危机不慌|美国得克萨斯风暴气候颠覆预演

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两周以来,北极寒潮带来得州历史上前所未有的惨剧:350多万用户停电超过3天。30多人因为严寒造成的停水、停电、停气而死亡。其中,一位10岁儿童因为体温过低在睡眠中过世。一些家庭屋内烧木材,甚至烧儿童积木取暖,火灾和一氧化碳中毒事件频发。

都在说全球变暖,为何地处美国南部的得克萨斯州会出现创纪录的大面积极寒气候?得州的寒冷还真的是全球气候变暖造成的。简单地说,北半球冬季,北极上空的寒冷涡旋原本保留在北极。近年来,全球变暖,海冰消融,环北极的大西洋和太平洋水温上升,洋流和大气环流把南方的温暖空气带入北极上空。北极冷气涡旋被挤压出多个中心。每一次不稳定的一股向南移动都带来寒潮。而美国中南部地区一马平川,没有山地阻拦。寒潮便多次南下,破坏了得州原本的气候形态。

极端、不稳定、创纪录的气候冲击将会越来越多!研究气候变化的海霍(Katharine Hayhoe)教授称,未来的全球气候暖化(Global warming)为全球气候妖化(Global weirding),即全球气候形态将进入极端不规则变化时期。

对于共和党主政的得州出现的气候惨剧,美国各大报纸的评论员均口诛笔伐。《大西洋月刊》的二篇分析文章罗列得州四大罪状:规划失败、利润驱动、恰时物流(Just in time)系统失调、共和党执政无能。《纽约时报》专栏作家、诺贝尔经济学奖得主克鲁格曼(Paul Krugman),在他2月22日的专栏文章中,评价得州电力系统的灾难是“去监管的失败”(Failure of deregulation),是市场失败(Market failure)。许多评论员形容得州ERCOT(The Electric Reliability Council of Texas)“电力可靠委员会”为“电力不可靠委员会”。

正确的批评使人进步。不正确的批评却可能遮掩真正的问题。迄今,对得州电力系统灾难的许多批评都是不正确的。它们对纠正管理失败没有帮助。我们常说,管理失败有四类:搞错了因果关系;选择错误的解决方法;问题定义张冠李戴;用旧理论套解新现象。在对得州电力系统管理失败的分析中,我们看到对气候变化新现象的误解。它无益于了解新现象的本质,更可能耽误开发有效方法。

首先,在过去条件下,得州电力可靠委员会(简称得电委,ERCOT)的治理结构是合适的,是两权相害取其中的第二优选。

电力系统既要防止“市场失败”,又要防范“政府失败”(Government failure)。诺贝尔经济学奖得主斯蒂格利茨(Joseph Stiglitz),在1986年的一篇文章中透彻分析了这两种失败的风险来源。

在“经济外在性,不完全信息,和不完全市场”(Externalities in Economies with Imperfect Information and Incomplete Markets)一文中,斯蒂格利茨指出公共经济学的正外在性问题,以及受不完全信息影响的垄断市场问题。电力系统是公共设施,应该保护它的正外在性。电力系统的投资有沉底成本,参与竞争的企业早期投资可能完全无法回收。因此,公共政策就应该允许一定程度上的政策垄断,避免完全市场竞争存在的反向动机(Disincentives)。但是,已经获得政策垄断权益的先期投资者有信息不对称的优势和运营规模效应的优势,它容易制造一个不完全竞争的市场条件,不利于监管。这就是电力系统比较复杂的“市场失败”情况。如果完全改变成为政府控制下的直接供给,它可能会出现供给不足,因为缺乏竞争而低效,和官僚代理人的动机错位问题。它是电力系统另外一个比较复杂的情况:“政府失败。”

怎样既要防止市场失败,又要避免政府失败?这是公共经济学中永恒的命题。“得电委”实际上提供了一个第二优选的治理结构(处于两种失败之间,没有第一优选,只有妥协的第二优选)。“得克萨斯电力可靠性委员会”是一个非营利组织,由16名专业人士组成。他们负责委员会的日常运营。他们的直接上级是州政府的公共事务委员会。

