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近年頻發的極端天氣使精確的氣候變化預測能力成為電力系統之剛需。

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新型電力系統的穩定性與氣候條件密切相關。近年頻發的極端天氣使精確的氣候變化預測能力成為電力系統之剛需。

近日，在由國網四川省電力公司、四川省電力行業協會、四川省電機工程學會指導，清華四川能源互聯網研究院與天府永興實驗室新型電力系統研究中心聯合主辦的“興隆湖能源電力高峰對話——極端氣象條件下新型電力系統構建”專題論壇上，業內專家圍繞如何在科學有序實現“雙碳”目標背景下增強電力系統應對極端氣象條件的能力展開探討，為電力安全保供把脈問診。

新型電力系統對氣象極度敏感

“去年夏天，四川遭遇了歷史同期最極端高溫、最少降雨量、最大電力負荷的‘三最’疊加局面，全省電力系統面臨嚴峻挑戰。”四川省能源局副局長林挺介紹，“三最”疊加給四川省社會經濟發展造成了嚴重影響，同時暴露了以可再生能源為主的電力系統在極端氣溫條件下的諸多短板。“要進一步增強系統觀念，加快新型電力系統建設，增強供電保障能力。”

中國科學院院士周孝信采用情景分析法研判了2020－2060年中長期能源電力發展趨勢，并探討了我國未來能源電力系統發展前景。他指出，根據非化石能源電力按照發電煤耗法計算，2035年我國非化石能源發電量占比將達52.9%，2060年達93.5%。“2035年電源裝機情況比較均勻，風電裝機約8億千瓦，煤電11億千瓦，核電1.4億千瓦；電力情況也比較均勻，煤電發電量占比超1/3。2035年，非化石能源消費比重在2030年達到25%的基礎上進一步大幅提升，可再生能源成為主體電源。”

不論從發電、輸電還是用電來看，新型電力系統的各關鍵環節都與天氣、氣候密切相關。“從發電端看，傳統能源和可再生能源對天氣變化高度敏感。從輸電環節看，輸電線路對災害性天氣高度敏感，極端高溫和持續性高溫對用電負荷影響巨大。”中國氣象局風能太陽能中心科學主任申彥波坦言。

針對2023年汛期氣候變化趨勢，申彥波分析：“全國不同地區今年汛期經歷的主要氣象災害可能不盡相同。東北、華北主要以暴雨洪澇為主，長江中下游區域以高溫干旱為主，海南地區以臺風為主；云南要注意地質災害，新疆要注意高溫影響。長江中游地區，包括四川東部今年可能會發生階段性干旱，有中等及以上干旱風險。”

突破性靈活調節手段依然欠缺

中國電科院首席技術專家惠東認為，未來新能源將逐漸從裝機主體變為電量主體，再變為出力主體。“這就需要考慮電網傳統慣量受到制約后，電力系統是否還能承載更多新能源，承載是否達到飽和。以現有電網技術看，新能源滲透率無法超過50%。”對此，有業內專家指出，新型電力系統的保供矛盾在本質上是新能源在各時間軸上的波動與靈活調節能力之間的問題。

“保安全、促消納涉及從秒級到更長時間跨度的跨越。”惠東進一步分析，現有任何一種靈活性手段都無法達到四兩撥千斤的效果。“一度電就是一度電，目前的靈活性調節資源如火電、氣電等還存在較大缺口；抽蓄調節速度較快，但布局不盡合理。此外，電力市場和需求側響應之間的調度有待進一步激活。”

不同的靈活性調節資源的爬坡能力、啟停時間、額定續航能力、慣量支撐和電壓支撐能力都不同。“經過改造的火電機組具有電壓支撐能力和慣量支撐能力，但爬坡響應能力和額定續航能力不足。電化學儲能響應速度快、調節準確，但只能定位在日內調節資源，很難做到長期調節。”從調節成本來看，惠東分析，改造后的火電機組調節度電成本大約在0.05元到0.12元，抽蓄調節成本大約度電0.25元，電化學儲能在有市場、有價格時運行利用率較高，如參與調頻市場。“但在新能源配置儲能的情況下其利用非常低，一年不足50－80次，有的場站一年都用不了一兩次，經濟性比較差。”

在清華四川能源互聯網研究院常務副院長魯宗相看來，在極端氣候條件下，新型電力系統首先要解決的是電源問題。“比如在多日無風無光、無法依靠新能源發電時，如何保證電力系統穩定？即使有了充足電源，也需充分合理利用。如果所有用戶全都在中午12點用電，那么即使發再多電也不夠用。因此，如何優化運行并調配用戶參與到電力系統中，同時做到預先預判、籌措足夠多的資源，對新型電力系統穩定供電尤為重要。”

綜合能源智能系統是破題方向

業內認為，從未來電力系統所需的技術層面看，儲能是必選路徑。但對于突發性急迫性的電力供應問題，由于目前長周期儲能技術還沒有較成熟的解決方案，其所能發揮的作用較為有限。

“2030年以后，電力系統需要解決三天、五天甚至周級極熱高峰時段的供應能力，所以要布局長時間的儲能。”惠東建議，2030年以后應深化新能源場站+儲能的構網型技術。“新能源波動性是遍布全時間尺度的，需要多類型的儲能彌補。所以，多元儲能融合是一種技術路線。”

為應對未來電力系統靈活性和韌性方面的挑戰，周孝信提出一種融合煤電機組碳捕集、可再生能源電解水制氫、甲烷/甲醇合成、新型燃氣發電等技術的設想——綜合能源生產單元（簡稱IEPU）。他指出，綜合能源生產單元作為煤電機組低碳、無碳轉型路徑方案的一種選擇，既可生產電和各種近綠色燃料，又能以高靈活性調節能力支撐高比例可再生能源電力系統穩定運行。常規化生產便于運輸儲存的甲烷甲醇等綠色燃料可成為新型電力系統應對中長周期能源電力供需平衡的儲能介質，達到“西能東輸”的遠景目標。

“相比常規機組調節能力，IEPU虛擬機組的調節能力范圍可以是常規機組的70%到183%。”周孝信舉例，“在極端天氣情況下，比如一周內前半周是正常天氣，后三天是極端天氣，這時可以通過IEPU儲存前半周的剩余能量，利用氫氣、甲烷等發電。極端天氣下風光發電大幅減弱期間，IEPU發揮的就是長周期儲能作用。”

“運用大中型城市虛擬電廠的管理平臺，以及分布式電源集成的智慧能源管理裝備，對未來含有極端天氣保電背景的電網運行和規劃而言，是行之有效的技術解決方案。在擴展電源方面，可以考慮在用戶周邊建設分布式資源的電廠。”魯宗相建議，新型電力系統一定要融入氣象體系，形成服務電力行業特征的電力氣象技術體系。