過去一周,強烈暴風雪連日襲擊美國,已有至少30多人因酷寒相關因素喪生,美國中南部多個地區的低溫,已經打破了數十年甚至百年的紀錄。其中,德薩斯州的災情最為嚴重,暴風雪導致用電量暴增、電網癱瘓,有數百萬人沒水沒電,在嚴寒中苦熬,有電的家庭則要忍受飆升百倍的電價帳單,同時,德州的能源業和晶片製造業也都受到重創。

2月18日,德薩斯州基林195號國道標誌上掛滿了冰柱。(Joe Raedle/Getty Images)
2月18日,德薩斯州基林195號國道標誌上掛滿了冰柱。(Joe Raedle/Getty Images)

德薩斯州的電網為何會大面積癱瘓?這背後到底是何原因?

無水無電無暖氣 民眾苦不堪言

德薩斯州地處美國中南部,本是一個氣候溫暖的州,但是在過去一周裏,因為一道源自美加邊境的「北極冷鋒」席捲全美,帶來大量雨雪和極寒氣溫,造成德薩斯州氣溫一度降到攝氏零下19度,為1989年以來的最低。

往年的這個時候,德薩斯州達拉斯的最高氣溫在攝氏15度左右,但是這幾天的最高氣溫只有攝氏零下10度,比往年低了攝氏25度左右。

從2月15日起,暴風雪造成電網癱瘓,導致德薩斯州超過400萬人停電超過36小時。直到2月18日時,仍然有接近50萬人在斷電的生活中煎熬。

那與此同時,停電也影響到了供水設施,可能造成自來水污染,德薩斯州700萬居民被告知,要先煮沸自來水後再飲用。州長還敦促居民在可能的情況下切斷家中水源,以防水管破裂。

叫苦連天的民眾,紛紛在社交媒體上貼出照片,顯示自家的慘況,有的是水龍頭直接結凍;有的是家中魚缸凍成了一大塊冰,裏面養的金魚全部凍死;也有水管凍裂後漏出來的水,在吊扇下凍成了很多條細長的冰柱;而這張照片,天花板的水管凍裂後,噴湧出的水流砸在一輛汽車上,瞬間就被凍成一道冰柱。

2月16日,德薩斯州侯斯頓居民因斷電無暖氣,只好燒木材取暖。(Go Nakamura/Getty Images)
2月16日,德薩斯州侯斯頓居民因斷電無暖氣,只好燒木材取暖。(Go Nakamura/Getty Images)

自由化市場管制 電價飛漲約兩百倍

低溫酷寒之下大停電,已讓民眾苦不堪言,而天價般昂貴的電費,更讓民眾雪上加霜。

據媒體報道,有多位德薩斯州民眾接到電力公司的簡訊,通知他們的賬單「快要破表」,建議更換別家電力公司。一位40多歲的女性居民說,這2月份剛剛半個月的電費賬單已經有2,500美元,而去年整個2月份的賬單只有大約33美元。

電力公司網迪(Griddy)平時會向客戶收取9.99美元的固定月費,但由於德薩斯州電力可靠委員會(ERCOT)的法規漏洞,讓電費市價在15日突然暴漲近200倍,原本是每百萬瓦小時(megawatt-hour)不到50美元,但突然誇張的變成了9,000多美元。

事實上,擁有豐富石油天然氣資源的德薩斯州,是美國電力自由化、私營介入程度最高的地方。長期以來,「電力自由競爭」的經濟效率,也讓德薩斯州政府深感自豪。管制鬆散的市場也帶來了顯而易見的好處,那就是便宜,德薩斯州的平均電價為每千瓦小時8.6美分,比全美的平均水平低大約五分之一,更是加利福尼亞州的一半。

而且,因為極端嚴寒天氣在德薩斯州很少見,所以德薩斯州也不要求電力供應商,為可能的需求激增預留出額外的電力,而電力公司更不會花大筆投資,讓設備能夠抗寒「越冬」。

但在這一次的寒災急凍中,巨幅的電力價格波動,也讓輿論對德薩斯州電力供應商這種「效益至上」的做法開始產生疑問。

能源業和晶片產業受到衝擊

德薩斯州是全美能源重鎮,也是一些全球最大石油與天然氣公司總部所在地,所以,這一場酷寒天氣也給德薩斯州的能源業造成了損害。

德薩斯州每天生產大約460萬桶石油,大約佔全美產量的四成,而德薩斯州生產的天然氣產量,約佔全美的四分之一。

然而,受惡劣天氣影響,從2月15日起,德薩斯州已經暫停油井和煉油廠工作,迫使天然氣和原油管道營運商限制供應。原油減產,也導致西德薩斯州的原油價格,一年多來首度漲破了每桶60美元的價位。

除了油氣生產外,油氣的運輸能力也遭到酷寒衝擊,德薩斯州侯斯頓碼頭一度被迫關閉,德薩斯州,和阿肯色州、伊利諾州、路易斯安那州、新墨西哥州的天然氣管道運輸能力也都受到了影響。

由於停電,德薩斯州首府奧斯汀(Austin)附近的一些半導體工廠也被迫停工。17日的時候,汽車晶片最大的製造商之一恩智浦(NXP)表示,在奧斯汀地區的兩家工廠已停產。英飛凌(Infineon)在奧斯汀的工廠也被迫關閉。

此外,全球第二大的半導體製造商三星電子也表示,已經關閉了奧斯汀工廠的生產。這之前,已經因為疫情等原因導致了全球晶片荒,而德薩斯州的這一場極寒天氣,無疑讓晶片供應鏈下游的「缺芯」問題更加嚴峻。

德州推動可再生能源導致停電?

