极端天气频发 电力系统如何撑住——美国得州大停电引发的思考

2021-02-25 17:18  来源:中国科学报  浏览:  

2月中旬,美国得克萨斯州经历了百年一遇的寒潮,最低气温比常年同期平均温度低10至20摄氏度,当地电网在2月15日至19日面临历史上最为严重的电力供应危机,出现大面积、长时间停限电,影响400多万家庭。

两个多月前,我国浙江、湖南、江西等地也出现了极寒天气导致停限电的情况;2020年8月,美国加利福尼亚州因极端高温天气,气温比正常水平高10至20摄氏度,数十万居民遭遇分区轮流限电;更早的2008年,我国南方雨雪冰冻天气曾导致多省区市停电。

世界气象组织秘书长Petteri Taalas称,2020到2030年,更多极端天气在等着我们。极端天气频发,我们的电力系统能担得起保障电力供应的重任吗?

答案是肯定的。但这有赖于政府的顶层设计,企业、用户、全社会的配合,以及科技界的努力。

首先要提升认识高度,将电力系统置于能源供应大系统中思考其安全问题,精细化权衡供电安全成本与效益。

新一代能源供应大系统既多元,又呈现出日益紧密的“互联、互通、互保”局面:终端用户既需要电力,也需要热力、天然气等;电力更多来自风电和太阳能光伏发电,但火电是坚强后盾;火电企业依靠煤炭,未来将更多依赖管道或液化天然气;天然气、热力的生产过程中需要电力。因此,我们要用新型能源综合安全分析工具,科学研判地区能源安全运行可靠性,在能源品种互联互通约束能流的基础上,对能源综合冗余备用状况和韧性指数进行分析。

美国得州停限电并非是可再生能源不可靠导致的,极端天气下电力供应不足,不应过多抱怨风电出力的不足和太阳落山时光伏出力的快速下滑,因为在年度、月度和日前电力计划的电力电量平衡分析中,这些因素都已考虑到。问题往往出现在外部环境变化后,煤炭和天然气输送受阻、火电机组停运、电网覆冰倒塔等。

因此,在科学的系统可靠的评估基础上,要做好综合能源系统协同规划,综合考虑各能流运行特征,分用户(传统用户分级)、分时段(平常时段和关键时段,例如冬奥会等)、分场景(极寒或极热)权衡供电安全和成本,从根子上规避“意外”。

其次是提升治理能力,重视用户主观能动性的调动,“重发轻供不管用”的情况须得到改善。

一要挖掘需求侧资源灵活调度潜力。江苏、冀北等地实践表明,用户负荷至少有5%~10%的调节能力,若将明确的动态激励信号直接传导给终端用户,需求侧负荷调节能力可进一步提升。随着5G、电动汽车、港口岸电、数据中心等行业发展,新一代电力系统需求侧将出现多个新型高载能行业,这些行业普遍具有灵活调节潜力。

二要根据时代的变化,更新极端情况下的停限电策略。我国许多地方仍是依据2011年版本的《电力需求侧管理办法》制定的用电实施细则,主要采取的仍是行政措施,基于经济手段的需求响应尚未提上议事日程。

三要加强事故演练。电力企业要按要求制定应急预案,建立与政府、媒体和社会公众的应急协调联动机制,从省级下沉到市县级,定期组织开展大面积停电应急联合演练。

最后要加快技术创新,构建有效抵御极端天气的新一代电力系统。近年来,我国电力系统不断优化电源结构和电网格局,提升各电压等级电网的协调性,加强电网间互济能力,确保电力系统安全稳定运行和电力可靠供应,总体保障了经济社会的可持续发展。面临极端天气频发、分布式能源就地接入、高比例规模化可再生能源并网和高度电力电子化带来的稳定运行挑战,不能简单化地以打造坚强统一电网来应对,否则成本高、效果差。

基于可再生能源和清洁能源,构建集中式与分布式电源结合,骨干电网与局域网和微网结合,源网荷储互动、灵活柔性、安全可控的新一代电力系统,是发展的必然趋势,必须加大技术创新,落地工程实践。新一代电力系统中要特别注意考虑物理储能、化学储能、先进储热(冷)、先进储氢等多个技术路线,推动分散式储能与抽水蓄能等集中式储能协同发展。

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