爱华网美加大停电对处于变革中的电力行业的一些启示
1、引言
2003年8月14日，美国东部一个正常的夏季高峰时段，天气并没有炎热到需要限电来降低电压负荷，电力监控系统在下午四点以后也并没有反映任何超负荷的现象。然而一场大范围的电网崩溃，仍然不可避免地发生了，影响超过5千万人的大面积区域，并直接影响当地经济。这是有史以来最严重的事故——远远超过有名的1965、1977、1996年的美国大停电。美加大停电造成了很大的社会影响，美国国内对此次事件的调查、研究和争论非常激烈，甚至还激发了美国州与州之间政府官员的相互推诿。全球各国政府和各国电力公司也对此次事件也给予很大关注。美国各大媒体和研究机构纷纷对此次美加大停电的始末进行了热点报道，对于此次事件真正原因的分析可能需要花费数月才能完成。2、美加大停电的事故直接原因美国东部和加拿大的输电网络是一个非常庞大而且复杂的电力系统，它需要非常高水准的调度和控制来确保它的稳定运作。此前，这个电网系统被视为设计得十分好，它可以承担同时并发的事故，而不会导致一系列事故的发生。整个系统也一直都在持续的进行事故处理的研究和测试。这次的事故可能是一个非常不幸的事件发生——即多重并发事故的同时发生的结果。综合来讲，造成此次停电事故的直接原因是以下连续事件的组合：8226; 俄亥俄州第一能源公司（FirstEnergy）的一个电厂发生断电，不久克里夫兰的一条输电线也发生了断电。于是电力潮流转移到其他线路，造成其他线路超载,发热。不巧的是其中一条电线下垂到一棵树上造成短路，而那棵树本不应出现在该位置。几乎同时发生这样三件不幸事件，断电变得很难避免。不幸的是，调度事先没有针对这样的断电事件的应急计划。8226; 之后，美国电力公司（AEP）和PJM（宾西法尼亚、新泽西和马里兰）区域性输电组织的一些输电线路开始自动跳闸---最后一条线路跳闸发生在东部时间8月14日下午4点左右。AEP所辖电网成功隔离了故障，保证了系统的安全。但是第一能源公司（FirstEnergy）原来通过AEP的765千伏线路传输进入密歇根州西南部的电力（超过2000MW），被迫通过密歇根州西部的345千伏线路，从密歇根西部流向东部。8226; 电力在向密歇根电网传输的过程中，由于超载使得某些电厂和电线跳闸，密歇根东部电网成了孤岛。由于该地区丧失了第一能源公司（FirstEnergy）供给的所有电力，过载导致密歇根东部大停电。8226; 之后，第一能源公司FirstEnergy的系统开始瘫痪，使俄亥俄北部部分地区停电。8226; 接下来是加拿大安大略。事故前，安大略省是从密歇根东部输入电力，然而此时却突然发现电力正在输出，于是停电亦不可避免。8226; 纽约电网监测到了事故的发生，采取措施与安大略事故电网隔离，独立运行。然而当时由于纽约向安大略输出电力，系统隔离后，使纽约的发电厂陷入过量发电的境地，导致频率过高，致使纽约部分发电厂停产，最终引发断电。3、事故的根本原因分析
然而，触发此次事件的根本原因却并不被认为只是以上事故的简单组合。例如类似发电厂突发性故障每年会发生上千次，并导致大量的电流即时逆转，这种突发性故障和导致的电流动态逆转流动是电力操作系统中的正常情况。而那棵位于不恰当位置的树也被认为如果能采取适当的维护措施（如修减树木），应该可以避免此次事故。导致此次灾难性的大停电的根本原因是控制相互联接的电网系统之间所必须的计划，协作和沟通体系的崩溃。此次停电中一系列事件的发生顺序导致部分的电网系统仅根据自己的角度而不是从协调的角度来采取行动。由于这种协作能力在过去的几年中没有获得足够的时间，财务和系统的投资，而这种体系的逐步落后－对于输电网络的常年投资不足的积累作用－是导致此次大停电的根本原因。