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極端天氣頻發 電力系統如何撐住——美國得州大停電引發的思考

2021-02-25 17:18  來源:中國科學報  瀏覽:  

2月中旬,美國得克薩斯州經歷了百年一遇的寒潮,最低氣溫比常年同期平均溫度低10至20攝氏度,當地電網在2月15日至19日面臨歷史上最為嚴重的電力供應危機,出現大面積、長時間停限電,影響400多萬家庭。

兩個多月前,我國浙江、湖南、江西等地也出現了極寒天氣導致停限電的情況;2020年8月,美國加利福尼亞州因極端高溫天氣,氣溫比正常水平高10至20攝氏度,數十萬居民遭遇分區輪流限電;更早的2008年,我國南方雨雪冰凍天氣曾導致多省區市停電。

世界氣象組織秘書長Petteri Taalas稱,2020到2030年,更多極端天氣在等著我們。極端天氣頻發,我們的電力系統能擔得起保障電力供應的重任嗎?

答案是肯定的。但這有賴于政府的頂層設計,企業、用戶、全社會的配合,以及科技界的努力。

首先要提升認識高度,將電力系統置于能源供應大系統中思考其安全問題,精細化權衡供電安全成本與效益。

新一代能源供應大系統既多元,又呈現出日益緊密的“互聯、互通、互保”局面:終端用戶既需要電力,也需要熱力、天然氣等;電力更多來自風電和太陽能光伏發電,但火電是堅強后盾;火電企業依靠煤炭,未來將更多依賴管道或液化天然氣;天然氣、熱力的生產過程中需要電力。因此,我們要用新型能源綜合安全分析工具,科學研判地區能源安全運行可靠性,在能源品種互聯互通約束能流的基礎上,對能源綜合冗余備用狀況和韌性指數進行分析。

美國得州停限電并非是可再生能源不可靠導致的,極端天氣下電力供應不足,不應過多抱怨風電出力的不足和太陽落山時光伏出力的快速下滑,因為在年度、月度和日前電力計劃的電力電量平衡分析中,這些因素都已考慮到。問題往往出現在外部環境變化后,煤炭和天然氣輸送受阻、火電機組停運、電網覆冰倒塔等。

因此,在科學的系統可靠的評估基礎上,要做好綜合能源系統協同規劃,綜合考慮各能流運行特征,分用戶(傳統用戶分級)、分時段(平常時段和關鍵時段,例如冬奧會等)、分場景(極寒或極熱)權衡供電安全和成本,從根子上規避“意外”。

其次是提升治理能力,重視用戶主觀能動性的調動,“重發輕供不管用”的情況須得到改善。

一要挖掘需求側資源靈活調度潛力。江蘇、冀北等地實踐表明,用戶負荷至少有5%~10%的調節能力,若將明確的動態激勵信號直接傳導給終端用戶,需求側負荷調節能力可進一步提升。隨著5G、電動汽車、港口岸電、數據中心等行業發展,新一代電力系統需求側將出現多個新型高載能行業,這些行業普遍具有靈活調節潛力。

二要根據時代的變化,更新極端情況下的停限電策略。我國許多地方仍是依據2011年版本的《電力需求側管理辦法》制定的用電實施細則,主要采取的仍是行政措施,基于經濟手段的需求響應尚未提上議事日程。

三要加強事故演練。電力企業要按要求制定應急預案,建立與政府、媒體和社會公眾的應急協調聯動機制,從省級下沉到市縣級,定期組織開展大面積停電應急聯合演練。

最后要加快技術創新,構建有效抵御極端天氣的新一代電力系統。近年來,我國電力系統不斷優化電源結構和電網格局,提升各電壓等級電網的協調性,加強電網間互濟能力,確保電力系統安全穩定運行和電力可靠供應,總體保障了經濟社會的可持續發展。面臨極端天氣頻發、分布式能源就地接入、高比例規模化可再生能源并網和高度電力電子化帶來的穩定運行挑戰,不能簡單化地以打造堅強統一電網來應對,否則成本高、效果差。

基于可再生能源和清潔能源,構建集中式與分布式電源結合,骨干電網與局域網和微網結合,源網荷儲互動、靈活柔性、安全可控的新一代電力系統,是發展的必然趨勢,必須加大技術創新,落地工程實踐。新一代電力系統中要特別注意考慮物理儲能、化學儲能、先進儲熱(冷)、先進儲氫等多個技術路線,推動分散式儲能與抽水蓄能等集中式儲能協同發展。

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