德州极端冬季天气导致能源短缺，并威胁到健康与安全。
两位专家在文中指出，德州电力危机表明，需要改进电网规划，以便在这些艰难条件下满足用电需求。
未来应考虑多种能源来源，例如核能、碳捕集以及增强型地热系统。
此次问题应进一步凸显社会所有关键基础设施都需要提升韧性。
德州严寒冬季天气造成了美国自2003年东北部和中西部大停电以来最严重的能源短缺。数百万人遭遇停电，在气温低于冰点的地区，停电常常持续超过24小时。
尽管政治和国家层面的辩论正逐渐演变为一场关于能源资源的代理之争，但当前最紧迫的问题是，此次故障威胁到公众健康与安全。天气状况正在削弱关键基础设施，并叠加了全球疫情带来的进一步压力，而该疫情已使国家应急服务承压长达一年。
德州电力危机还凸显了服务提供部门之间的紧密联系——在本案例中，最突出的表现是电力供应如何影响供水。正如我们此前提醒过，在去年夏季加州规模相对较小的轮流停电之后，能源电网故障十分复杂，诊断问题和提出解决方案需要耐心。尽管如此，目前所了解的情况表明，在能源转型持续推进的过程中，需要针对能源可靠性、能源安全和风险采取新的应对方式。
即便事后分析仍在应对这些问题，但电网运营商和公用事业工作人员为维持现有供电所付出的艰辛努力，仍值得予以肯定。
德州电力危机与极端天气
德州当前停电的直接原因是，广泛的极端冬季天气影响了美国大部分地区。德州受灾尤为严重，相对于气候常态，多数地区创下新低温纪录，全州所有县均处于冬季风暴预警之下。就严重程度而言，此次事件属于数十年一遇。
尽管气候变化在极地涡旋中的作用仍存在很大争议，但预计气候变化将导致冬季天气形态更加相似，从而加剧未来的可靠性问题。预计气候变化还将带来更加炎热的天气，使德州应对相关问题更加复杂。
严寒正在推动用电需求达到近乎前所未有的水平。由于寒冬较为罕见，美国中南部地区的企业和居民用户在很大程度上依赖电力取暖。大多数现有电加热系统在低温条件下效率会降低，而且建筑和系统往往保温不良或未经过“防寒处理”。因此，德州在冬季条件下的用电需求比其他州增长得更快。
在德州电力危机爆发前，该州用电高峰需求预计高达74吉瓦，与夏季用电需求相比甚至可能创下纪录——夏季通常因制冷负荷而成为德州的用电“高峰”季节。在如此沉重的预计需求下，天然气和电价在风暴来临前迅速上涨，最终达到正常水平的50倍或更高。
风暴来袭时，用电需求飙升，许多发电厂出现停运。德州电网运营商ERCOT启动了负荷削减，以防止电网完全崩溃。尽管这些停电被称为轮流停电（这是电网紧张时的常规应对措施），但现实是，强制性发电停运规模极大，运营人员不得不切断众多用户的电力供应长达24小时或更久。医院等关键基础设施往往位于较富裕社区，因此许多贫困和少数族裔地区似乎承担了不成比例的停电负担。
在德州电力危机的大部分时间里，负荷削减约为15–20吉瓦，大致相当于新英格兰地区的平均用电需求。全国范围内，此次风暴导致超过450万户用户断电，其中绝大多数位于德州。
由于许多家庭保温措施不足，数百万人经历了接近冰点、危及生命的室内环境。许多道路无法通行，而仅有的少数取暖中心又存在新冠病毒暴露风险，大多数人被迫硬扛。体温过低和一氧化碳中毒的病例迅速增加，人们采取各种绝望的方式取暖。供水系统受到的影响使情况进一步恶化。由于供水系统依赖电力输送，它遭受了严重冲击。冻裂和破损的管道又加剧了这一状况。
尤其是发电厂未能达到电网规划者预期的水平。用电需求和被迫停运的规模均大大超出ERCOT冬季前的资源评估。近30吉瓦的天然气、煤炭和核能发电机组（约为预期在线机组的一半）已处于停运状态或遭遇被迫停运。天然气是该州的主要电力来源，预计在此类条件下可提供多达三分之二的电力容量。多达40%的天然气产能无法使用，这使得德州电力危机不可避免。