更深层次来讲，美国电力行业的“放松管制”被视为此次美加大停电的罪魁祸首，同时也被视为电力无数事故的原因。美国国内的电力消费量非常庞大，一方面美国建立了更多的电厂，已足够满足美国大部分地区的需求，而另一方面，连接电厂与区域输电公司的高压电网系统，以及区域间交互的电网系统，却在美国电力行业放松管制进程中，建设进展迟缓。美国的用电量在过去四年增长了8%，发电能力增长了12%。然而这一期间对于传输线路的投资每年为20到50亿美元，仅仅是维持其电力增长需求的一个零头。美国放松管制之前，输电网络是为受管制的垄断的电力企业专门建设的，这些企业对客户的争夺没有竞争。一个区域拥有一个电力公司负责供给当地能源，电力价格由州政府确定。而放松管制后，各个电力公司可以通过降低成本，提高运作效率提供优惠的电价，吸引其他区域的客户购买他们的电力。此时，电网系统承担了连接购买者和销售者的重要责任。然而目前美国电力市场上有3000家发电、供电和电力零售公司激烈竞争，为降低成本，他们投资电网的动力很低。而强制性电力行业法规也由于与地区，州和联邦的法规重叠而变得更为复杂，权限也不清晰。在对问题有深入认识后，如何长远根治它也已经提上了议事日程。美国联邦能源管制委员会极有可能制定一系列输电系统投资的激励措施和程序政策。许多围绕着强制制定可靠性标准、联邦政府在区域内的支配权、能源管制委员会的职责扩充等内容的问题，都会成为讨论的焦点。在最近美国国内某研究机构举办的一次能源会议上，联邦能源管制委员会主席Pat Wood 指出解决本次发生在美国东北部大停电根本原因的方法是升级国家的能源基础建设，并提高规划、运作和协调系统的能力。实施区域性协调、区域性的线路架设、实时控制以及进行区域性的电网规划，而不是以单个电力公司为单位。不能让电力行业放松管制的改革停止，但是必须制定实质性的政策来规划国家所需的电力基础设施。4、美加大停电给电力行业带来的启示美国在历史上已经发生了三次大停电事故，反映了在美国电力行业放松管理的不同过程中所面临的问题，主要根源在于在电力交易日趋频繁的过程中，电网能力不足，而又没有投资电网的动力。此外，美国电力行业监管机构也迫于各州的压力没有成功采取有力的措施改变局面，促使整个国家采用统一的可靠性标准，或者创建区域性组织，监控国内跨大型区域的电力输送等努力，都失败了。在某些区域，特别是位于 南部和西北地区的大型的电力公司，以及他们所支持的政客，都竭尽全力阻挠联邦电力可靠性委员会执行强制性可靠性标准，或者采取类似统一的电力市场准则等举措。甚至，他们会用类似“州的权利”来证明他们的观点，事实上，他们希望保护当地财产，而这些行为阻止了整个体系的现代化的实现。此次美加大停电又充分显示了这一根源性原因导致的恶果，因此采取有力措施避免相同事故的发生成了美国电力行业进步的当务之急。同时，正在经历电力行业改革的世界各国也有必要通过这一事件，汲取教训，采取的必要的行动来防止类似事件重演。输电公司的使命在电力行业经济中，电力传输是关键的基础设施。输电网络是一个自然垄断的行业，是处于传统的受管制市场和竞争市场的中间状态的行业。输电公司是整合传统电力公司和独立电力实体的中心，就像是正逐渐形成和完善的电力市场的中心舞台，在消费者和生产者之间支配、管理着电力的传输。输电组织需要反映输电基础设施的真实现状。美国当前还没有建立一个无缝的、国家级的输电网络，甚至可以说是还没有一个可以大致接近这个要求的输电网。实际上， 美国电力系统由许多的区域输电网构成，其中包括三个大型的相互联接的独立输电系统，这些区域性输电网之间，以及与加拿大输电网之间有不同的电力传输能力。