近年來，我國極端天氣頻發(fā)，電力系統(tǒng)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(shè)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(fā)電能力“腰斬”、工業(yè)限電停產(chǎn)。老天爺不循常理出牌的“壞脾氣”大有演變成常態(tài)之勢，極端天氣事件正從偶然的“附加題”轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮轭l繁的“必答題”甚至是“關(guān)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(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)動力，更是關(guān)乎民生的關(guān)鍵命脈。當前正在大力推進構(gòu)建的新型電力系統(tǒng)必須要以電力安全為前提，更加重視氣候變化“新常態(tài)”、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”。
極端天氣不再是“極端”事件
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(xiàn)，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(xiàn)實存在。
全球極端天氣的頻率和強度不斷增加
聯(lián)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(fā)生，氣候系統(tǒng)不穩(wěn)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(xiàn)出頻發(fā)、廣發(fā)、強發(fā)和并發(fā)的趨勢。據(jù)世界氣象組織發(fā)布的報告，過去50年，由于氣候變化的影響，災害數(shù)量增加了5倍，災害損失增加了7倍多。2021年，北美多地出現(xiàn)罕見高溫天氣，歐洲遭遇了創(chuàng)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(fā)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(fā)生概率和強度都將有所增加。
我國是最易受氣候變化影響的國家之一
我國人口眾多，氣候條件復雜，生態(tài)環(huán)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(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全國平均高溫日數(shù)在近20年呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，夏季最高溫度和高溫連續(xù)預警天數(shù)也屢創(chuàng)新高。北方暴雨愈繁、洪澇頻發(fā)，南方高溫不絕、旱災接踵而至，“北澇南旱”趨勢顯現(xiàn)。2013年以來，氣候變化呈現(xiàn)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(qū)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(xù)高溫干旱，長江流域出現(xiàn)“汛期反枯”的罕見現(xiàn)象，兩大湖泊鄱陽湖、洞庭湖打破有紀錄以來同期最低水位。
極端天氣威脅電力安全
電力系統(tǒng)作為重要的能源基礎(chǔ)設(shè)施，安全穩(wěn)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(nèi)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(fā)電燃料供應受阻、電力設(shè)施損毀，電力供需嚴重失衡。
一次能源供應受阻
可再生能源發(fā)電與天氣高度耦合，在高溫熱浪和靜風環(huán)境下，風機無風驅(qū)動，在極寒和連陰雨天條件下，光伏元件發(fā)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(qū)域風機發(fā)生凝凍，最大凝凍受限容量達到裝機容量的42%，部分地區(qū)甚至受限超過90%。相比風電和光伏發(fā)電，水電長期以來被視為相對可靠、出力穩(wěn)定的可再生能源。此次水電大省四川出現(xiàn)缺電，讓人們意識到穩(wěn)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(fā)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(zhuǎn)，使得長期以來以“南澇北旱”“豐余枯缺”季節(jié)特性為基礎(chǔ)進行電力規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計的省份電力保供面臨著新的挑戰(zhàn)?；茉匆膊⒎侨f無一失。美國得州化石能源極其豐富，2021年3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。
電力設(shè)施遭到破壞
極端天氣、自然災害導致倒塔斷線、設(shè)備故障、用戶停電，給電網(wǎng)安全穩(wěn)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(wǎng)被毀，全城停電數(shù)周。2020年8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(wǎng)甚至徹底報廢。我國電網(wǎng)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。2019年8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(wǎng)共72座35千伏以上變電站、4823條10千伏及以上線路受損或故障，772萬戶停電。暴雨及其引發(fā)的洪澇災害是內(nèi)陸地區(qū)常見的氣候威脅。2021年7月中下旬，河南遭遇強降雨天氣，造成全省近1/3供電設(shè)施受到影響，374萬用戶停電。事故暴露出配電側(cè)設(shè)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(nèi)澇設(shè)防標準亟待提高。
電力負荷特性惡化
極端天氣的頻繁出現(xiàn)，使得電力負荷特性不斷惡化，尖峰負荷規(guī)模持續(xù)增加、單次持續(xù)短、電量比例小、峰谷差不斷拉大。隨著城鎮(zhèn)化水平及居民電氣化水平的提高，空調(diào)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(jīng)濟發(fā)達地區(qū)已經(jīng)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。2021年1月，南方電網(wǎng)首次連續(xù)五日出現(xiàn)冬季日用電負荷與夏季高峰時段相當?shù)木置妫嗍∈型粫r段出現(xiàn)負荷峰值，跨區(qū)調(diào)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(fā)生連創(chuàng)紀錄的極端天氣。入夏以來，我國區(qū)域性高溫天氣影響范圍廣、持續(xù)時間長、極端性強，22個省用電負荷創(chuàng)新高。四川兩輪極端高溫天氣間隔時間短，負荷持續(xù)高企、最大負荷同比增長25%，空調(diào)負荷占比達40%，出現(xiàn)全天電力電量“雙缺”的嚴峻局面，長時間持續(xù)的高溫使得錯避峰也無法緩解缺口。
