美国太平洋西北部遭遇历史性热浪，引发轮流停电

美国《POWER》杂志高级副主编索娜丽·帕特尔(Sonal Patel)经常在网站发表电力行业的长篇文章，包括应急和危机事件。她的文章与其他应景的新闻报道不同之处，在于有广泛的事件背景和前瞻性的信息，给读者以启迪。6月30日，北美“热波”还在肆虐，但她对美国西北部的观察已经成文……[1]

美国俄勒冈州最大城市波特兰以盛夏的凉爽天气而著称，因此许多居民家中并未安装空调。然而从6月27日开始连续三天打破历史最高温度纪录，最新纪录达到46.6摄氏度，众多居民只得前往“紧急避暑中心”躲避热浪。

美国太平洋西北地区的公用事业公司正准备应对电网面临的异常压力，因为这个地区不断出现破纪录的气温，至少有一家公用事业公司Avista，本周开始实施停电措施，以缓解电力系统的压力。

这个公司为华盛顿东部和爱达荷州北部的34万客户提供电力。尽管呼吁客户减少电力消耗，但Avista仍在6月28和29日在斯波坎地区启动了“主动和有针对性的保护性断电”，作为“旨在将客户影响最小化的保护性措施”的一部分，以减轻电力系统的压力，防止可能导致长时间停电的系统大范围损坏。”它还敦促用户在当地时间6月25日下午1点至晚上8点期间节约用电。

Avista总裁兼首席执行官Dennis Vermillion周一表示，“当我们为夏季天气做准备时，电力系统经历了新的高峰需求，高温的压力对系统产生了影响，要求我们主动关闭某些客户的电源。”“发生的，比预期的还要快。”

与此同时，博内维尔电力管理局(BPA)，是给西北地区提供约28%电力的非营利性联邦电力营销管理局，周一通知华盛顿州三城地区(肯纳威克、帕斯科、里奇兰和西里奇兰)，这一周的极端高温使该地区的电力能源传输系统承受了巨大压力。里奇兰市警告其居民，“如果总负荷接近系统的最大容量，BPA将要求里奇兰能源服务公司转移或减少其配电系统的负荷。”尽管这三个城市6月28日达到了新的需求高峰，但BPA说还没有“甩”负荷。多个公益事业公司，包括为肯纳威克服务的Benton公用事业区(PUD)在内，继续敦促“节约用电”;无论如何，要为“BPA的主要线路或关键设备失效”做好准备。

随着气温飙升至三位数，俄勒冈州和爱达荷州的公用事业公司也发出了“节约用电”的呼吁。6月28日，波特兰气温达到115华氏度(46.1摄氏度)，促使公共交通运营商暂停服务，随着动力电缆融化，俄勒冈州最大的电力供应商波特兰通用电气还处于停机检修期间，敦促客户在下午5-8时“用电高峰”期间保持警惕。投资者拥有、给爱达荷州南部和俄勒冈州东部提供服务的公用事业公司爱达荷电力，也敦促人们，在接下来的几天里，在下午4-9点期间节约能源。

因高温对我们的电缆造成影响，今日暂停服务，敬请谅解。

——波特兰有轨电车(@PDXStreetcar) 2021年6月27日

状态不稳

按美国国家气象局(NWS)的说法，这一前所未有的热浪，已促成“遍及华盛顿和俄勒冈州无数历史温度记录‘再创新高’。”NWS预计，北部大盆地和北落基山脉的高温天气将持续到本周剩余时间，直到它沿着美加边境向东移出，并最终在7月1日减弱。 NWS 6月29日说，“预计这个地区的高温将飙升至华氏100-110度(比平均温度高出20-30度以上)。”“像斯波坎、华盛顿和博伊西、爱达荷这样的城市，可能会威胁到月度气温记录。”

国家综合干旱信息系统(NIDIS)本月早些时候警告称，由于“异常干旱或干旱，最近几周情况不断恶化”，这个地区的情况尤其不稳定。根据联邦机构2021年6月8日发布的《美国干旱监测》报告，太平洋西北地区78.1%的地区已经处于干旱之中，高于2021年初的40.8%。该机构在上周发布的最新报告说，“经历了又一个炎热干燥的星期，美国西部的干旱形势继续恶化。”“在西部地区，野火和日益增加的野火危险、水资源限制以及对农业的破坏非常普遍。”