“得电委”类似一个加强版的航空管制机构。加强版,因为它不仅协调供需信息,还双向控制交易资金。它调配上下游之间的供求关系。上游,它监管有600个发电机组的24家发电厂、自主发电站、太阳能和风电企业。下游,它监管电力运送电网和得州4600万用户。美国有三大电网,东部、西部和得州电网。“得电委”监管下的得州电网曾经是平衡市场失败和政府失败的模范。

1)规模大小合适。电网太小,无法有规模经济效应。电网太大,影响因素太多太复杂,不适合集体行动(Collective action)的委员会治理结构。

2)得电委不是私人营利组织。这就允许它以超越市场的姿态管理电网系统。得电委也不是政府机构。这样可以避免官僚代理人动机错位的问题。

3)而得电委调控的上下游则完全按市场机制运行。长期以来,大小不等的企业都可以加入到得州电网中,为用户发电和输送电力。这样的竞争性让得州在“不完全竞争市场和不完全信息”条件下仍然可以获得高效率的市场供给。而用户则受供需关系影响,在不同季节和时间段支付不同价格的电费。

因为得电委的治理结构优势,它能在最近几年推广“分布式发电和用电”(DGDR,Distributed Generation and Demand Response)。DGDR允许大企业把自主电站多余电力上传,允许太阳能和风能发电入网,允许企业用户灵活调整用电量,允许居民用户按照供电价格调整用电量。在许多国家和地区,DGDR模式是积极建设中的理想策略。它的贡献之一是解决新能源入网问题。

音乐爱好者喜欢听马友友独奏巴赫大提琴第一组曲序曲。马友友要在一把琴上演奏出高中低音之间的变化。一个原本要由小乐队完成的演奏,现在从一把大提琴上表现出来。它的神妙之处也在于此。DGDR模式不容易的地方,也是同时要满足电力供应和消费之间的协调。超发和供电不足都可能引发事故,电力供需平衡的难度不亚于马友友的演奏。

如此美妙的设计怎么会搞出这么多幺蛾子呢?得电委难道一点过错都没有?迄今为止,宣布离职的5位委员共同的“过错”是居住在得州之外,对所管辖区域缺乏切实了解。有人指出,10年前发生类似的寒潮,联邦政府也给出整改的指导性意见,但得电委没有执行。这就是对得电委责任和程序了解不足。按照章程,任何输电网络设施更新,它需要经过州政府委员会听证和批准,然后才能将成本摊派到用户头上。之后,电网建设要有6年左右的周期。

我们可以指责得电委没有积极推动设备更新。同时,我们也要理解,如果没有切肤之痛,用户是不会支持议会议员通过提高电费的建设计划的。为何说它是第二优选?因为它是平衡各方利益,中和两种失败的妥协策略。简单地把得州问题归为市场失败会模糊了对真正问题的认识,不利于我们开发解决方案。

要抓住问题的牛鼻子,我们可能要放大到更高的系统层面看问题,比如气候颠覆效应。

得州电力系统灾难性危机背后是一个系统设计问题。但它不是“得州电力可靠委员会”一个组织的问题,而是全社会的知识体系问题。我们的基础建设知识体系完全建立在过去时态的认知隧道中。过去的经验和经历是我们建立模型的知识基础。更麻烦的是,过去时态的知识体系主要遵守平均值的认知方法。而极端气候带来的新现象往往是极值问题。解释如下。

夏季高峰期,得州电网能支持传输7万兆瓦发电量。超级寒潮来临,全州需要同样的发电量。但是,电网却只能提供不到4万兆瓦的电量。因为1/2的发电机组依赖天然气发电。作为能源大本营,得州地下布满了纵横交错的天然气管道,即用即采,恰时供应(JIT)。这些天然气管道的防寒标准是以历史经验,平均值知识为基础。突如其来的极值低温造成多处系统故障。有2.8万兆瓦的发电机组停摆。雪上加霜,得州大部分工厂企业暖气设施也使用天然气。发电厂与其他单位突然同时竞争同一天然气原料。单一原料来源立即放大系统性灾难。这些同时、联动、极值的情况超出得电委平均值知识体系的想象力。

