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2019年盛夏，英國(guó)境內(nèi)的一次雷擊，讓英格蘭與威爾士部分地區(qū)停電，造成損失負(fù)荷約3.2%，近100萬(wàn)人用電困難。2022年仲春，受霧淞冰凍影響，中國(guó)廣西臨桂區(qū)的部分自然村電線桿傾倒、供電線路損壞，村民家中也沒(méi)了電。有研究指出，在近30年全球大停電事故發(fā)生的誘因中，自然災(zāi)害占到了56%。

(相關(guān)資料圖)

氣候變化加劇，高溫、暴雨等極端天氣事件頻發(fā)，可能導(dǎo)致電力供需嚴(yán)重失衡，而這種情況對(duì)新型電力系統(tǒng)的沖擊更大。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的火電占比高，依靠自身穩(wěn)定可靠、風(fēng)險(xiǎn)抗性高的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)對(duì)外部氣候風(fēng)險(xiǎn)的不可抗力通常采取“抵御”的措施。相比之下，新型電力系統(tǒng)源、荷兩側(cè)的氣候敏感性和脆弱性特征逐漸顯現(xiàn)，物理意義上的“抵御”能力明顯不足。

近日，《考慮氣候風(fēng)險(xiǎn)的電力系統(tǒng)保供能力提升路徑與機(jī)制研究》報(bào)告出爐。報(bào)告指出，面對(duì)氣候風(fēng)險(xiǎn)，各地區(qū)需要按照電力供需緊張形勢(shì)和資源條件制定針對(duì)性方案，把調(diào)動(dòng)需求側(cè)資源、釋放可調(diào)節(jié)負(fù)荷潛力作為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)供需平衡的關(guān)鍵優(yōu)先選項(xiàng)。該課題報(bào)告的負(fù)責(zé)人、華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院教授袁家海在接受記者采訪時(shí)表示，“目前，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和氣候風(fēng)險(xiǎn)加劇的兩相疊加，確實(shí)給電力安全保供帶來(lái)了雙重壓力。”

可再生能源發(fā)電“靠天吃飯”

從2018 年的東部省份夏季結(jié)構(gòu)性尖峰電力缺口、2020 年的湖南與江西寒潮大范圍缺電，到2022年的四川高溫干旱嚴(yán)重電力電量雙缺，氣候風(fēng)險(xiǎn)引發(fā)的電力安全事態(tài)不斷升級(jí)，電力安全保供的重要性被提到了新高度。電力安全保供成為我國(guó)電力發(fā)展的首要命題。

為助力我國(guó)新型電力系統(tǒng)適應(yīng)氣候風(fēng)險(xiǎn)、提升安全保供能力，報(bào)告以新型電力系統(tǒng)氣候適應(yīng)性的視角，聚焦氣候風(fēng)險(xiǎn)對(duì)中長(zhǎng)期電能量平衡的影響，探討了氣候風(fēng)險(xiǎn)下新型電力系統(tǒng)平穩(wěn)轉(zhuǎn)型和高效保供的有效策略。

據(jù)袁家海介紹，氣溫與電力負(fù)荷之間存在密切的相關(guān)性，尤其是高溫或嚴(yán)寒天氣會(huì)導(dǎo)致空調(diào)、采暖等設(shè)備用電負(fù)荷明顯上漲，且區(qū)別于正常天氣時(shí)的日間用電高峰狀況。其中，調(diào)研發(fā)現(xiàn)極端氣溫期間用電高峰更加符合民生用電的習(xí)慣，在 5點(diǎn)至7點(diǎn)清晨起床和 17點(diǎn)至20點(diǎn)下班回家的兩個(gè)時(shí)段，用電負(fù)荷顯著上漲。

2021年7月，受副熱帶高壓帶來(lái)多日高溫?zé)o風(fēng)影響，東北地區(qū)風(fēng)力發(fā)電出力不足裝機(jī)容量的0.1%。風(fēng)電機(jī)組的出力特性與風(fēng)速密切相關(guān)，而風(fēng)速受天氣影響很大。不同天氣情況下，風(fēng)電的出力波幅度有較大差別，這也印證了可再生能源發(fā)電“靠天吃飯”的特性。