连续第三周，西部的极端干旱(D3)/异常干旱(D4)创下了#干旱监测的记录。

西部地区49.7%在D3/D4，而上周为48.9%

2020/2021年干旱之前的最高值是2002年7月23日，达到45.3%。

——NIDIS Drought.gov (@ Drought.gov) 2021年6月24日

当前的动荡不是电力供应问题

据负责制定地区电力计划(以及鱼类和野生动物)规划的西北电力和节能委员会称，对太平洋西北部地区来说，干旱尤为重要，因为该地区近一半的电力依赖水力发电。

这些图表基于西北电力和与节能委员会的发电资源项目数据库，包括在建项目、许可的厂址、提案、最近建成和退役的项目。

但正如太平洋西北国家实验室(PNNL)能源与环境理事会电力基础设施市场部门能源研究员，卡尔·伊姆霍夫(Carl Imhoff)6月29日告诉《POWER》杂志的，太平洋西北地区目前的动荡，不是由供应问题引起的。他说，尽管“西部普遍干旱非常严重”，但“西北地区似乎有良好的水电供应”。这源于良好的计划，已考虑到融雪的不确定性。

BPA说，为了应对前所未有的事件，它将哥伦比亚河下游和斯内克河放鱼苗的计划从春季转移到夏季，以增加这些设施的联邦水电发电量。与此同时，填海局在7月初就对大古力(Grand Coulee)水库进行了定位，以实现其补水目标，“释放剩余的水流，穿过系统，用于电力和非电力用途。”

“尽管年水流量低于平均水平，但大古力大坝后仍有大量的水，加拿大落基山脉也留有某些积雪。与2015年和2001年不同，这些年的水量近似，今年的径流形态减缓，大古力上方的积雪在逐渐融化。”

这个地区的电力供应还得到西北能源公司1.1 GW哥伦比亚核电站的支持。它6月20日完成春季换料大修，以生产BPA销售的关键电力。

PNNL的伊姆霍夫表示，当前地区电网的压力可能与天气有关。“我认为，现在看到的更像是个局部问题，其中某些低压配电线路可能超载，导致过热。”然而，温度更高也可能对这个地区的高压输电线路产生影响，它们从怀俄明州和蒙大拿州向这个地区的大负荷中心输送电力。他说，随着需求激增，“其中某些资产可能正接近满负荷。” 他指出，温度更高，也“倾向于给输电线路本身的额定值带来压力。”

BPA运营1.5万英里传输线路，横跨西北地区，而在内华达、犹他和加利福尼亚的不多。它预见到这些限制，也在努力使其系统为此做好准备。BPA传输服务高级副总裁Richard Shaheen说，“我们已暂停了所有可以暂停的维护项目，以确保我们的传输系统能够处理增加的流量，满足客户的需求。”

哥伦比亚核电站位于华盛顿州本顿县，单机，容量1207MW，BWR，在里奇兰以北12英里，能源部的汉福特核基地现场内。

更大的问题是快速变化环境下有足够的资源

PNNL的伊姆霍夫指出，尽管如此，目前的混乱凸显新的弹性挑战，可能因多个州和瞬息万变的政策和权力格局而加剧。“西部在合作方面有悠久的历史，他们知道怎样共同计划和运营，以满足可靠性标准。” 然而，展望未来，他说，“随着系统中有更多的可再生能源，因为它们往往依赖于天气，会变得更具挑战性。”

按照促进西部互联系统可靠性的实体西部电力协调委员会”(WECC)的说法，太平洋西北地区大部分划归西北电力总汇(NWPP)监督的一个分区。WECC指出，西北地区是个冬季高峰区，通常在1月中旬的最高需求约为39.3 GW。预计2021年，NWPP-西北(NW)分区的可用发电量约为44.3 GW。

但是，受州的清洁能源政策和成本的影响，这个地区(像大部分WECC一样)自本世纪初以来，已淘汰了大量燃煤发电，到2025年，将再淘汰500 MW。然而WECC说，计划增加的一级和二级资源，可能把其峰期发电量提高到44.8 GW。今天，虽然基荷资源占西北地区可用发电量的33%左右，但这个地区2021年的规划储备裕度已从10%增加到42%。最低值出现在9月份，最高值出现在3月和5月。

正如北美电力可靠性公司(NERC)5月26日发布的2021夏季可靠性评估(SRA)警告的，极端事件期间，需求激增超过资源容量，该地区和整个WECC将面临更高的风险。NERC警告说，“像广域高温事件这样的条件，可能减少资源的可用性，因为地区服务于更高的内部需求。此外，当野火或大面积热浪等事件导致网络堵塞时，传输电网可能承受压力。”它还说，日益依赖西部互联互通内部转移，以及许多周边地区资源能力在下降，也增加了极端事件导致负荷中断的风险。

2021年夏天已经成了WECC内活动的“温床”。加州独立系统运营商(CAISO)上周发布了几个“挠曲警报”(Flex Alerts)，称该州和邻近州的部分地区“高温”。去年夏天，该地区曾因极端热浪遭遇轮流停电。6月27日，随着太平洋西北部的热浪开始炙烤该地区，CAISO发布高温公告，预计28日可能出现资源短缺，部分原因是“整个西部可供共享的”能源较少。

