行業動態

極端天氣不再是“極端”事件!構建新型電力系統需更加重視氣候變化“新常態”

近年來,我國極端天氣頻發,電力系統屢受沖擊。2020年12月“霸王級”寒潮造成江西、湖南多地限電,2021年“7·20”河南特大暴雨致使1/3電力設施受損,近期川渝60年一遇的極端高溫干旱天氣導致水電發電能力“腰斬”、工業限電停產。老天爺不循常理出牌的“壞脾氣”大有演變成常態之勢,極端天氣事件正從偶然的“附加題”轉變為更為頻繁的“必答題”甚至是“關鍵題”,給能源電力安全帶來嚴峻考驗。習近平總書記指出,要高度重視全球氣候變化的復雜深刻影響,從安全角度積極應對,全面提高災害防控水平。堅強的電力保障不僅是社會工業發展的基礎動力,更是關乎民生的關鍵命脈。當前正在大力推進構建的新型電力系統必須要以電力安全為前提,更加重視氣候變化“新常態”、極端事件“新變量”,全面提升電力供應保障能力,答好應對極端天氣的“必答題”。

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極端天氣不再是“極端”事件

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近年來,全球氣候變暖已從“幕后”走向“臺前”,導致的極端天氣氣候事件顯著增加,“幾十年一遇”甚至“百年一遇”的災害時常出現,這給我們敲響了警鐘,氣候變化就在身邊,氣候失衡的威脅現實存在。

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全球極端天氣的頻率和強度不斷增加

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聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第六次評估報告指出,最近50年全球變暖正以過去兩千年以來前所未有的速度發生,氣候系統不穩定加劇。氣候變化不僅帶來了全球平均溫度的升高,還導致了極端天氣氣候事件呈現出頻發、廣發、強發和并發的趨勢。據世界氣象組織發布的報告,過去50年,由于氣候變化的影響,災害數量增加了5倍,災害損失增加了7倍多。2021年,北美多地出現罕見高溫天氣,歐洲遭遇了創紀錄的暴雨襲擊和洪澇災害。今年夏天,異常高溫天氣襲擊北半球,歐洲遭遇500年來最嚴重干旱,上千人因熱浪死亡,英國發布有史以來首個“極端高溫”紅色預警。隨著未來全球氣候進一步增暖,極端天氣的發生概率和強度都將有所增加。

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我國是最易受氣候變化影響的國家之一

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我國人口眾多,氣候條件復雜,生態環境整體脆弱,是世界上遭受極端氣候災害影響最嚴重的國家之一?!吨袊鴼夂蜃兓{皮書(2021)》指出,高溫、強降水等極端事件增多增強,中國氣候風險水平趨于上升。統計數據顯示,全國平均高溫日數在近20年呈現明顯的增長趨勢,夏季最高溫度和高溫連續預警天數也屢創新高。北方暴雨愈繁、洪澇頻發,南方高溫不絕、旱災接踵而至,“北澇南旱”趨勢顯現。2013年以來,氣候變化呈現降水線明顯的北抬北擴趨勢。近20年東三省、京津冀、陜甘寧地區年平均降水量逐年遞增。2021年鄭州“7·20”特大暴雨最大小時降雨量突破了我國大陸小時降雨量的歷史極值。2022年南方持續高溫干旱,長江流域出現“汛期反枯”的罕見現象,兩大湖泊鄱陽湖、洞庭湖打破有紀錄以來同期最低水位。

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極端天氣威脅電力安全

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電力系統作為重要的能源基礎設施,安全穩定運行受極端天氣影響嚴重。極端天氣不僅會引起負荷在短時間內激增,突然惡化的氣象條件還會造成風電、光伏、水電出力驟降,伴隨的自然災害還可能導致發電燃料供應受阻、電力設施損毀,電力供需嚴重失衡。

