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得州大停電啟示錄:怎樣的電網(wǎng)才真正堅強可靠?

能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時間:2021-02-23 00:00:00

被稱為“孤星之州”的美國得克薩斯州在風(fēng)雪中成了一顆真正的“孤星”。

  當(dāng)?shù)貢r間2月15日起,極寒天氣橫掃美國南部,導(dǎo)致覆蓋14州的西南部地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)故障,其中受影響最嚴(yán)重的是幾乎從不下雪的得州——限電1650萬千瓦,450多萬用戶被迫停水停電,17人因極寒天氣罹難。目前得州電力供應(yīng)正在逐步恢復(fù)。

  一周時間過去了,停電的“來龍去脈”逐漸清晰,各方觀點集中在風(fēng)機葉片結(jié)冰導(dǎo)致出力驟降、天然氣管道冰堵致使供應(yīng)短缺、電網(wǎng)“孤立”無法統(tǒng)一調(diào)劑余缺、設(shè)施老舊供電可靠性不高、電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜缺乏整體性考慮等方面。

  事故終將過去,但在追蹤分析之后,還可以進一步思考,我們還能從中獲得什么啟發(fā)。

“孤網(wǎng)”扛不住重大風(fēng)險

  得州電網(wǎng)是名副其實的“孤網(wǎng)”。它獨立于美國聯(lián)邦電網(wǎng)體系,長期以來“自給自足”,外來電占比極低。難以通過跨州輸電的方式接受“外援”,曾在一定程度上讓這場“停電危機”遲遲不能結(jié)束。

  但即便電網(wǎng)互聯(lián)互通,也不意味著得州就能逃過此劫。不然,在剛剛過去的2020年,美國西部互聯(lián)電網(wǎng)中外來電占比較高的加州電網(wǎng),就不會因極端高溫天氣出現(xiàn)電力短缺,導(dǎo)致300多萬家庭輪流停電。

  順著這條線往上看,據(jù)不完全統(tǒng)計,在近30年來全世界影響范圍超過10萬人、停電持續(xù)1小時以上的停電事故中,除自然災(zāi)害等不可抗力因素外(約占54.5%),最主要的原因是電網(wǎng)管理體制松散(占比約33%)。

  電網(wǎng)管理體制松散是病因,“癥狀”則體現(xiàn)在電網(wǎng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃、電網(wǎng)調(diào)度體系分散、私有化帶來產(chǎn)權(quán)主體眾多等諸多方面。更嚴(yán)重的是,它具有全局性、系統(tǒng)性影響,不僅埋下了大停電事故的“禍根”,而且一旦發(fā)生事故,往往波及范圍廣、影響層次深,很難及時止損,甚至威脅到整個國家和地區(qū)的能源安全和社會穩(wěn)定。

  “如果聯(lián)網(wǎng),并實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度,得州停電的嚴(yán)重程度能得到較大緩解。這是一種重要的托底作用。”廈門大學(xué)中國能源政策研究院院長林伯強說。

  “從本質(zhì)上講,實施集中管理才能解決問題。”直流輸電領(lǐng)域?qū)<姨砧ふJ(rèn)為,“尤其是在應(yīng)對重大風(fēng)險、重大危機時,電網(wǎng)集中管理體制優(yōu)勢明顯。堅持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理,是確保電網(wǎng)安全和供電可靠的根本,是應(yīng)對能源安全風(fēng)險的制勝法寶。”

  之所以是“法寶”,原因有三。其一,統(tǒng)一規(guī)劃從源頭上規(guī)避了網(wǎng)架薄弱、電網(wǎng)彈性和安全裕度差等問題,引領(lǐng)推動源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)發(fā)展。其二,統(tǒng)一調(diào)度是帶有“救急”性質(zhì)的科學(xué)手段,能最大限度發(fā)揮錯峰、調(diào)峰、事故備用、事故支援等作用,將事故影響降至最低。其三,統(tǒng)一管理能構(gòu)建一套完備的標(biāo)準(zhǔn)流程體系,有章可循地提升跨省跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)效率,降低建設(shè)運行成本。