這一次的德薩斯州大停電,也引發了是否應該大力發展可再生能源的大討論。

德薩斯州的共和黨人一直主張保護化石燃料。斷電發生後,共和黨人指責說,大力發展可再生能源,摒棄煤炭等傳統能源,就是斷電的根本原因。

而德薩斯州公共政策基金會,在發佈的新聞稿中也指出,「本周,由於德薩斯州被冰雪覆蓋,可以預計大部份風力渦輪機將靜止,而太陽能電池板將產生很少的電力」,並說:「是甚麼讓德薩斯州人感到溫暖,並讓他們在這個致命的冬季風暴中活著?是化石燃料,特別是天然氣。」

一些主流媒體也表達了類似的觀點,《華盛頓郵報》說,德薩斯州各地遭遇停電,部份原因是風力渦輪機出現問題。渦輪機會在嚴寒的天氣裏結冰,葉片最終會停止轉動。德薩斯州電網營運商說,德薩斯州近一半的風力渦輪機被凍結。

《華爾街日報》也說,過去10年裏,足以為6,000萬美國家庭供電的煤炭設施停止營運,還有許多核電站計劃關閉。民主黨和共和黨的政客都在推動對可再生能源的補貼,然而德薩斯州正在發生的一切暴露出可再生能源的侷限性。

但也有觀點認為,這些說法可能偏頗。德薩斯州電力可靠度委員會(ERCOT)的資料顯示,在過去幾年中,德薩斯州一直在努力削減煤炭電力,發展脫碳的風能發電。

但是,德薩斯州第一大供電主力仍然是天然氣,佔在2020年全州供電量達45%;第二名才是風力發電,佔比約為23%;煤炭(18%)和核能(11%)緊隨其後;太陽能佔比約2%。

在這次致命寒潮中,全州範圍內有4.6萬兆瓦的電力供應停止運行,其中大約六成的損失來自天然氣、煤炭和核能發電,另外四成來自風能和太陽能發電。

也就是說,不管是天然氣、煤炭、核能發電,還是風能和太陽能發電,德薩斯州各種類型的發電機組都受到寒冷天氣衝擊,無一例外。

那麼,為甚麼德薩斯州的火力發電機組,會因為寒流急凍而停頓呢?這是因為天然氣的開採過程中會殘留一定比例的水氣,但在「華氏0度」,相當於攝氏零下18度的極端低溫中,水氣會冷凍結冰,從而嚴重阻礙天然氣管的輸氣效率。

與此同時,用來加壓輸氣、供應火力發電的柴油機組系統,也因為化學特性而在低溫狀態中凝固結凍。於是在低溫狀態的惡性循環下,輸氣系統才會陸續低溫停頓,接著就是造成了一座座的火力發電廠徹底癱瘓。

按照正常的安全邏輯來說,美國的天然氣輸氣、綠能機組以及電網系統,都應該要有「防凍裝置」以避免冬季的極端氣候影響供電,但是德薩斯州地處南方,終年溫暖高溫,因此電網系統的設定都是以「防止夏季熱浪過載」為設定,沒有認真考慮過「大規模結凍」的寒災可能性。

其實,這不是德薩斯州第一次因為嚴寒天氣停電,2011年的冰風暴也曾導致燃煤和天然氣電廠凍結,只是停電範圍沒有今年這麼大。業界觀察家認為,德薩斯州發電廠的防凍工作仍然不足。

佐治亞理工學院的一位助理教授認為,此次斷電並非可再生能源比例大小的問題,而是電力系統的問題,而現有的基於化石能源的系統也無法處理這些情況。

2月15日,一場冬季暴風雪襲擊德薩斯州,汽車都被雪覆蓋了。(大紀元)
2月15日,一場冬季暴風雪襲擊德薩斯州,汽車都被雪覆蓋了。(大紀元)

獨立電網 使德州成為一座孤島

不過,在這些因素之外,德薩斯州還有一個特殊性,它是美國本土唯一一個電網獨立的州。

美國本土48州大致分為三大電網系統:美國東部聯合電網、西部聯合電網,以及獨立的德薩斯州電網,這個德薩斯州電網覆蓋了德薩斯州絕大部份區域。

在歷史上,德薩斯州這片土地曾屬於墨西哥,之後成立了德薩斯共和國,直到1845年,加入美國成為一個州。時至今日,德薩斯州內依然存在脫離美國獨立的呼聲。

為了不讓聯邦政府的監管過度干預德薩斯州,因此德薩斯州擁有獨立的電網營運商,就是電力可靠性委員會(ERCOT),這個委員會只受德薩斯州公用事業委員會和州立法機構監督。

但這也意味著,德薩斯州電網有如一座孤島,它無法在最需要幫助的時候直接從東部或西部電網借電。同樣地,它也無法送電給其它地方。這也是造成德薩斯州大面積持續斷電而不能儘快恢復的一大原因。

因此,德薩斯州當地專家認為,電網互聯互通,改善傳輸與儲存是避免未來電力危機的發展方向。例如:德薩斯州在16日時有400多萬人斷電,但美國有些地區電力過剩、電價低廉,應該把那裏的電力輸送給德薩斯州急需電力的地區。

還有專家認為,政府應該鼓勵建立更多傳輸設施,將資源轉移到需要的地方,建設更多高壓電線在全美範圍內輸電。

最近幾個月,日本、巴基斯坦和法國的一系列極端天氣事件也曾導致國家電網癱瘓,並破壞了全球能源市場,美國這一次的寒流事件只是其中最新的一宗。

從這些事件中,我們也可以關注到一個問題,那就是世界似乎已經變得非常脆弱,在難以預測的自然面前,我們人類需要持續的懷有敬畏之心。◇