为什么美国需要一个“比天气更大”的电网

　　当冬季风暴埃利奥特给东海岸大部分地区带来电网紧急情况时，亚伯·西尔弗曼的平安夜很快从低调变成疯狂。

　　西尔弗曼当时在新泽西州的能源监管机构工作，当时他正在布鲁克林看望家人，突然接到了一些电话，说在寒冷的天气里，发电厂出现了故障——这是美国东部电网运营商没有预料到的危机。

　　“这是一种没有人愿意经历的经历，”西尔弗曼说，他是新泽西州公用事业委员会的总法律顾问。

　　一年后，随着极端天气加剧，电力需求增长，国家转向清洁能源，埃利奥特的后果正在改变人们对如何保持24小时不间断供电的讨论。这场风暴还暴露了全国最大的电力来源天然气在极端寒冷条件下的脆弱性。

　　北美电力可靠性公司(North American Electric Reliability Corp.)和联邦能源监管委员会(Federal Energy Regulatory Commission)发布的一份令人不寒而栗的报告说明了其中的利害关系。冬季风暴埃利奥特以大风、强降雪和低温为特征，威胁到内布拉斯加州、新英格兰和东南部地区的电网运行。

　　在圣诞节前夕风暴最严重的时候，由于工厂的机械故障以及天然气生产、加工和运输中断，创纪录的电力资源同时停止工作。由于电力短缺，杜克能源公司、田纳西河谷管理局、路易斯维尔天然气和电力公司以及南卡罗来纳的桑蒂·库珀公司这四家电力公司都暂时切断了部分家庭和企业的电力供应。

　　“对于许多市场经营者和规划人员来说，这是一个关键时刻。这就像是，‘哇，我们现有的一切都不够用，’”乔纳森·蒙肯(jonathan Monken)说，他是美国最大的电网运营商PJM Interconnection的前高级官员。“这是一个例子，说明你需要建立一个比天气更大的电网。”

　　艾略特飓风期间的停电没有造成死亡或重大破坏。但令电网专家和监管机构感到震惊的是，垮塌电厂的规模之大、受影响的州之多，以及纽约市的天然气供暖系统几近崩溃。

　　NERC和FERC的报告概述了近12个有助于防止未来冬季电网危机的步骤，从更好的电厂冷冻保护到更多的基础设施监控，再到更好的天然气和电力工业之间的协调。一些建议主要针对天然气基础设施，因为天然气工厂和管道在埃利奥特期间受到严重影响。

　　但是，即使在研究了过去11个月的冬季事件之后，NERC和FERC——这两个对美国电网最有洞察力的组织——表示，仍然不清楚到底是什么出了问题，以及美国东部电网离大规模停电有多近。

　　NERC和FERC能做的也只有这么多。这两个实体都不监督天然气管道和生产系统的运作，也不监督天然气和电网之间的联系。电网专家表示，这将使电力系统处于危险之中。

　　但只有国会才能扩大监管。

　　忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists)的高级能源分析师迈克·雅各布斯(Mike Jacobs)说:“这份报告中的所有内容都表明，我们的天然气系统出了问题，但我们似乎都没有任何权威。”

　　西尔弗曼现在是哥伦比亚大学全球能源政策中心清洁能源项目的负责人，他把这场风暴称为“对这个国家政府有多无能的一次考验”。

　　他说:“不管你怎么看，这都是对政府采取行动的明确呼吁。”

　　在艾略特之前，之前的风暴也强调了同样的冬季脆弱性。例如，在2021年的“尤里”冬季风暴期间，德克萨斯州电力可靠性委员会为数百万德克萨斯州人关闭了数天的电力供应，因为没有足够的电力供应来满足需求。超过240人死亡，其中许多人死于暖气关闭后的体温过低。

　　尽管如此，艾略特影响了更广泛的电网区域——150万平方英里，而不是87万平方英里——许多能源专家认为，与德克萨斯州孤立的电网相比，这是高度可靠的。

　　“各方的焦虑程度似乎都更高了，”阿肯色州前能源监管机构官员、现任顾问特德·托马斯(Ted Thomas)说。

　　时机也很重要。NERC本周警告称，许多州正试图从天然气和煤炭过渡到应对气候变化，这给可靠性带来了新的挑战。

　　为了减少整个美国经济中导致地球变暖的排放，气候专家主张建立清洁能源供电的电网，以及更多的电动汽车和热泵。然而，这些变化将使美国人更加依赖电力系统，增加那些试图在极端风暴期间使电网更平稳运行的人的风险，极端风暴随着气候变化变得越来越常见。