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一次能源供應受阻

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可再生能源發電與天氣高度耦合,在高溫熱浪和靜風環境下,風機無風驅動,在極寒和連陰雨天條件下,光伏元件發電效率降低,風機葉片冷凍覆冰。2022年2月中下旬我國寒潮期間,南方區域風機發生凝凍,最大凝凍受限容量達到裝機容量的42%,部分地區甚至受限超過90%。相比風電和光伏發電,水電長期以來被視為相對可靠、出力穩定的可再生能源。此次水電大省四川出現缺電,讓人們意識到穩定電源在極端天氣下的供應風險。水電裝機占比達80%的四川在60年罕見的高溫干旱極端災害下,水電發電能力斷崖式下降50%,造成全省供電支撐能力大幅下跌。氣候格局的逆轉,使得長期以來以“南澇北旱”“豐余枯缺”季節特性為基礎進行電力規劃和基礎設施設計的省份電力保供面臨著新的挑戰?;茉匆膊⒎侨f無一失。美國得州化石能源極其豐富,20213月極端寒潮導致天然氣管線受凍輸送受阻,全州近三成天然氣機組無法工作,成為大停電的主因。

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電力設施遭到破壞

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極端天氣、自然災害導致倒塔斷線、設備故障、用戶停電,給電網安全穩定運行和電力可靠供應帶來巨大沖擊。颶風、臺風等風暴天氣是沿海地帶的主要威脅。2019年3月,颶風“伊代”襲擊東南部非洲,莫桑比克第二大城市貝拉8成電網被毀,全城停電數周。20208月,颶風“勞拉”導致美國南部三個州超過50萬戶家庭斷電,路易斯安那州部分電網甚至徹底報廢。我國電網覆蓋地域廣、密度大、線路走廊長,一旦受到損壞,造成的損失嚴重。20198月,臺風“利奇馬”登陸中國后,造成浙江、福建、上海、江蘇等十多地電網共7235千伏以上變電站、482310千伏及以上線路受損或故障,772萬戶停電。暴雨及其引發的洪澇災害是內陸地區常見的氣候威脅。20217月中下旬,河南遭遇強降雨天氣,造成全省近1/3供電設施受到影響,374萬用戶停電。事故暴露出配電側設備入地的方式給強降水條件下用戶的供電安全帶來隱患,地下配電站房的內澇設防標準亟待提高。

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電力負荷特性惡化

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極端天氣的頻繁出現,使得電力負荷特性不斷惡化,尖峰負荷規模持續增加、單次持續短、電量比例小、峰谷差不斷拉大。隨著城鎮化水平及居民電氣化水平的提高,空調負荷占最高用電負荷比重大大增加,北京、長三角、珠三角等經濟發達地區已經超過30%,度夏和度冬期間氣溫對用電負荷的影響越來越顯著。20211月,南方電網首次連續五日出現冬季日用電負荷與夏季高峰時段相當的局面,多省市同一時段出現負荷峰值,跨區調配、余缺互濟、錯峰避峰的可用資源顯著下降。2022年以來,世界各地接連發生連創紀錄的極端天氣。入夏以來,我國區域性高溫天氣影響范圍廣、持續時間長、極端性強,22個省用電負荷創新高。四川兩輪極端高溫天氣間隔時間短,負荷持續高企、最大負荷同比增長25%,空調負荷占比達40%,出現全天電力電量“雙缺”的嚴峻局面,長時間持續的高溫使得錯避峰也無法緩解缺口。

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提升電力系統抵御極端天氣能力

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高溫終會消退,但對極端天氣的警惕,須臾不能放松,保障電力安全不僅是經濟問題,更是關系國家能源安全、經濟社會發展和民生福祉的社會問題。近期歐洲的能源形勢表明,俄烏沖突地緣事件疊加極端干旱天氣造成的能源危機,不僅將歐洲經濟推向危險邊緣,甚至將引發更嚴重的社會危機。當前,我國正在加快構建新型電力系統,必須始終把確保電力系統安全可靠運行擺在突出重要的位置,從發、供、用全方位提升抵御極端天氣能力,做好預判、預案,防止極端天氣釀成極端災害。