報(bào)告提到，多云、陰雨和雪天也會(huì)不同程度地影響光伏發(fā)電出力，積雪時(shí)光伏出力水平還會(huì)進(jìn)一步下降。高溫會(huì)導(dǎo)致光伏組件的溫度升高，超出一定溫度時(shí)光伏發(fā)電效率會(huì)下降；一般的低溫條件對(duì)光伏出力影響較低，但可能伴隨的大風(fēng)和暴雪會(huì)影響光伏組件的抗載荷能力，且光伏組件有受到破壞和損傷的可能性，這些都將削弱極低溫下的光伏出力。

此外，氣候變化造成流域降水減少、蒸發(fā)增加以及冰川消退等使得徑流枯竭，直接減少水電可用的徑流資源；極端氣象氣候事件增多，加劇了徑流資源分布不均衡，使得洪峰棄水和枯期缺水狀況嚴(yán)重，影響水電發(fā)電出力、設(shè)施安全及供電保證率。如2022年夏季四川地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性極端晴熱高溫天氣，導(dǎo)致作為該地區(qū)主要電源的水電站發(fā)電能力嚴(yán)重不足。

中電聯(lián)計(jì)劃財(cái)務(wù)部計(jì)劃處處長(zhǎng)張衛(wèi)東說(shuō)，“電力系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)災(zāi)害性氣候方面應(yīng)加強(qiáng)事后重建能力，而在應(yīng)對(duì)極端氣候方面需要調(diào)整電力行業(yè)的生產(chǎn)方式，提升系統(tǒng)的適應(yīng)能力，發(fā)展可再生能源，并開(kāi)發(fā)調(diào)節(jié)性資源?！?/p>

他告訴記者，今年以來(lái)，我國(guó)高溫日數(shù)創(chuàng)歷史新高。盡管如此，我國(guó)并未出現(xiàn)類似去年四川那樣大規(guī)模的嚴(yán)重缺電狀況，主要原因在于政府和相關(guān)單位對(duì)目前環(huán)境下保供認(rèn)識(shí)的提升，對(duì)保供電力和可再生能源加大了投入，更加重視對(duì)需求側(cè)資源調(diào)節(jié)潛力的挖掘，開(kāi)發(fā)分布式儲(chǔ)能和電源，完善跨區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施多種措施的系統(tǒng)化聯(lián)合方案。

提升對(duì)可再生能源發(fā)電規(guī)律的認(rèn)識(shí)

此次報(bào)告以中國(guó)當(dāng)前季節(jié)性氣溫變化為主因?qū)е碌碾娏Π踩录ㄓ宥认?、迎峰度冬）為基礎(chǔ)，選取西北區(qū)域的極寒天氣和南方地區(qū)的高溫天氣，同時(shí)考慮風(fēng)速和云雨情況的程度差異，設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)沖擊力度不同的氣候場(chǎng)景，評(píng)估電力系統(tǒng)各類資源受氣候風(fēng)險(xiǎn)的影響程度。

青海省是以水、風(fēng)、光等可再生能源為主，以火、電作為主要靈活性調(diào)節(jié)電源的西部電力送出省份，其地處低緯度高海拔地區(qū)，在冬季易出現(xiàn)極寒天氣。以青海省為例，報(bào)告指出，極寒天氣事件下青海省月平均氣溫降低 3℃以上，月內(nèi)出現(xiàn)多次大范圍降溫，且持續(xù)時(shí)間在5-14天。

廣東省是以火、電為主，水、核、風(fēng)、光多元發(fā)展的東部電力受端省份，也是最大負(fù)荷居全國(guó)首位的用電大省，其地處熱帶和亞熱帶交界地帶，夏季易出現(xiàn)極端高溫天氣。報(bào)告以廣東省為例，指出極高溫天氣事件下廣東省日最高氣溫將達(dá)到 38℃及以上，日平均氣溫維持在 33℃至35℃，夏季月內(nèi)出現(xiàn)多次極高氣溫，且持續(xù)時(shí)間在 3-14 天。