　　一场独一无二的风暴

　　自“冬季风暴埃利奥特”以来最引人注目的发现之一是，电网运营商和电力公司认为他们已经做好了准备。

　　根据NERC和FERC的报告，在圣诞节前夕的几天里，PJM和东南部的几家电力公司低估了他们客户的用电量，低估幅度超过10%。例如，PJM对12月23日(提前几天)峰值电力需求的最初预测比当天的实际预测低14%。

　　PJM负责监督6500多万人的电力供应，在这场持续多日的风暴中，PJM能够保持供电。但在停电造成近四分之一的电力容量损失后，该国仍被迫实施紧急措施。

　　德克萨斯州大型电力公司NRG Energy负责监管事务的高级副总裁Travis Kavulla表示，多个电网运营商“大幅”低估电力需求是极不寻常的。

　　“通常情况正好相反——以谨慎的名义高估需求，导致可调度资源的过度使用，然后不得不逐步减少，”Kavulla说，他指的是天然气和核能等资源，而不是风能和太阳能。

　　同样值得注意的是，风暴在PJM造成了问题。与美国其他地区(如德克萨斯州和新英格兰地区)相比，NERC去年预测PJM的冬季可靠性不会出现重大问题，因为它的储备利润率很高。余量指的是超过电网运营商预期系统在峰值时所需的电量。

　　尽管PJM拥有28%的储备保证金，但它在Elliott期间被迫要求客户节约电力，这一事实令许多观察人士感到震惊。这对消费者也有影响，当PJM为艾略特这样的活动支付额外的发电厂费用时，最终买单的是消费者。

　　但最终，许多发电厂都无法实现这一目标。前PJM官员，现为咨询公司Converge Strategies负责人的Monken说:“他们的报酬是随时待命——这就像一份随叫随到的小时工。”“因此，拿了这些钱，但当你需要来办公室时却不兑现……这真的很成问题。”

　　核电站所有者表示，部分停电要归咎于预测错误。例如，如果一家天然气厂的老板被告知未来几天的电力需求不会很高，他们就不太可能提前购买天然气。

　　自风暴以来，许多工厂的老板因未能在需要的时候出现而支付了数百万美元的罚款。

　　电力供应协会主席兼首席执行官Todd Snitchler在本月的一份声明中表示，该行业也一直在努力确定“这些停电的根本原因”，重新评估他们的冬季准备工作并纠正潜在问题。

　　与此同时，PJM提出了一些改革建议，以更好地考虑多个天然气工厂和其他资源停产的风险。PJM负责运营的高级副总裁迈克尔·布赖森(Michael Bryson)说，电网运营商还改进了评估电厂可靠性的流程，调整了对极端天气的预测，并加强了与电厂所有者的沟通。

　　布莱森说:“我们觉得我们已经为这个冬天做好了准备，从现在开始到整个冬天，我们将继续使用发电机。”

　　但科学家们说，气候变化正在导致更频繁、更严重的极端天气事件，这可能会使电网运营商更难在未来的风暴之前保持领先地位。

　　PJM前高级副总裁文森特·杜安(Vincent Duane)说，像埃利奥特这样的事件在历史上几乎没有先例。根据NERC和FERC的报告，风暴的极端寒冷和强风最终袭击了“48个州的东部三分之二”。例如，这使得东南部的公用事业公司很难向邻近地区求助，因为它们也受到了影响。

　　气温的波动也非常剧烈。根据田纳西河谷管理局的报告，在田纳西州的部分地区，气温在五个小时内下降了46度。在西弗吉尼亚州的查尔斯顿，6小时内气温骤降42度，NERC和FERC说。

　　“发生在这里的这种风暴的情况，特别是当它在圣诞节前夕的一个星期六到达大西洋中部时。我不认为有(历史)数据可以帮助人们做出更好的预测，”杜安说，他现在是咨询公司Copper Monarch的负责人。