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保障電力系統容量充裕性

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電力系統容量充裕性是電力可靠供電的重要保障,在風電光伏發電沒有完全解決其波動性問題之前,煤電可為當前電力系統提供充足的有效容量,未來一段時間仍將是確保我國電力安全可靠供應的主力電源。需要加強考慮極端天氣影響下的電源規劃,加快靈活性資源布局,配足托底電源,加大龍頭水電站的開發建設力度,提高水電自身調節能力。完善電力輔助服務市場,研究建立容量補償機制,為煤電等資源參與靈活性調節提供合理的經濟回報,保障新型電力系統的發電容量充裕度。近中期可考慮在燃煤機組利用小時嚴重偏低的省份,建立戰略備用機制或容量補償機制,在中遠期建立長期備用容量市場或采用稀缺性價格機制,有效釋放電源投資信號。要高度重視燃氣燃煤供應受阻帶來的安全風險,充分保障煤炭、天然氣供應充足、價格平穩,構建完善的煤炭、天然氣產運儲銷體系、供需預測預警體系,加強燃氣燃煤儲備及管道安全管理,提高適應各種極端情況的一次能源供應保障能力。

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兼顧大電網互濟和堅強局部電網保底

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加強大電網“互濟互保、互聯互通、互供互備”,強化跨區電力應急支援能力建設。更好發揮大電網資源配置作用,充分利用不同省區用電負荷、可再生能源發電的錯峰特性,挖掘跨省區調節潛力。建立區域電網調節資源和備用共享機制,促進送端地區與受端地區調節資源盈缺互濟。針對極端天氣,加快堅強局部電網規劃建設,建成“堅強統一電網聯絡支撐、本地保障電源分區平衡、應急自備電源承擔兜底、應急移動電源作為補充”的四級保障體系,提升極端狀態下重點地區、重點部位、重要用戶的電力供應保障能力。在極端狀態下,堅強局部電網要具有孤島運行能力。統籌電源、電網建設和用戶防災資源,有序推進重要城市和災害多發地區關鍵電力基礎設施防災建設,根據各地區惡劣氣象條件類型差異化提高設備設防標準。針對極端天氣頻發,開展極端條件下電力安全防控體系的理論研究和實踐探索。

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加強電力需求側響應能力建設

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單純依靠建設電力基礎設施保障持續攀升的迎峰度夏高峰負荷需求,邊際經濟成本高,利用率和性價比低。要建立健全需求側響應機制,緩解供應側容量資源的壓力,減少供應側、電網側尖峰的資源建設,實現資源優化配置。將需求響應納入輔助服務市場,細化各類儲能參與市場的準入條件,鼓勵具備資質的電力市場用戶、負荷聚集商和虛擬電廠聚合分布式電源、自備電廠、儲能裝置、電動汽車等需求側資源提供電力調峰輔助服務。探索需求響應與現貨市場協同運作,實現資金來源市場化。加強氣象條件下負荷特性研究,強化用戶應急電源配置。推進新型電力系統負荷管理系統建設,實現負荷資源統一管理、統一調控、統一服務,實現電力安全保供要求下的負荷精準調控和用戶常態化、精細化用能管理。開展負荷緊急快速響應技術研究與應用,作為有序用電保底技術措施,及時、精準控制用戶負荷。

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堅持有效市場和有為政府相結合

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通過合理反映電能時間和空間價值,用電緊張時的高電價引導需求側減少用電、電源側提高機組出力、外來電輸入負荷中心,實現系統供需平衡,以市場之手緩解用電緊張。分類放開跨省跨區優先發電計劃,將國家送電計劃、地方政府送電協議轉化為政府授權的中長期合同,通過市場機制實現跨省區日前、日內的電力余缺互濟,更好發揮“大電網、大市場”作用。同時應該看到,極端天氣帶有明顯的不可預測性,負外部性很強,一些國際大停電事故表明,在面臨極端天氣、極端社會事件的情況下,電力供需產生異常供需缺口,將導致市場失靈,以經濟性優先的市場設計理念難以保障系統安全,甚至產生負面作用。發揮市場的資源配置作用的同時,并不是完全任其自由。鑒于我國國情,要注重發揮政府作用,引導和把握市場配置電力資源背后的價值觀,對失靈市場進行必要干預和價格管制,動態彌補市場“無形之手”難以起到的作用,避免在極端事件下發生民生災難。


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