專家預(yù)估，在以極寒和高溫為核心特征的氣候場(chǎng)景下，將出現(xiàn)用電負(fù)荷大幅上漲、電源總體供電能力下降的現(xiàn)象，超出了電力系統(tǒng)的常態(tài)化保供能力范圍。在不考慮需求側(cè)管理措施和應(yīng)急調(diào)整輸電計(jì)劃的情況下，青海和廣東的電力缺口可分別達(dá)到全網(wǎng)最大負(fù)荷的40%和10%以上。

在國(guó)家氣候中心副研究員王陽(yáng)看來(lái)，當(dāng)下極為關(guān)鍵的是通過(guò)研究提升對(duì)風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電規(guī)律的認(rèn)識(shí)。區(qū)域性高溫干旱、大范圍寒潮、霧霾、沙塵、臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端氣候事件通過(guò)影響可再生能源發(fā)電出力，破壞能源基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)而影響能源電力安全。

他認(rèn)為，對(duì)于構(gòu)建新型電力系統(tǒng)以及保障國(guó)家能源電力安全來(lái)說(shuō)，氣象部門首先可利用全國(guó)高密度的氣象觀測(cè)臺(tái)站、測(cè)風(fēng)塔、衛(wèi)星遙感、再分析資料等，開(kāi)展精細(xì)化的可再生能源資源詳查和評(píng)估。評(píng)估過(guò)程不僅要關(guān)注風(fēng)、光、水資源的平均狀態(tài)，更要關(guān)注其波動(dòng)態(tài)，尤其是極端態(tài)；其次是提供精準(zhǔn)的風(fēng)能、太陽(yáng)能資源預(yù)測(cè)，這里尤其要強(qiáng)調(diào)的是中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)信息可用于指導(dǎo)能源電力企業(yè)的生產(chǎn)、調(diào)度和運(yùn)行，并幫助他們提前預(yù)判可能的氣候風(fēng)險(xiǎn)。

在新能源占比越來(lái)越高的新型電力系統(tǒng)下，電力保供形勢(shì)與氣候條件的關(guān)系會(huì)越來(lái)越密切。國(guó)家電網(wǎng)三級(jí)顧問(wèn)蔣莉萍告訴記者，“我們要結(jié)合氣候方面的研究，更準(zhǔn)確地把握各種時(shí)間尺度下的風(fēng)、光出力特性、規(guī)律，并納入國(guó)家預(yù)警預(yù)報(bào)體系，通過(guò)建立更好的協(xié)同機(jī)制，發(fā)揮可再生能源的保供作用。”

專家建議建立氣候風(fēng)險(xiǎn)事件分級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)

氣候風(fēng)險(xiǎn)下，電力系統(tǒng)保供能力協(xié)同提升路徑有哪些？

報(bào)告指出，在多元提升系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力上，需要加快建設(shè)分鐘級(jí)快速響應(yīng)資源、小時(shí)級(jí)深度可控資源和長(zhǎng)時(shí)級(jí)備用供應(yīng)資源三個(gè)服務(wù)時(shí)長(zhǎng)區(qū)間等級(jí)的靈活保供資源架構(gòu)。

例如，小時(shí)級(jí)深度可控的響應(yīng)資源包括靈活火電、可調(diào)節(jié)水電、光熱、跨省跨區(qū)電力、虛擬電廠、需求響應(yīng)中的非必需用電（如大工業(yè)用戶停產(chǎn)限產(chǎn)）等；而長(zhǎng)時(shí)級(jí)應(yīng)急備用資源的可選項(xiàng)主要有備用火電、氫氣儲(chǔ)能、跨區(qū)電力（從未受極端天氣影響的地區(qū)輸送的電力）等。多類型調(diào)節(jié)資源的組合發(fā)展，可兼顧低碳減排和安全保供需求。

