极端天气不再是“极端”事件！构建新型电力系统需更加重视气候变化“新常态”
发表时间：2022-08-30
【赛普瑞电气】近年来，我国极端天气频发，电力系统屡受冲击。2020年12月“霸王级”寒潮造成江西、湖南多地限电，2021年“7·20”河南特大暴雨致使1/3电力设施受损，近期川渝60年一遇的极端高温干旱天气导致水电发电能力“腰斩”、工业限电停产。老天爷不循常理出牌的“坏脾气”大有演变成常态之势，极端天气事件正从偶然的“附加题”转变为更为频繁的“必答题”甚至是“关键题”，给能源电力安全带来严峻考验。习近平总书记指出，要高度重视全球气候变化的复杂深刻影响，从安全角度积极应对，全面提高灾害防控水平。坚强的电力保障不仅是社会工业发展的基础动力，更是关乎民生的关键命脉。当前正在大力推进构建的新型电力系统必须要以电力安全为前提，更加重视气候变化“新常态”、极端事件“新变量”，全面提升电力供应保障能力，答好应对极端天气的“必答题”。
极端天气不再是“极端”事件
近年来，全球气候变暖已从“幕后”走向“台前”，导致的极端天气气候事件显著增加，“几十年一遇”甚至“百年一遇”的灾害时常出现，这给我们敲响了警钟，气候变化就在身边，气候失衡的威胁现实存在。
全球极端天气的频率和强度不断增加
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告指出，最近50年全球变暖正以过去两千年以来前所未有的速度发生，气候系统不稳定加剧。气候变化不仅带来了全球平均温度的升高，还导致了极端天气气候事件呈现出频发、广发、强发和并发的趋势。据世界气象组织发布的报告，过去50年，由于气候变化的影响，灾害数量增加了5倍，灾害损失增加了7倍多。2021年，北美多地出现罕见高温天气，欧洲遭遇了创纪录的暴雨袭击和洪涝灾害。今年夏天，异常高温天气袭击北半球，欧洲遭遇500年来最严重干旱，上千人因热浪死亡，英国发布有史以来首个“极端高温”红色预警。随着未来全球气候进一步增暖，极端天气的发生概率和强度都将有所增加。
我国是最易受气候变化影响的国家之一
我国人口众多，气候条件复杂，生态环境整体脆弱，是世界上遭受极端气候灾害影响最严重的国家之一。《中国气候变化蓝皮书(2021)》指出，高温、强降水等极端事件增多增强，中国气候风险水平趋于上升。统计数据显示，全国平均高温日数在近20年呈现明显的增长趋势，夏季最高温度和高温连续预警天数也屡创新高。北方暴雨愈繁、洪涝频发，南方高温不绝、旱灾接踵而至，“北涝南旱”趋势显现。2013年以来，气候变化呈现降水线明显的北抬北扩趋势。近20年东三省、京津冀、陕甘宁地区年平均降水量逐年递增。2021年郑州“7·20”特大暴雨最大小时降雨量突破了我国大陆小时降雨量的历史极值。2022年南方持续高温干旱，长江流域出现“汛期反枯”的罕见现象，两大湖泊鄱阳湖、洞庭湖打破有纪录以来同期最低水位。
极端天气威胁电力安全
电力系统作为重要的能源基础设施，安全稳定运行受极端天气影响严重。极端天气不仅会引起负荷在短时间内激增，突然恶化的气象条件还会造成风电、光伏、水电出力骤降，伴随的自然灾害还可能导致发电燃料供应受阻、电力设施损毁，电力供需严重失衡。
一次能源供应受阻