在6月16日的新闻发布会上，CAISO的高管告诉记者，加州电网的夏季评估显示，其电力供应“比去年更好，但电网在席卷西部的极端热浪期间，对压力仍然很敏感，因为这可能会切断输入供应，在某些时候造成能源短缺。”

然而，正如WECC对去年高温事件分析显示的那样，这个问题有更深的根源。去年夏天，加州电力系统崩溃，源于各级电力系统“突然增加需求”带来特定的挑战。WECC发现，“需求不仅要根据不断变化的需求模式进行调整，需求策略也要考虑传统资源规划之外的因素，包括资源的可变性、需求大幅增长造成的限产、极端温度对某些发电形式的影响，以及预计输电线路出现拥堵。”

WECC建议，平衡机构要熟悉WECC的“西部资源充分性评估报告”，它仔细检查了资源充分性挑战在如何影响他们的“足迹”。

为什么西部企业加倍重视资源充足

WECC战略参与副总裁兼副总法律顾问Jordan White，上周在联邦能源监管委员会(FERC)主办的技术会议上告诉与会者，由于电网的“巨大转变”，西部互联资源充足，供应侧和需求侧的资源有能力满足电力的总需求，这已经变成了一个特别热门的问题。

White说，虽然西部互联历史上受益于发电的多样性、季节峰期负荷和气候区，但今天，“由于气候和天气模式的变化，负荷模式正在转移。” 他说，“新的清洁能源承诺正在彻底改变发电结构，并将在未来几年继续。新技术、野火、分布式能源和其他因素，以前所未有的方式挑战着这个行业。”“直到最近，人们很少担心西北地区的水力发电系统，它有足够的能力，在炎热的夏季给加州和西南沙漠地区提供电力。发电不能跨越互联满足负荷的时候也很少。”

White说，一切都变了。“我们不能再依靠丰富的资源确保资源充足。这意味着我们需要重新检查和更新我们的战略、分析框架和方法，以确保资源充足。”

他指出，未来的挑战是艰巨的。目前，西部资源充足的方法“是不同实践、时间表和需求的‘拼盘’”。CAISO管理自己的正式资源充足性规划，并与加州监管机构一起管理采购流程。在州外，州监管和非司法管辖的负荷服务实体，通过综合资源规划(IRP)流程进行处理，由公共服务专员或其他当局监督。更复杂的是，资源充足性计划跨越许多时间框架，从长期(5到10年或更多)到短期(1到4年)，再到实时层面。

White说，换句话说，“2020年8月西部互联的资源组合，大部分是提前几年规划的，但无法识别潜在的可靠性风险，直到更近的时间。提前一年太晚了，无法建立新的资源。”他警告说，随着整个互联网络的产能裕度越来越小，“犯错的空间也越来越小。”“要确保系统的可靠性，就必须解决这个问题，这就需要协调、分析和沟通。”

在上周的技术会议上，西北电力总汇的首席运营官Gregg Carrington描述他的组织，正努力把西北部电力实体联合在一起，参与一个可行的容量资源充足规划。

他说，“我们为什么要这样做? 我们预计，即使不是现在，也会在不久的将来，我们会从认为的产能丰富的局面变成产能不足。” 他说，“当我们最初对公用事业公司进行调查时，我们很快得出结论，所有公用事业公司看待可靠性的方式都不同，他们使用不同的衡量标准，使用不同的模型，以不同的方式评估不同资源的价值和贡献。我们的目标是制定一套统一的标准，统一的方法，查看负载和资源。如果我们处理得当……我们将提高该地区的可靠性。”

西北电力总汇(NWPP)是个志愿组织，由服务于美国西北部、不列颠哥伦比亚州和阿尔伯塔州的主要电力公司组成， 已经启动一个资源充足项目，着手解决西北地区“迫在眉睫的能力不足”问题，因为西部几乎所有的州都在增加可再生资源，以满足政策要求。 目前，20个NWPP成员正在资助这项工作。

新市场，新工具，新前景

西北电力与节能委员会在引领另一条道路，正在制定区域性的2021年电力计划。这是个考虑关键挑战和投资优先事项的前瞻性五年计划。今年6月，这个委员会电力规划部的高级政策分析师Gillian Charles，在一次委员会会议上指出，公用事业综合资源规划(IRP)表明，短期内需要大量新资源，主要是太阳能、风能、太阳能+储能，以及某些新的天然气能源。IRP通常还展示需要独立的、短期(2至4小时放电)电池储能，以及能放电8至12小时的少量储能，如抽水蓄能水力发电设施。她说，此外，公用事业公司正在探索利用现有或新的燃气轮机，以生物柴油和氢等替代燃料发电。