在發(fā)揮可再生能源主體責(zé)任提升保供能力上，報(bào)告建議，在西部地區(qū)，通過(guò)提高預(yù)測(cè)精度等手段提升新能源發(fā)電的可調(diào)性和可控性；在東部地區(qū)，實(shí)現(xiàn)“發(fā)電于民”“藏電于民”，分布式電源形成點(diǎn)狀支撐網(wǎng)絡(luò)來(lái)提升電力可靠供應(yīng)能力。

袁家海告訴記者，在建立氣候風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和事故響應(yīng)機(jī)制上，要建立氣候風(fēng)險(xiǎn)事件分級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)估本地極端天氣事件的類型、發(fā)生概率、對(duì)電力供需資源的影響及潛在電力安全狀況，做好氣候風(fēng)險(xiǎn)與電力資源的關(guān)聯(lián)分析和氣候風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分級(jí)工作。

“建立保供電源、電網(wǎng)、儲(chǔ)能等適應(yīng)性資源的應(yīng)急事故響應(yīng)機(jī)制，根據(jù)氣候事件風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、分級(jí)狀況，制定和完善應(yīng)急響應(yīng)方案，做好提前部署和快速應(yīng)對(duì)工作，提升電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)抵御與恢復(fù)能力?！痹液Ｕf(shuō)。

此次報(bào)告提到，新型電力系統(tǒng)需求響應(yīng)保供機(jī)制的兩個(gè)關(guān)鍵是，需求響應(yīng)保供資源的分級(jí)減載制度和需求側(cè)分級(jí)響應(yīng)價(jià)格補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。北京大學(xué)能源研究院特聘副研究員康俊杰認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)不能不計(jì)代價(jià)地保障電力供應(yīng)，應(yīng)算清經(jīng)濟(jì)賬，要用邊際成本代替平均成本來(lái)核算，即核算對(duì)保供電力的投入和保障尖峰時(shí)段用電的時(shí)長(zhǎng)。

康俊杰舉例，2022年，浙江跨省交易的最高價(jià)格達(dá)到了每度電10塊錢，這個(gè)價(jià)格反映了浙江尖峰時(shí)段保供電價(jià)的真實(shí)成本。按照全國(guó)用電負(fù)荷較大區(qū)域的電力系統(tǒng)尖峰負(fù)荷來(lái)計(jì)算，保供成本也超過(guò)10塊錢，這部分成本是由電力系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)的，未來(lái)需要優(yōu)化的新型電力系統(tǒng)來(lái)降低這部分投入。

有專家也表示，除了開(kāi)發(fā)本地保供資源之外，還可以發(fā)揮我國(guó)能源電力網(wǎng)絡(luò)的大范圍配置資源優(yōu)勢(shì)，利用省間電力交易的價(jià)格信號(hào)尋求電力支援，其關(guān)鍵在于送受兩端保供資源的匹配度和電價(jià)差水平。

自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)（NRDC）清潔電力項(xiàng)目副主任劉明明告訴記者，新型電力系統(tǒng)目前處于建設(shè)初期，面臨許多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。從傳統(tǒng)能源向新型能源的轉(zhuǎn)變，需要摸索其規(guī)律，要從傳統(tǒng)的依賴煤電作為保供主力，逐漸轉(zhuǎn)向多方面挖掘保供潛力。

“在電源側(cè)，可以通過(guò)風(fēng)光水儲(chǔ)一體化提升可再生能源的保供能力，提供較為穩(wěn)定的出力曲線；在需求側(cè)，挖掘多樣化的用能主體在冷熱電一體化方面的潛力，平緩負(fù)荷曲線并提升靈活調(diào)節(jié)能力。此外，源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、擴(kuò)大資源配置范圍、實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域協(xié)同等手段，都是待挖掘和實(shí)踐的有效保供路徑?！彼f(shuō)。