可再生能源发电与天气高度耦合，在高温热浪和静风环境下，风机无风驱动，在极寒和连阴雨天条件下，光伏元件发电效率降低，风机叶片冷冻覆冰。2022年2月中下旬我国寒潮期间，南方区域风机发生凝冻，最大凝冻受限容量达到装机容量的42%，部分地区甚至受限超过90%。相比风电和光伏发电，水电长期以来被视为相对可靠、出力稳定的可再生能源。此次水电大省四川出现缺电，让人们意识到稳定电源在极端天气下的供应风险。水电装机占比达80%的四川在60年罕见的高温干旱极端灾害下，水电发电能力断崖式下降50%，造成全省供电支撑能力大幅下跌。气候格局的逆转，使得长期以来以“南涝北旱”“丰余枯缺”季节特性为基础进行电力规划和基础设施设计的省份电力保供面临着新的挑战。化石能源也并非万无一失。美国得州化石能源极其丰富，2021年3月极端寒潮导致天然气管线受冻输送受阻，全州近三成天然气机组无法工作，成为大停电的主因。
电力设施遭到破坏
极端天气、自然灾害导致倒塔断线、设备故障、用户停电，给电网安全稳定运行和电力可靠供应带来巨大冲击。飓风、台风等风暴天气是沿海地带的主要威胁。2019年3月，飓风“伊代”袭击东南部非洲，莫桑比克第二大城市贝拉8成电网被毁，全城停电数周。2020年8月，飓风“劳拉”导致美国南部三个州超过50万户家庭断电，路易斯安那州部分电网甚至彻底报废。我国电网覆盖地域广、密度大、线路走廊长，一旦受到损坏，造成的损失严重。2019年8月，台风“利奇马”登陆中国后，造成浙江、福建、上海、江苏等十多地电网共72座35千伏以上变电站、4823条10千伏及以上线路受损或故障，772万户停电。暴雨及其引发的洪涝灾害是内陆地区常见的气候威胁。2021年7月中下旬，河南遭遇强降雨天气，造成全省近1/3供电设施受到影响，374万用户停电。事故暴露出配电侧设备入地的方式给强降水条件下用户的供电安全带来隐患，地下配电站房的内涝设防标准亟待提高。
电力负荷特性恶化
极端天气的频繁出现，使得电力负荷特性不断恶化，尖峰负荷规模持续增加、单次持续短、电量比例小、峰谷差不断拉大。随着城镇化水平及居民电气化水平的提高，空调负荷占最高用电负荷比重大大增加，北京、长三角、珠三角等经济发达地区已经超过30%，度夏和度冬期间气温对用电负荷的影响越来越显著。2021年1月，南方电网首次连续五日出现冬季日用电负荷与夏季高峰时段相当的局面，多省市同一时段出现负荷峰值，跨区调配、余缺互济、错峰避峰的可用资源显著下降。2022年以来，世界各地接连发生连创纪录的极端天气。入夏以来，我国区域性高温天气影响范围广、持续时间长、极端性强，22个省用电负荷创新高。四川两轮极端高温天气间隔时间短，负荷持续高企、最大负荷同比增长25%，空调负荷占比达40%，出现全天电力电量“双缺”的严峻局面，长时间持续的高温使得错避峰也无法缓解缺口。
提升电力系统抵御极端天气能力
高温终会消退，但对极端天气的警惕，须臾不能放松，保障电力安全不仅是经济问题，更是关系国家能源安全、经济社会发展和民生福祉的社会问题。近期欧洲的能源形势表明，俄乌冲突地缘事件叠加极端干旱天气造成的能源危机，不仅将欧洲经济推向危险边缘，甚至将引发更严重的社会危机。当前，我国正在加快构建新型电力系统，必须始终把确保电力系统安全可靠运行摆在突出重要的位置，从发、供、用全方位提升抵御极端天气能力，做好预判、预案，防止极端天气酿成极端灾害。
保障电力系统容量充裕性