  這也是為什么我國建設(shè)了“全國一張網(wǎng)”,并盡可能地將這張統(tǒng)一大電網(wǎng)做大做強,在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置能源資源,增強抵御系統(tǒng)性風(fēng)險的能力。在今年年初我國南方地區(qū)大范圍寒潮中,國家電網(wǎng)跨省跨區(qū)輸送電力達到8399萬千瓦,充分發(fā)揮大電網(wǎng)優(yōu)勢,有力保障了電力可靠供應(yīng)。國家電網(wǎng)也是近20多年來全球唯一未發(fā)生大面積停電的特大型電網(wǎng)。

  往后看,未來我國電網(wǎng)規(guī)模、電力系統(tǒng)復(fù)雜性都將與現(xiàn)在大不相同。往外看,國際形勢錯綜復(fù)雜,國家能源安全愈發(fā)重要。我國電網(wǎng)始終堅持統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理,以保障電力輸送和供應(yīng)安全可靠為基礎(chǔ)前提,極端情況下,保民生更是第一要義。

  市場很有用,怎么用好是關(guān)鍵

  電停了,電價卻一路飆升。當(dāng)?shù)貢r間2月15日,得州電網(wǎng)批發(fā)電價暴漲了100倍以上,實時批發(fā)市場價格攀升至11美元/千瓦時,而平時還不到0.1美元/千瓦時。事實上,2019年和2020年夏季,得州都曾出現(xiàn)過類似的“天價”電價。

  2020年8月中旬,美國西部的加州連續(xù)數(shù)日在高峰時段限電,同樣導(dǎo)致電價大幅上漲,部分時點電力批發(fā)價格超過1.3美元/千瓦時,相當(dāng)于約9元人民幣一度電。

  停電事故帶來了電價畸形,盡管每次的誘因不盡相同,比如需求增加疊加電力市場投機,電力供需結(jié)構(gòu)性、時段性失衡等,但短時間內(nèi)頻頻發(fā)生,足以說明其電力市場存在深層次問題。

  如何從電力市場建設(shè)的角度出發(fā),應(yīng)對電力供應(yīng)短缺危機?還是以得州為例。得州電力市場是一個典型的只有買電賣電的能量市場(Energy only),沒有容量市場。而作為一種經(jīng)濟激勵機制,電力容量市場能使發(fā)電廠獲得額外的穩(wěn)定收入,鼓勵他們多建機組多發(fā)電,從而保證足夠容量。容量市場缺位,一旦發(fā)電機組容量過低而用電需求飆升,不僅穩(wěn)供應(yīng)難,在無調(diào)控的情況下也極易造成電價不受控制地暴漲,帶來市場風(fēng)險。

  從國際經(jīng)驗看,為保障長期電力供給安全,目前英國、美國PJM等成熟市場都建立了配套的容量市場機制。“整體上看,引入容量市場有利于保障發(fā)電容量長期充裕度。”國網(wǎng)能源研究院企業(yè)戰(zhàn)略研究所改革與市場研究室主任張凡說??紤]到當(dāng)前我國電力市場建設(shè)不斷深入推進,未來一段時間用電需求還將保持增長,他進一步建議,探索建立與我國國情相適應(yīng)的容量市場機制,充分發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用,有效引導(dǎo)電源投資,確保電力供應(yīng)長期穩(wěn)定可靠。目前,山東、廣東等地已經(jīng)在容量補償機制方面開展了有益嘗試。

  從電力市場建設(shè)的角度來緩解缺電局面,華南理工大學(xué)電力經(jīng)濟與電力市場研究所教授陳皓勇的觀點是:完善市場環(huán)境下的分時電價機制,通過峰谷電價的價格信號來引導(dǎo)用戶合理用電,達到削峰填谷、平衡負(fù)荷的目的。事實上,在我國多個省份的夏冬用電高峰,這一舉措已經(jīng)發(fā)揮了作用。

