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ERCOT 负责管理得州 2 600 万客户的电力供应和分配,覆盖了该州约 75%的面积和 90%的电力负荷。ERCOT 作为非盈利机构,运行职责包括保证电力系统可靠性,平衡供需并维持 60 Hz的系统频率,促成竞争性的批发、零售市场等 [1] 。
ERCOT 管辖范围内有超过 74 800 km 输电线路、超过 680 台发电机组,其中最主要的发电资源是天然气,其次是风力。得州现有装机总容量为107 514 MW,各燃料类型发电装机容量及其占比如图 2 [1] 所示。据统计,在 2021 年 1 月份实际发电量中,燃气发电量为 10 744 GW·h,占比 35%;风力发电量为 7 702 GW·h,占比 25%;燃煤发电量为 6 803 GW·h,占比 22% [6] 。
1.2 电力市场概况
得州自 1995 年开始电力市场化改革。1996年,ERCOT 成为全美第一个 ISO,电力批发市场试运行。1999 年,关于电改的参议院 7 号法案签署,得州着手建设以区域市场(zonal market)为架构的现货实时市场。2010 年,经重新设计,节点市场(nodal market)取代了区域市场 [10] 。
图 2 各燃料类型发电装机容量及其占比
Fig. 2 Installed capacity and its proportion ofeach fuel type power generation
得州电力市场是单一能量市场(energy only market),未建立容量市场。为了在实时市场中反映备用资源的稀缺价值,ERCOT 于 2014 年引入实时备用价格增量(real-time reserve price adders,RTRPA),允许批发电价在系统资源稀缺时段陡升,从而使边际机组回收成本 [11] 。RTRPA 每15 min 计算一次,在安全约束经济调度后根据运行备用需求曲线计算得到,可表示为
2 停电事故的发生与发展
2.1 能源紧急警报机制
ERCOT 设置了一套渐进的应急程序,目的在于避免运行备用不足时发生全系统的崩溃。当系统需要额外资源维持平衡时,ERCOT 会向市场参与者发布运行条件通告(operating conditionnotice);当运行备用分别小于 3 000、2 500 MW 且预期无法在 30 min 内恢复时,ERCOT 将通过热线或公告栏向市场参与者发布事件咨询(advisory)与监视(watch)通告 [12] 。
进一步地,当运行备用小于 2 300 MW 时,能源紧急警报(EEA)激活,此时允许使用稀缺条件下的限定资源。2021 年冬季 ERCOT 部署的备用资源包括响应备用服务(responsive reserve service,RRS)、紧急响应服务(emergency response service,ERS)、直流联络线进口、需求响应等,合计提供额外容量 2 800 MW [13] 。EEA 共分为 3 个级别,具体触发条件及系统操作步骤 [14] 如图 3 所示。
2.2 事故过程
2.2.1 停电前兆
2 月 8 日,ERCOT 针对预期到来的极寒天气发布运行条件通告,2月 10日发布事件咨询通告,2 月 11 日发布事件监视通告。ERCOT 在负荷预测中宣称,如果气温持续下降,2 月 15 日上午将出现创纪录的电力需求 [15] 。ERCOT 经营区内发电厂收到极寒天气准备通知,要求审查燃料供应、实施冬季天气应对程序等。
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