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美國電力網轉型浮現五大風險 資料中心與極端氣候成隱憂

商傳媒|責任編輯/綜合外電報導

美國電力系統正經歷結構性轉變,在需求方面,人工智慧(AI)驅動的資料中心快速成長,以及 heating(供暖)、運輸和工業領域的加速電氣化,正在重塑負載模式,並增加資源充足性的壓力。在供應方面,再生能源和儲能的擴張,以及燃煤電廠的退役,為資源可用性帶來更大的變異性和不確定性,引發新的可靠性問題。

賓州大學克萊曼能源政策中心(Kleinman Center for Energy Policy)一份報告指出,這些變化正在重新配置電網風險結構,並暴露為傳統資源開發的市場設計的局限性,其中五類風險尤其突出:

一、區域壅塞風險(Locational Congestion Risk)。當傳輸限制阻止低成本發電到達負載中心時,就會產生區域壅塞風險,從而在各個節點產生價格差異。隨著再生能源和儲能的擴張,壅塞變得更加頻繁且難以預測,暴露了圍繞可調度熱能資源設計的系統的局限性。以 PJM 互聯公司(PJM Interconnection, PJM)為例,特別是在北維吉尼亞州,資料中心的快速擴張顯著增加了電力需求。服務該地區的大部分發電仍然位於 PJM 區域的其他地方,必須通過受限的傳輸介面傳輸。在高需求期間,這些約束會聚合,並觸發富含發電區域和負載中心之間的價格分離。在區域邊際定價框架中,樞紐和匯流排價格之間的這種差異,為市場參與者帶來了與壅塞相關的重大財務風險。

二、時間價格風險(Temporal Price Risk)。時間價格風險是指隨著時間的推移,區域邊際價格的不確定性。短期波動反映了調度決策和燃料價格波動,而長期趨勢則受到發電結構性轉變、電廠退役和不斷變化的需求驅動。儲能資產對時間動態尤其敏感。儲能所有者依賴於小時價格差,其盈利能力取決於這些價差的大小和持久性。短期儲能受益於頻繁、短暫的價格飆升,而長期儲能則在持續的稀缺事件中獲得價值。由於調度決策是跨期的,因此採取的行動會影響後續的價格和系統狀況。這些反饋效應產生了戰略互動,並提高了良好調整的市場規則的重要性。

三、數量變異性風險(Volume Variability Risk)。數量變異性風險反映了隨時間推移,電力供應或需求的數量不確定性。負載波動、再生能源輸出變異性和意外停機會導致此風險。對於依賴天氣的資源來說,數量的變異性尤其明顯,引發了人們對容量充足性和即時平衡的擔憂。2021 年德州電力危機就說明了這種風險。在寒冷的 2 月,西德州的風力發電量比預測低了約 50%,因為創紀錄的低溫將需求推高至近 70 吉瓦。該地區的獨立系統營運商 ERCOT 處於供應短缺的中心。由於電力供應嚴重短缺,ERCOT 被迫實施輪流停電,造成約 800 億至 1300 億美元的損失。

四、需求和供應尾部風險(Demand and Supply Tail Risk)。尾部風險是低機率、高影響的事件,會拉緊系統限制,並且不容易通過傳統金融工具進行對沖。例如,氣候變遷通過使基礎設施面臨更頻繁的極端天氣,增加了供應方面的尾部風險。嚴重的氣候事件導致美國多次停電,有證據表明此類中斷呈上升趨勢。除了氣候影響外,網路攻擊和技術驅動的故障也會帶來額外的系統性威脅。在需求方面,大型資料中心的集中增長可能會在極端情況下加劇局部壓力。

五、監管設計風險(Regulatory Design Risk)。監管設計風險源於對管理調度、定價和補償的市場規則的變更。當新機制與現行系統狀況互動不佳時,它們可能會扭曲激勵措施或破壞可靠性。與營運風險不同,監管設計風險源於政策選擇。2000 年至 2001 年的加州能源危機,證明了部分解除管制、零售價格上限和有缺陷的批發設計如何導致價格波動。批發價格飆升,而公用事業公司無法將成本轉嫁給零售客戶,導致財務困境和緊急干預。

這些風險共同反映了一個電力系統,其財務和營運動態正變得越來越複雜和相互依賴。隨著不同地點、時間範圍和監管制度的變異性增加,市場參與者將需要更複雜的對沖工具和戰略框架,來管理不斷變化的電網風險。這對台灣的能源政策制定者和環保團體,提供了一個借鏡的機會,思考如何建立更具韌性的電力系統,以應對類似的挑戰。