美国大停电的根本原因是什么?你听到的都是错的

本文来自微信公众号:凤凰网,作者:唐驳虎,原文标题:《唐驳虎:独家揭露美国大停电根本原因,99%专家都猜错!》,题图来自:视觉中国


核心提示:

1. 美国德克萨斯州正经历百年一遇的暴雪严寒天气。寒潮降临引发创纪录用电高峰,从2月15日凌晨1点开始,德州电网就宣布进入历史上最为严重的供能危机,被迫切断负荷侧供应。德州供电瘫痪与电网本身无关,而是电网方主动切断了居民区的电力供应,是有意而为的主动控制。 2. 尽管共和党将此次电力危机归咎于新能源存在的局限性,但实际上,天然气、煤炭和核能系统故障造成的停电次数,几乎是冻结的风力涡轮机和太阳能电池板的两倍。而且,目前德州最大的供能渠道仍是天然气发电厂,风力和太阳能发电仅占20%(低于装机容量),另外,煤炭发电占20%(略高于装机容量)。 3. 德州供电瘫痪的罪魁祸首是天然气管道冰堵。作为亚热带地区的德州,缺乏预防控制天然气冰堵的意识,在早已发出的大寒潮预警中,缺乏天然气湿度控制去除设备,也缺乏预防管道冰堵的监控措施,最终导致在寒潮中,天然气管网被冰堵中断。此外,德州的风机缺乏除冰设计也是原因之一。


美国大寒潮,德州大停电,舆论大发酵,这几天逐渐从资深国际观察者或者小众气象爱好者的关注,变成了中文互联网热议的一个话题。

现在,德州上千万人在严寒天气中连续第三天停电,何时恢复供电尚无明确时间。


德州公用事业公司奥斯汀能源(Austin Energy)当地时间周三(17日)宣布,客户应准备面临继续停电,并可能再停一周或更长时间。


都在说德州大停电,那么为什么停电?为什么停电好几天都恢复不了?

整整三天了,中文互联网也包括美国互联网上所有的职业评论家,在叽叽喳喳、评评点点之余,也根本说不出个所以然来。

他们并不在乎事实是什么,这些人跟那些喊着“用爱发电”的人,实质上也没什么区别。

风雪瘫痪的德州


德克萨斯州(Texas)位于美国正南方,是美国人口第二大州(2950万人,第一大是加州4000万)、本土面积第一大州(最大是阿拉斯加)


德州幅员70万平方公里,与整个法国相当。纬度在26°~36°之间,相当于从湖南到河南。


但由于海洋影响,平年无论是夏季还是冬季,德州的气候都接近于广东,冬季温暖,夏季炎热。


德州往常冬天可以在摄氏15度~20度的暖阳里面穿短袖。


很多家庭都没有做好寒潮的准备,毕竟是南方的城市,他们很少会下雪,更不要说“积雪”。


虽然美国中部地形有利于寒潮南下,但上一次德州遭遇如此级别的寒潮,还要追溯到1895年2月14日——整整126年前。这次暴雪严寒对德州属于“百年一遇”(Once in a life time)的,德州很多地方的最低气温低于常年同期平均温度十多度,甚至二十多度。


用科学语言说,这属于极端天气,是“小概率事件”。


随着寒潮南下,德州电网在周日(14日情人节)晚上,创下了创纪录的6920万千瓦冬季用电高峰——人均超过2千瓦。然而,从周一(15日)凌晨1点开始,德州电网就宣布进入历史上最为严重的供能危机,情况急转直下,被迫切断负荷侧供应。这是怎么了?


电网瘫痪了?


昨天(周四18日),一些电网专业的人士,开始出来分析,但由于缺乏资料认知特别是另一个领域的专业知识,文章基本也是丈二和尚摸不着头脑。只能瞎猜输电线路老化、电网本身可靠性不足等原因。


事实上,如果是电网冲击瘫痪的事故,通过调度重启,一般情况半天就能恢复,最长一般不超过24小时。


一些电网专家又开始说德州这次的问题是由于“自外于美国大电网之外”造成的。


因为德州一直有较强的保持独立性的取向,所以电网是和东部电网、西部电网不连接。这是事实。


但这不意味着“接入大电网”,对于这种电网供应瘫痪过半的大问题就有救。


当年在西部电网的加州电力危机的时候,大电网的其他地区也没有多大帮助。加州还是平常就外购电不少的地区。


还有一些人想类比2008年中国南方的冻雨事件,但这次德州的电塔垮了吗?电线断了吗?变压器烧了吗?好像并没有?

而目前德州的现实,最关键的——也是最令当地居民愤愤不平的,就是四大城市——休斯顿、达拉斯、奥斯汀、圣安东尼奥的城市中心区,继续灯火通明;而四周的居民区一片黑暗。

这说明主网供应并无问题,次级网络其实也没问题,而是电网方主动切断了居民区的电力供应,是有意而为的主动控制。


实际上,电网本身与这次德州供电瘫痪并无直接关系。电网根本就没垮。


其实,从电网回溯,可以看见瘫掉的是电源(发电厂)一侧。


作为一个人们心目中油便宜得可以跟水叫板的传统能源大州,能被冻得没电也是蒙羞了,自然让人要问,德州供电到底什么情况。


电网是怎么瘫痪的?