这个委员会去年明显放弃了依赖传统的公用事业规划投入的建模方法，因为它预计西部电网需要50 GW新的天然气发电来取代老化的燃煤发电。据报道，这个电力委员会还提出另一种观点，限制新天然气发电，修正后的模型预测反而是“数千MW的新型可再生资源”。该委员会预计将在8月发布其电力计划草案，最终版本预计将在2022年2月通过。

与此同时，仍在更大层面上继续合作，例如，努力扩大西部能源失衡市场[2]。2014年推出的实时能源市场，目前已有15个成员，包括西北能源公司、洛杉矶水电部，以及今年的新墨西哥州公共服务公司。

加州独立系统运营商(CAISO)2014年成立的西部能源不平衡市场(EIM)，本来就允许参与者在接近电力消耗时间买卖电力，并为系统运营商提供相邻电网的实时可见性。到2023年，预计将有22个活跃的西方EIM参与者，代表西部电力协调委员会(WECC)内83%以上的负荷。

据报道，在此时，某些公用事业公司正在探索加入西南电力总汇(SPP)，这将把区域输电组织(RTO)扩大到西部互联。自1997年以来，SPP一直是东部互联10家通过NERC认证的可靠性协调公司之一，目前服务于北美中部的狭长地带，从加拿大边境直到德克萨斯州。SPP去年12月推出西部可靠性协调服务，目前已有6家西部电力服务供应商宣布有兴趣加入RTO。

美国能源部(DOE)牵头、联邦政府推动计划与实施的弹性措施，也为西部地区和全美国的可靠性努力提供支持。这项工作是由美国国家科学院、工程院和医学院发布的2017年共识报告启动的，具有里程碑意义，它检查了美国电力系统的弹性。

PNNL的伊姆霍夫指出，这个报告强调，“在过去5年和10年间，极端天气的范围和频率急剧增加。”“通常情况下，这些都伴随着另一种威胁或极端情况，即造成像去年夏天在加利福尼亚或今冬在德克萨斯州面临的、意想不到的挑战。”

然而他说，如今，这个行业有许多“强大的工具”可供使用，以分析复杂的威胁状况和不同行业之间的相互依赖关系。例如，国家实验室PNNL的任务就包括提供与电网相关的应急响应，这个实验室开发了“动态应急分析工具”，帮助公用事业公司预测和管理极端事件期间的电力和电网的不稳定。伊姆霍夫解释说，这个软件使运营商能够看到并加强电网的薄弱环节，以停止级联电力损失或停电。他说，PNNL开发的其他软件工具，可能有助于确定微电网是否能在极端情况下，以目前的发电量和负荷组合成功运行。PNNL还开发了某些工具，利用RADR(灾难响应快速分析)图像分析软件和能力，试图减轻野火对电网的威胁。

伊姆霍夫说，“我不想低估这样的事实，即未来10年的形势将与过去截然不同。”但是，随着业界的共同努力和新的工具，提供了更多关于电网漏洞的可见性，他说，“我认为我们正在做各种正确的事情。”

结语

北美地区热浪，就像今年2月美国德州的冬季风暴一样，是全球气候变化引发气候异常事件的一部分，带有一定的规律性和关联性。其实今年6月上旬，中国的“中原地区”就曾达到40度以上的高温，很快就“移走”了。但到北美成为“危机”，原因是那里太靠“北”，过去就没有用空调的习惯和准备。好在时间很短，对美国西北部电业部门，好像是一场“虚惊”，或者是“有惊无险”。

实际上，早在2018年，高温热浪就已席卷全球(2018-07-25，新京报)

但在美国业界看来，思想认识更重要：

● 由于气候和天气模式的变化，负荷模式正在转移。

● 一切都变了，不能再依靠丰富的资源，确保资源充足。意味着我们需要重新检查和更新我们的战略、分析框架和方法，以确保资源充足。

● 未来10年的形势将与过去截然不同;存在“意想不到的挑战”。

● 新的清洁能源承诺正在彻底改变发电的结构，并将在未来几年继续。新技术、野火、分布式能源和其他因素，正以“前所未有”的方式挑战能源行业。

资料与注释：

1 Sonal Patel, Rolling Blackouts Triggered as Historic Heatwave Grips Pacific Northwest, POWER, Jun 30, 2021

2 POWER, How Does the Western Energy Imbalance Market Work?, Oct 1, 2018

3 National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. 2017. Enhancing the Resilience of the Nation's Electricity System. Washington, DC: The National Academies Press. https://doi.org/10.17226/24836.