虽然具体原因尚待查明，但这些停运很可能是由发电厂层面的问题与天然气管道输送问题共同导致的。天然气与电力部门之间的相互依存关系已得到清晰揭示。冻结的油气井减少了产量，管道输送能力可能也不足。在世界主要石油和天然气产地之一，发电厂竟无法获得天然气来运行。该州四座核反应堆中通常最能抵御天气干扰的一座，也因传感器故障而停运。与此同时，部分风力涡轮机因结冰而受损，可再生能源的发电能力（与电网规划标准相比）视具体日期而定，有时超出预期，有时低于预期。
德州电力危机：是否属于规划与应对的失败？
能源系统的结果并非凭空产生，而是由政策制定者和行业在较长时期内的决策所塑造。尽管天气条件极端，但能源系统的故障仍将引发关于电网规划的诸多讨论。
与其他电力市场不同，ERCOT采用“纯能量”市场，不设容量市场或其他容量机制，而这长期以来是纯粹市场经济学家的梦想。相反，该市场依赖电价飙升的可能性来激励可靠性。因此，德州的备用容量裕度是全国最低的之一。该州在很大程度上也与美国东部和西部另外两个规模大得多的电力系统相隔离。这同样是为了避开监管而做出的政治决定。
许多市场参与者的表现表明，该模式并不充分。尽管此次风暴格外严重，但并非完全前所未有。整整十年前，德州曾因冬季风暴而遭遇轮流停电。当时提出的大多数建议似乎被忽视了。与ERCOT相比，埃尔帕索遭遇了类似的天气条件，但保持了供电，这得益于2011年后的冬季规划。
在德州电力危机期间，ERCOT和州政府沟通不足，加剧了对民众造成的影响。与加州去年夏季的轮流停电相比，电网运营商的沟通有限且前后不一。该州大多数民众似乎并未意识到停电风险，因而措手不及。
除电力之外，其他关键基础设施也受到了影响。由于许多冻结管道爆裂，而其他管道为防止冻结而被持续放水，许多地区已濒临供水短缺。目前已发布烧水饮用的警告，但对于没有电力的人而言，这很难做到。该州多位有影响力的政界人士要么将责任归咎于可再生能源，要么强调德州摆脱联邦监管的独立性，而非关注正在该州展开的相关公共卫生危机，这种糟糕的沟通因此进一步加剧。
能源转型期间的能源可靠性
展望未来，这些停电应成为所有能源市场的警钟。继2014年极地涡旋之后，当时被迫停运几乎导致东海岸出现轮流停电，各国电网本应已做好准备，以应对天然气与电力之间以及电力与水之间的协调问题。
电网可靠性规划过度侧重于确保充足的供应，且主要针对夏季条件。由于太阳能和电池成本低廉且未来将无处不在，夏季电力系统的用电高峰可能不再是大多数能源电网的主要规划因素。相反，冬季的用电高峰管理可能需要主导规划和投资，即便是在德州也是如此。从更好的保温到用户侧参与能源市场乃至运营，同样需要重点关注需求侧。
尽管导致停电的主要能源系统原因在于系统规划，但这无疑对能源来源的选择和组合产生影响。防寒化改造对所有能源来源都至关重要，美国应考虑制定国家或区域标准，以避免再次发生类似德州电力危机的事件。
天然气通常被视为稳定且可调度的资源，但由于其即时输送的特点，其能源安全存在局限。尽管可再生能源并非造成可靠性不足的主要原因，但风能和太阳能似乎不太适合应对大规模、低频的寒冷天气用电需求。随着我们推进脱碳，两者都将成为主导性电力来源，但我们也必须考虑并投资于其他能源来源的作用，包括核能、碳捕集、增强型地热系统、氢能、氨能等。输电和储能无疑发挥着关键作用，通过更广泛的互联和高压输电通道，可建设区域韧性。
尽管停电管理规划可能令人反感，但应就如何管理轮流停电以减轻对少数族裔社区的影响展开更好的讨论。更广泛而言，韧性需要超越电力部门，确保供水和卫生服务等关键基础设施不会像德州电力危机期间那样发生连锁式故障。