提升電力系統(tǒng)抵御極端天氣能力
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(jīng)濟問題，更是關(guān)系國家能源安全、經(jīng)濟社會發(fā)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(jīng)濟推向危險邊緣，甚至將引發(fā)更嚴重的社會危機。當前，我國正在加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，必須始終把確保電力系統(tǒng)安全可靠運行擺在突出重要的位置，從發(fā)、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。
保障電力系統(tǒng)容量充裕性
電力系統(tǒng)容量充裕性是電力可靠供電的重要保障，在風電光伏發(fā)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(tǒng)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(guī)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(fā)建設(shè)力度，提高水電自身調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)提供合理的經(jīng)濟回報，保障新型電力系統(tǒng)的發(fā)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(zhàn)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(wěn)，構(gòu)建完善的煤炭、天然氣產(chǎn)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。
兼顧大電網(wǎng)互濟和堅強局部電網(wǎng)保底
加強大電網(wǎng)“互濟互保、互聯(lián)互通、互供互備”，強化跨區(qū)電力應急支援能力建設(shè)。更好發(fā)揮大電網(wǎng)資源配置作用，充分利用不同省區(qū)用電負荷、可再生能源發(fā)電的錯峰特性，挖掘跨省區(qū)調(diào)節(jié)潛力。建立區(qū)域電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源和備用共享機制，促進送端地區(qū)與受端地區(qū)調(diào)節(jié)資源盈缺互濟。針對極端天氣，加快堅強局部電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，建成“堅強統(tǒng)一電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)支撐、本地保障電源分區(qū)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(tài)下重點地區(qū)、重點部位、重要用戶的電力供應保障能力。在極端狀態(tài)下，堅強局部電網(wǎng)要具有孤島運行能力。統(tǒng)籌電源、電網(wǎng)建設(shè)和用戶防災資源，有序推進重要城市和災害多發(fā)地區(qū)關(guān)鍵電力基礎(chǔ)設(shè)施防災建設(shè)，根據(jù)各地區(qū)惡劣氣象條件類型差異化提高設(shè)備設(shè)防標準。針對極端天氣頻發(fā)，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。
加強電力需求側(cè)響應能力建設(shè)
單純依靠建設(shè)電力基礎(chǔ)設(shè)施保障持續(xù)攀升的迎峰度夏高峰負荷需求，邊際經(jīng)濟成本高，利用率和性價比低。要建立健全需求側(cè)響應機制，緩解供應側(cè)容量資源的壓力，減少供應側(cè)、電網(wǎng)側(cè)尖峰的資源建設(shè)，實現(xiàn)資源優(yōu)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(zhì)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(cè)資源提供電力調(diào)峰輔助服務。探索需求響應與現(xiàn)貨市場協(xié)同運作，實現(xiàn)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(tǒng)負荷管理系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)負荷資源統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)控、統(tǒng)一服務，實現(xiàn)電力安全保供要求下的負荷精準調(diào)控和用戶常態(tài)化、精細化用能管理。開展負荷緊急快速響應技術(shù)研究與應用，作為有序用電保底技術(shù)措施，及時、精準控制用戶負荷。
堅持有效市場和有為政府相結(jié)合
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(cè)減少用電、電源側(cè)提高機組出力、外來電輸入負荷中心，實現(xiàn)系統(tǒng)供需平衡，以市場之手緩解用電緊張。分類放開跨省跨區(qū)優(yōu)先發(fā)電計劃，將國家送電計劃、地方政府送電協(xié)議轉(zhuǎn)化為政府授權(quán)的中長期合同，通過市場機制實現(xiàn)跨省區(qū)日前、日內(nèi)的電力余缺互濟，更好發(fā)揮“大電網(wǎng)、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(chǎn)生異常供需缺口，將導致市場失靈，以經(jīng)濟性優(yōu)先的市場設(shè)計理念難以保障系統(tǒng)安全，甚至產(chǎn)生負面作用。發(fā)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(fā)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(tài)彌補市場“無形之手”難以起到的作用，避免在極端事件下發(fā)生民生災難。
本文系《中國電力企業(yè)管理》獨家稿件，作者系國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院、中國可再生能源學會并網(wǎng)專委會委員。
原標題： 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需更加重視氣候變化“新常態(tài)”
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