因此,如果说凶嫌是气候颠覆,还不是很准确。现有系统依赖过去经验的平均值知识。极端气候制造了极值现象。这个陌生的极值现象又有全系统冲击力。它直接放大灾难效果。在统计曲线分布图上,它显示为帕累托分布的“长尾现象”。

以高斯正态分布假设总结出来的平均值知识套解帕累托分布的“长尾现象”,这是面临气候颠覆的全社会知识体系危机。

平均值认识方法曾经也救过许多人的命。1830年,借用天文学统计平均值的方法,凯特勒(Adolphe Quetelet)对人的社会行为和能力做了平均值分类,他希望以此建立社会管理的科学系统。1854年,英国伦敦发生霍乱。斯诺医生(John Snow)运用平均值统计方法找出病源,成功地实施了一场公共卫生管理。平均值认识方法开启了欧洲19世纪的大数据运动,一时间,欧洲各国开始大量收集出生率、死亡率、发病率等公共数据,而他的平均值计算方式成为主要数据分析工具。20世纪初,平均值思维也延伸到商业管理中,它成为科学管理泰勒主义和六西格玛质量控制的方法论来源。

芝加哥大学“保尔森研究所”能源与环境研究员哈维(Hal Harvey)解释极端气候对商业的影响:常态气候下,一年四季,过冷、过热、适中的气候各占1/3,呈现“高斯正态分布”。对此,农作物生长还可以平衡,人类也能够适应。但是,美国太空总署的历史气象资料显示,过热的天气越来越频繁,趋向帕累托(Pareto)分布的“长尾现象”。通俗地讲,80%的天气不正常,过冷过热;只有20%正常冷或热。因此,农作物歉收将是一个全球问题。商业将面临原料供应短缺和能源超常消耗的局面。得州这次灾难的就是极端的“长尾现象”。

极端气候的颠覆性冲击不再是假设。2011年,泰国水灾,丰田和本田的零件厂全部停产,仅丰田一家就遭受15亿美金的损失。2012年,“桑迪”飓风袭击曼哈顿,全城停电4天,损失60亿美金。2013年,百年不遇的大水漫入卡尔加里城,我的学校被迫放弃城中心的校区。2013年,“海燕”台风给菲律宾造成140亿美金的损失,6000人死亡或失踪。

有识之士早已经高度关注气候颠覆问题。8年前,布隆伯格(Michael Bloomberg)、保尔森(Hank Paulson)、鲁宾(Robert Rubin)等人发起非营利机构“玫瑰集团”(Rhodium Group),研究全球宏观趋势变化。该机构的“商业气候风险”报告显示,气候风险可以带来颠覆性冲击。气候灾难正在给农业、商业地产、公共卫生、劳动生产力、能源和交通带来前所未有的打击。以趋势可能性(67%)和极端可能性(5%)为标杆,在5-25年内,美国东海岸和墨西哥湾地区的沿海地产将遭受350亿-1080亿美金的损失。美国中部农作物产量将下降10%-20%。因为天气炎热,户外劳动生产力下降1.5%-3%。 如果选择1%的可能性分布,到本世纪末,气候对相关地区的商业的冲击将是灭顶之灾。8年后,我们在得州看到气候颠覆的预演。

首先,我们要认识到极端现象会造成跨系统的冲击。跨系统冲击往往有下面几种认知的盲点。它们组成复杂大系统的基本特征:

遇到有复杂大系统特征的事件,我们可以借鉴爱普伽(David Apgar)的研究,从下面的8个问题开始,延伸我们的知识能力:

丘吉尔是一个智慧的人。对于自己的认知盲点,丘吉尔常常有四问:为何我不知道?为何我的顾问不知道?为何我没有主动发问?为何没有人告诉我?

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