电力系统容量充裕性是电力可靠供电的重要保障，在风电光伏发电没有完全解决其波动性问题之前，煤电可为当前电力系统提供充足的有效容量，未来一段时间仍将是确保我国电力安全可靠供应的主力电源。需要加强考虑极端天气影响下的电源规划，加快灵活性资源布局，配足托底电源，加大龙头水电站的开发建设力度，提高水电自身调节能力。完善电力辅助服务市场，研究建立容量补偿机制，为煤电等资源参与灵活性调节提供合理的经济回报，保障新型电力系统的发电容量充裕度。近中期可考虑在燃煤机组利用小时严重偏低的省份，建立战略备用机制或容量补偿机制，在中远期建立长期备用容量市场或采用稀缺性价格机制，有效释放电源投资信号。要高度重视燃气燃煤供应受阻带来的安全风险，充分保障煤炭、天然气供应充足、价格平稳，构建完善的煤炭、天然气产运储销体系、供需预测预警体系，加强燃气燃煤储备及管道安全管理，提高适应各种极端情况的一次能源供应保障能力。
兼顾大电网互济和坚强局部电网保底
加强大电网“互济互保、互联互通、互供互备”，强化跨区电力应急支援能力建设。更好发挥大电网资源配置作用，充分利用不同省区用电负荷、可再生能源发电的错峰特性，挖掘跨省区调节潜力。建立区域电网调节资源和备用共享机制，促进送端地区与受端地区调节资源盈缺互济。针对极端天气，加快坚强局部电网规划建设，建成“坚强统一电网联络支撑、本地保障电源分区平衡、应急自备电源承担兜底、应急移动电源作为补充”的四级保障体系，提升极端状态下重点地区、重点部位、重要用户的电力供应保障能力。在极端状态下，坚强局部电网要具有孤岛运行能力。统筹电源、电网建设和用户防灾资源，有序推进重要城市和灾害多发地区关键电力基础设施防灾建设，根据各地区恶劣气象条件类型差异化提高设备设防标准。针对极端天气频发，开展极端条件下电力安全防控体系的理论研究和实践探索。
加强电力需求侧响应能力建设
单纯依靠建设电力基础设施保障持续攀升的迎峰度夏高峰负荷需求，边际经济成本高，利用率和性价比低。要建立健全需求侧响应机制，缓解供应侧容量资源的压力，减少供应侧、电网侧尖峰的资源建设，实现资源优化配置。将需求响应纳入辅助服务市场，细化各类储能参与市场的准入条件，鼓励具备资质的电力市场用户、负荷聚集商和虚拟电厂聚合分布式电源、自备电厂、储能装置、电动汽车等需求侧资源提供电力调峰辅助服务。探索需求响应与现货市场协同运作，实现资金来源市场化。加强气象条件下负荷特性研究，强化用户应急电源配置。推进新型电力系统负荷管理系统建设，实现负荷资源统一管理、统一调控、统一服务，实现电力安全保供要求下的负荷精准调控和用户常态化、精细化用能管理。开展负荷紧急快速响应技术研究与应用，作为有序用电保底技术措施，及时、精准控制用户负荷。
坚持有效市场和有为政府相结合
通过合理反映电能时间和空间价值，用电紧张时的高电价引导需求侧减少用电、电源侧提高机组出力、外来电输入负荷中心，实现系统供需平衡，以市场之手缓解用电紧张。分类放开跨省跨区优先发电计划，将国家送电计划、地方政府送电协议转化为政府授权的中长期合同，通过市场机制实现跨省区日前、日内的电力余缺互济，更好发挥“大电网、大市场”作用。同时应该看到，极端天气带有明显的不可预测性，负外部性很强，一些国际大停电事故表明，在面临极端天气、极端社会事件的情况下，电力供需产生异常供需缺口，将导致市场失灵，以经济性优先的市场设计理念难以保障系统安全，甚至产生负面作用。发挥市场的资源配置作用的同时，并不是完全任其自由。鉴于我国国情，要注重发挥政府作用，引导和把握市场配置电力资源背后的价值观，对失灵市场进行必要干预和价格管制，动态弥补市场“无形之手”难以起到的作用，避免在极端事件下发生民生灾难。
(来源：微信公众号“电联新媒”作者：岳昊)，由开关柜除湿器厂家赛普瑞电气分享