  我國江西省所處的緯度與得州相近,同樣存在煤電建設(shè)滯后、跨省跨區(qū)通道輸送能力不足的情況,未來全省電力供需形勢趨緊。去年電網(wǎng)度夏期間,江西電網(wǎng)最大受、送電能力分別僅為260萬千瓦和160萬千瓦,高峰期存在200萬千瓦的電力缺口。江西的解決辦法是,探索建立分時段電力市場化交易。簡單來說,就是把一份電量按照尖峰、高峰、平段、低谷等不同時段分成幾份,分別組織開展交易結(jié)算,利用電價“杠桿作用”緩解供需緊張局面,有效應(yīng)對電力缺口。未來,雅中—江西等在建重點輸電通道的投運,將為更多外電入贛創(chuàng)造條件,奠定更大規(guī)模電力交易的基礎(chǔ)。

  清潔發(fā)展和可靠供電,必須兼顧

  在得州,風(fēng)電是僅次于天然氣發(fā)電的第二大電源。風(fēng)力強盛的夏天,得州風(fēng)電甚至可供給60%左右的電量。習(xí)慣了暖冬的得州似乎并沒有預(yù)料到可能出現(xiàn)的極寒天氣。風(fēng)電機組缺乏防凍處理,寒潮導(dǎo)致風(fēng)機葉片結(jié)冰,約4000萬千瓦機組“掉了鏈子”,風(fēng)力發(fā)電占比從42%驟降至8%。這也是得州停電的重要原因之一。

  看看近年來國外發(fā)生的多起大范圍停電事故,很多都與新能源接入直接相關(guān)。比如2016年和2017年的南澳大停電,2019年的英國大停電以及去年的美國加州大停電,都是由于高比例新能源短時出力下降,系統(tǒng)備用容量不足,從而導(dǎo)致電力供應(yīng)短缺的。

  從世界范圍看,在能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的大舞臺上,新能源已經(jīng)唱起了主角。而大規(guī)模、高比例新能源接入與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行之間的“矛盾”,已成為共性問題。

  不同的是,西方發(fā)達國家已經(jīng)走過了高速發(fā)展階段,在電力需求飽和后再開啟清潔低碳轉(zhuǎn)型,重點是調(diào)整能源電力供應(yīng)結(jié)構(gòu),通過提升可再生能源占比來實現(xiàn)清潔發(fā)展。而我國則要在滿足未來能源消費需求增長的同時,一體推動能源電力轉(zhuǎn)型升級。這意味著必須統(tǒng)籌兼顧“保增長”和“調(diào)結(jié)構(gòu)”的雙重要求,清潔發(fā)展與安全保供,兩手都要抓、兩手都要硬。

  眼下,不只是新能源發(fā)電,新能源汽車、分布式能源、儲能等越來越多的“新伙伴”接入了電力系統(tǒng)。而且,用電需求出現(xiàn)了冬、夏兩個高峰,且峰谷差不斷拉大,北方冬季高峰負(fù)荷接近或趕超夏季。當(dāng)“伙伴”更多樣化,社會需求更大,安全保供難度也隨之加大。

  我國的電網(wǎng)發(fā)展始終立足國情。解決思路一是增強“托底能力”,優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),統(tǒng)籌推進各類電源有序發(fā)展,在大力發(fā)展新能源的同時合理發(fā)展常規(guī)電源,充分發(fā)揮常規(guī)電源保安全、穩(wěn)供應(yīng)的“壓艙石”作用;二是增強“救援能力”,加強大電網(wǎng)電力互濟互供,建設(shè)暢通的電力外送“高速公路”,完善多種能源的聯(lián)合調(diào)度;三是增強“防御能力”,提高運行控制技術(shù)以及并網(wǎng)運行安全防控水平,優(yōu)化大電網(wǎng)安全防御體系。

  安全保供,也給電網(wǎng)智慧化提出了更高要求。正如中國工程院院士、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院院長湯廣福所說,隨著能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展,電網(wǎng)的智能化控制水平需要大幅度提升,必須開展基礎(chǔ)性支撐技術(shù)的研發(fā),開發(fā)更多的新器件、新裝備。打造“更聰明”的電網(wǎng),不僅是清潔發(fā)展與安全保供的現(xiàn)實需要,也是在復(fù)雜形勢中搶占先機、贏得未來的必然要求。國家電網(wǎng)已將更多目光投向了“智慧賦能”,新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式正在衍生、延展,也將為電網(wǎng)安全可持續(xù)發(fā)展注入新的能量。(國家電網(wǎng)報)

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