　　不可用的气体

　　关于输电线路和天然气发电厂如何适应不断变化的能源结构的争论，埃利奥特的观点让争论变得更加紧迫。

　　在这场持续数天的风暴中，阿巴拉契亚地区的天然气产量下降了54%。输送和处理天然气的设施，如管道，也出现了冻结和机械问题。在NERC和FERC研究的15条州际管道中，有8条的停电时间平均为9小时，在某些情况下，停电时间超过3天。

　　虽然天然气发电厂可以快速地上升和下降，但由于其性质，燃料不能储存在现场，因此许多天然气发电厂在事件期间根本没有天然气。

　　研究如何将可再生能源并入电网的GridLab执行董事里克·奥康奈尔(Ric O ' connell)说:“我认为，在埃利奥特之后，人们会说，‘哇，天然气可能不可靠，也不可调度，当我们需要它的时候，天然气却不在那里。’”

　　展望未来，更多的天然气工厂业主可能会考虑以液体形式储存一些燃料。尽管液化天然气价格昂贵且能源密集，但如果天然气管道停止输送，它可以提供备用燃料选择。

　　天然气并不是唯一面临挑战的能源。12月24日，太阳能的表现也明显落后，燃煤电厂的表现也停滞不前。

　　不过，南卫理公会大学(Southern Methodist University)法学教授詹姆斯·科尔曼(James Coleman)表示，监管机构需要认识到，从可靠性的角度来看，天然气不一定是“可再生能源的对立面”。

　　科尔曼说:“使用天然气比使用煤炭、核能等能源更容易控制，但挑战在于……(天然气和可再生能源)依赖于即时、分分钟的供应。”

　　NERC和FERC的建议之一是能源部研究现有的天然气管道基础设施是否足够。天然气管道公司、天然气公用事业公司和电力行业的部分部门支持这一建议，并呼吁建设更多的天然气基础设施，他们表示，这可能会缓解输送问题。

　　另一些人则认为，这场风暴应该会加强人们对天然气和其他化石燃料的依赖，这些燃料导致了气候变化，从而增加了极端天气的频率。能源部估计，从暴风雪到热浪等各种极端天气造成的电力中断在过去20年里翻了一番。

　　据报道，天然气生产商认为，钻井设备冻结和井口冻结是埃利奥特期间交付问题的主要原因。代表天然气生产和管道行业的行业协会表示，各公司尽其所能防止重大问题的发生。

　　天然气供应协会(Natural gas supply Association)执行副总裁帕特里夏·贾格蒂亚尼(Patricia Jagtiani)在一份声明中表示:“我们从事的是销售天然气的业务，这为我们提供了一种经济激励，让我们采取一切谨慎的措施，防止供应中断。”

　　州际天然气管道协会总裁兼首席执行官Amy Andryszak表示，管道“即使在极端天气下，也有良好的兑现承诺的记录。”公司承诺是指一些天然气公用事业公司和电力公司与管道运营商签订的合同，以确保天然气的供应。

　　Andryszak说:“跨州天然气管道不存在普遍的可靠性问题，就像导致NERC成立的电力可靠性问题一样。”

　　尽管如此，独立电厂业主并不总是使用坚定承诺合同，因为它们可能很昂贵。美国国家能源委员会和联邦能源管理委员会表示，PJM地区至少有一家大型天然气厂“在12月23日上午报告说，它被迫完全停止发电，因为‘没有天然气燃料’”，尽管它已经签署了合同。

　　NERC和FERC还表示，在调查风暴时，他们无法从一些天然气生产商和管道公司那里获得足够的细节。

　　前阿肯色州公用事业监管机构负责人托马斯表示，天然气行业的心态是“履行合同”，而不是保持电力供应和天然气供应。他说，与高度规划的电网相比，天然气管道和相关基础设施是“通过合同逐步建设的”。

　　托马斯说:“天然气和电力系统之间有根本的区别，当它们像这样摩擦时，我们在极端天气下依赖天然气，这就造成了一个具有挑战性的局面。”

　　根据一些州和联邦能源监管机构的说法，在未来的风暴中，一个基础设施解决方案可能会有所帮助，那就是增加长距离输电线路。在相距遥远的州之间建立更紧密的联系，可以让拥有多余电力的电网运营商将电力输送到最需要的地方。

　　更多的输电还可以解锁拟议中的新的风能、太阳能和电池储能项目，这些项目由于输电限制而无法上线。

　　奥康奈尔说:“让我们把这些项目互联起来，让它们上网，这样它们就能提供我们所需的能源和产能。”