那么,电厂怎么瘫痪的?由此又引发了驴象两党关于新能源的互撕。


这次极寒天气,德州西部据说至少一半的风机被冻住,无法发电了。


一张直升机为风力涡轮机除冰的照片在网上疯传,网民声称照片显示一种化学解决方案被应用于德克萨斯州的一个大型风力发电机上。


问题是,这张照片是多年前在瑞典拍摄的,而不是2021年在美国拍摄的。


但正好为了对抗美国民主党新总统拜登大力发展清洁能源的的政策,共和党今天开始统一口径:德州停电因为风能不可靠,冷了就不能用,所以不要搞清洁能源。


共和党籍的德州州长格雷格·阿伯特(Greg Abbott)说,这笔账应该算到新能源的头上。风力涡轮机和太阳能是主要的责任。


但是运营该州电网的德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)周二在新闻发布会上表示,实际上,天然气、煤炭和核能系统故障造成的停电次数,几乎是冻结的风力涡轮机和太阳能电池板的两倍。

ERCOT周二表示,在全德州停电的4500万千瓦总功率中,约3000万千瓦由火力资源——天然气、煤炭和核电站提供,1600万千瓦来自可再生能源。


除此之外,虽然德克萨斯州近年来加大了风力发电的力度,但根据ERCOT的数据,该州依靠风力发电的电量仍然只占总电量的20%左右。


根据德州ERCOT的报告,德州最大的供能渠道依然是天然气发电厂,装机容量占德州的40%。其次是可再生能源的风力涡轮机发电,占为23%,


第三位是煤炭发电,为18%,核能占据11%。剩余就是包括太阳能等在内的其他方式。


但是,装机容量不等于实际发电量。


平时德州发电量的一半(50%)以上,来自美国特别是德州流行的天然气发电厂,这也是近年来美国页岩油、页岩气革命的成果。


天然气发电是德州电力供应的最主力模式,比例高于装机容量。

风力和太阳能发电仅占20%(低于装机容量),其中风能只占13%,太阳能7%。

另外,煤炭发电占20%(低于装机容量)、核能占约10%(基本相符,因为核能作为基荷,不宜开开停停,调峰调荷)


风能和太阳能发电只占德州电力的20%左右,远不是这次供电问题的唯一罪魁祸首。


另外,无论风能还是太阳能,只要做了防冻除冰处理,管理得当,都很可靠,包括在温的地方,比如俄罗斯、丹麦、挪威、和南极。

这是真正的专业领域


实际上,这次德州大停电的根本原因,问题不在于负荷(用电方),不在于电网,也不在于电源(发电厂)

而在于主力发电厂的上游能源供应——天然气,天然气供应中断了。


得州电网运营商Ercot的高管Dan Woodfin在接受采访时表示,天然气供应不足是电厂难以恢复供电的原因之一。


那么,是天然气井因为寒冷停止工作了吗?天然气被冻上了吗?天然气有这么容易就冻上吗?


俄罗斯在西伯利亚甚至北冰洋边上,都有天然气田与天然气长输管道网络,在-60℃的严寒冬季,同样稳定可靠地向本国乃至西欧供应冬季取暖所需的天然气。


当然,美国在阿拉斯加的最北边,同样是严酷的北冰洋一侧,也有天然气田与管道。这里的严寒条件,比德州这零下十几度,可恶劣多了。


至于天然气——甲烷(CH4)本身,它在常压下的沸点是-161.5 ℃,凝固点(熔点)更是低至-182.5℃,这远远不是自然条件下所能达到的低温。


这就是真正的专业领域了——问题在于天然气管道冰堵。


在最近的寒潮中,作为美国的油气工业中心。德克萨斯州的天然气产量几乎减少了一半。


产量的下降既归因于从地下抽出石油和天然气的井口结冰,但寒冷也使得天然气输气管道出现了大量冰堵,最终瘫痪了天然气管网的主网、次网。

虽然其他州在帮助防止冻结的设备上投资较多,但德克萨斯州此前还没有看到这种需要。


根据BTU分析公司的数据,美国正北方的北达科他州通常每年有20天发生冻井事件,而正南方的德州通常每年只有4天冻井会影响天然气生产。


所以,板子要打在美国似乎运行最纯熟的天然气体系身上:


作为亚热带地区的德州,缺乏预防控制天然气冰堵的意识,在早已发出的大寒潮预警中,缺乏天然气湿度控制去除设备,也缺乏预防管道冰堵的监控措施。


最终导致在寒潮中,天然气管网被冰堵中断。整个德州的燃气发电、燃气供暖全面瘫痪,人祸加剧了天灾。


另外,德州作为亚热带地区,风机缺乏除冰设计,也是电源瘫痪的次要原因。


但相对于要求气候相当于广东的德州地区风力发电系统,设计配备多余的防雪除冰设施,天然气管道的冰堵问题更容易发生。


美国德州大雪停电,体现了在气候变化下,整个能源系统的物理设计、治理结构、应急预案,应对极端情况的构架设计不足。

同时,中国也可以借机举一反三,审视整个能源供应系统的技术体系还有哪些风险点。


事实证明,全球变暖这种气候趋势,带来的绝不仅仅是天气的单向变化,而可能表现为越来越剧烈的双向变化。


也就是天气更极端化,一会儿冷死一会儿热死。对于越来越易怒的天气,我们需要做好心理、制度和物质准备。


随着极端天气的频繁出现,对系统应对小概率事件时的可靠性提出了更高的要求。


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