这些网络覆盖美国大多数州，需要一个组织来联接各个电网分布的物理区域，实施必要的计划，协调，沟通和控制工作。随着中国电力体制改革的不断迈进，剥离发电业务以后的输电行业发展也受到了前所未有的挑战。随着各大区域电网公司的组建，在区域电力市场发展的同时，需要加强区域电网的统一调度，运行方式的统一安排和电网的统一管理。包括负荷的统一安排，电厂检修的统一安排，负荷的统一平衡。同时在区域电网之间建立一个机制来加强计划，协调，沟通和控制也是亟待考虑的一个重要课题。强制性的可靠性标准和操作规程强制性的电力可靠性标准和规程可以在电力系统控制的基础层面帮助解决计划，协调和沟通系统之间的崩溃。需要建立一系列的规则和操作规程，帮助提供实时的信息来保证所有系统操作人员不仅能够对本地电力系统而且对大区域整体电力系统有清楚的观察。这些标准和规程需要由那些在竞争性结构以及管制性行业结构中，拥有输电资产的公有和私有组织予以授权的机构来强制执行。目前中国整个电力系统的供电可靠率不断提高，但是在电力市场化的环境下，部分电力企业有可能因利益驱动出现不遵守可靠性的准则和标准的行为，增加事故隐患。因此，市场需要制订强制的可靠性准入规则，引导电力企业继续保持供电可靠性的投资，确保电力系统的供电可靠性保持较高的水平。解决电力资产投资上的死结
美国的输配电网络需要更多的投入，很多投资机会下，追加输电基础设施投资的收益远比其成本要高， 并且这种收益率在未来相当长的一段时间内是稳定可靠的。而问题在于，目前无论是发电企业、输电企业、独立系统运营企业、配电企业、市场交易商、零售商，还是最终用户，没有人具有足够的动机去进行投资，这种对输配电基础建设投入的持续缺乏最终会威胁到整个电力系统的可靠性。对输电基础设施投入的持续缺乏和电力传输政策的死结是一个由来已久的问题。CERA曾经就对输配电基础建设投入的持续缺乏可能造成的可靠性问题发出警告：“一个死结严重地危害了大多数对输电基础设施投入的决策，因为投资动机没有被投资需求所导向”。这些投入 “将不会被实施，因为没有人在全面地承担电网投资的所有成本和收益，没有人处于一个有效地追求这些投资机会的位置”。解决这个死结的方案不仅仅是许以更高的投资回报率、优惠税务政策或者加速折旧等。事实上，回报是本来就存在的，但问题是谁来付款。现在的原则是谁受益谁付款，然而，实施这项原则是十分困难的。收益在基于很多条件下是可靠的，但当条件改变时，这些收益的发生频率会发生极大的变化。关于谁是收益者而谁又是支付者的复杂争论极大阻碍了对输电基础设施的投资。因此非常必要建立对于传输电网的投资计划，这种计划保证了成本的收回，防止了因成本分配和回收机制上的死结而造成的投资上的优柔寡断。一种可能性是，制定某一政策来保证经济化的输电投资，进行电网层次上的分析，默认将成本分摊到整个电网。将来如果必要的话，可以再次进行重分摊和多退少补。中国实行“厂网分开”以后，必须建立合理的电网投资回报机制，设计合理的输电电价体系，以吸引电网的持续投资。同时，为适应电力需求快速增长，电网规划需要有一定的提前性，适度超前以较好地适应发展的需求。管制力度
此次美加大停电后，国内关于放松管制还是加强管制的争论又重新开始，放松管制方认为虽然美国产生了这样的事故，但是电力企业还是必须顺应市场经济的需求，提高国内各大电力企业的市场竞争力，提升服务水平和管理水平，不能因为发生了事故就放弃改革或动摇改革目标。加强管制方认为此次美国大停电正是放松管制所带来的一系列后果的有力证据，此外，电力系统关系到国家经济，国防，人民日常生活，因此，如果不予管制的后果可能非常严重。因此，中国的电力体制改革必须顺应国情，需要仔细研究，慎重确定放松管制的程度，以及放松管制的时间表。
