市场报价）短缺，CAISO不能购买满足系统安全可靠运行的运行备用，触发了稀缺电价机制，导至这几个小时的能量和辅助辅务的价格从正常时的每兆瓦小时几十美元飙升到接近一千美元。

事实上这次轮流停电对普通民众生活的影响微乎其微，虽然轮流停电期间的批发电价从正常时的每兆瓦小时几十美元飙升到接近一千美元，但这几小时高升的电价並没有反应到居民的电费账单上。

这是北加州一户200平方米，三卧两卫一层独立别墅2020年8月份的电费账单。与7月份的53.95美元相比，8月份的69.86美元电费增加不多，这是因为8月份空调开的较多，消费了289度电，比7月份的205度多用了84度。这是由于加州对零售电价实行政府管制的政策，批发电价的波动由批发商-负荷服务实体所缓冲。注意在此账单上有一项系统基础固定收费（System Infrastructure Fixed Charge）20.05美元，这是指只要登记为电力用户，这个月不管用多少度电，甚至不用电，用户每个月都必须交纳这个费用。

15日，CAISO与加州州内的公用事业电力公司和相邻近各州的电力系统密切合作，启动需求响应机制-削减可中断负荷，来舒缓电网的压力，同时号召州内外的市场参与者提供更多的实时不平衡能量和辅助服务备用容量报价，CASIO还采用了例外调度的方式，调度一些当时没有报价而有发电容能力的机组，提供紧急的能量服务，努力恢复电网的满容量运行。随着电网运行条件的改善，局部的停电很快得到恢复。

例外调度是CAISO在系统非正常运行条件下采用的一种经济调度以外的人工调度方式，也就是说在紧急情况下，为了保证系统的安全可靠运行，CAISO的调度员可以直接向有关资源下达调度指令。

由于CAISO采取了适当的应急措施，加上电力用户的积极配合，自愿地节约或错峰用电，这些二级紧急事件没有进一步恶化，轮流停电得以避免。随着高温天气的流逝，加州的电力供应紧张，运行备用不足的现像已经过去。

8月加州的电力供应紧张，运行备用不足，导致不得不采取轮流停电的的事件只发生了两次，在很短的时间内（8月14日和15日的下午18时至20时），只涉及到北加州很小的一片地区，损失是很有限和可控的。这本是电力系统运行过程中的一种正常的操作。完美的可靠性永远不可能得到保证，或者代价非常昂贵。相反，电力系统的可靠性和可塑性是性能和成本之间的妥协。

20年前的加州电力大危机，为何会引起大恐慌？前前后后到底发生了什么？

2020年夏季的限电和涨价，系统资源紧缺的深层原因是什么？

20年过去了，新能源政策，有没有让电网变得更好？

《美国加州电力故事》连载中。