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锻造韧性——电力系统如何扛住极端天气“大考”

  

锻造韧性——电力系统如何扛住极端天气“大考”(图1)

  世界气象组织5月28日发布的报告将2025至2029年全球平均气温的预测锁定在工业化前水平以上1.2至1.9摄氏度。这一组看似抽象的数据,已然勾勒出气候变化的“新常态”——这不仅是温度计上的刻度攀升,更是极端天气事件从“偶发”向“频发”的转折,是自然对人类文明体系发出的持续警示。

  近年来,气候变化持续增加极端天气事件的频率和强度,高热无风、极寒冰冻、持续干旱等极端气象引发的电力安全风险事件也给电力系统敲响了警钟……

  在全球气候变化加剧的背景下,电力系统正面临双重考验:一方面,风、光等波动性新能源高比例接入,放大了极端天气下的运行风险;另一方面,气候变化本身作为“新变量”,为其安全稳定运行带来压力。气候变化的长期趋势叠加短期波动,不断增加电力系统规划、运营和应急的复杂性。

  本期专题,我们回溯典型极端天气对电力系统的深层影响,剖析其背后的安全逻辑;聚焦新型电力系统适应气候变迁的关键领域,探寻提升灾害风险管理的关键路径;试图回答一个问题:如何以系统性思维构建气候适应型电力系统,让能源体系在不确定性中锤炼出真正的“气候韧性”?——这不仅是技术层面的升级,更是对人与自然关系的再审视,是电力系统对“安全生命线

  7月,一场持续的极端高温炙烤着欧洲多国。这场“烤”验让希腊首都雅典周边及克里特岛爆发严重野火,德国西北部一些城市的高速公路路面软化。在西班牙南部地区,“热穹顶”效应使地表温度升至48摄氏度。极端高温在对人体健康造成影响的同时,也考验着基础设施的承载能力。意大利多座城市也因持续高温而供电不足,据当地媒体报道,这或许是用电高峰负荷过高或电缆受热损坏造成的短时停电。

  随着电力系统的发展,极端天气“常态化”的趋势使得电力系统安全风险剧增。中国电力科学研究院新能源研究所电力气象预测预报技术研究室主任王勃告诉记者,在电源侧,风速、辐照度、沙尘、降水等气象要素的演变直接关乎可再生能源发电功率;电网侧,暴雨洪南宫官方网站涝、雨雪冰冻、强对流、台风等灾害直接影响了电网设备安全运行和电力可靠供应。在新能源占比大幅提升背景下,寒潮、沙尘、覆冰、覆雪等灾害会进一步加大新能源出力预测极大偏差,系统电力电量平衡难度加大。同时,交直流混联电网灾害耐受性降低,极端暴雨洪涝、大范围雨雪冰冻等灾害会造成局部电网设备故障停运,影响社会生产和居民用电。

  随着全球气候变化的加剧,副热带高压北抬导致的地表加剧升温成为我国北方地区出现持续性极端高温事件的原因。华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室的曹辰、王增平分南宫官方网站析认为,在极端高温事件期间,电力供需失衡是新型电力系统面临的主要挑战。一方面,极端高温天气下,居民空调制冷需求激增,使得工业用电中的降温和高耗能设备的运行负荷显著上升;另一方面,“无风”天气使得风电出力水平大幅下降,限制了风电的电力供应水平和调峰能力。随着高温事件持续时间的延长,区域性电网在供电保障方面承受了不断累积的双重压力。

  比高温更令人感到不适的是高温高湿的天气。“出门就是‘牛舔头’一样的天气。”“我到底是在北京还是广州?”很多人发现,今年我国北方部分地区的夏天越来越南方化了,“蒸笼天”出现得也比往年提早了不少。高温高湿天气易激发空气的强对流运动,强对流则会带来更激烈的极端暴雨天气。相较于沿海地区的台风灾害,内陆地区电网设备可靠性更容易受到暴雨内涝灾害的影响。2021年7月20日,河南省郑州市突发特大暴雨,1小时降雨量达201.9毫米,突破我国内陆历史降雨极值,造成1854条10千伏及以上输电线日才恢复全面供电。

  民间有俗语“大旱之后必有大涝”,随着气候变化加剧,在同一季节内出现“旱涝急转”或“冷热急转”的复合型灾害的频率大大增加。

  2022年8月,受历史罕见的“三重拉尼娜”的影响,我国西南地区遭遇大范围长时间极端高温干旱天气,长江流域降雨量较常年同期偏少46%,导致四川水电来水偏枯达五成。当地先遭遇了极端高温干旱,使得水电出力锐减,随后又突降暴雨引发山洪,部分输电设施被冲毁,导致“缺电”与“送电受阻”叠加。

  王勃表示,这种复合型灾害暴露了电网调度前所未有的连锁风险:一是极端气候打破了传统季节性负荷变化规律,电源备用容量计算失效;二是旱涝交替导致水火电互补机制失灵,调节能力断崖式下降;三是灾害链传导速度远超预案响应周期,如干旱—水库见底—暴雨—泥石流—铁塔倒塌的多米诺效应。新型复合灾害正挑战着电网传统“分层防御”体系,亟需建立气候韧性调度框架。

  把极端事件当成边界条件,而不是小概率扰动,是下一步新型电力系统规划与发展亟需关注的问题。

  气候风险既包含暴雨、干旱、热浪、飓风或台风等短时的极端天气事件,也包括如全球变暖、海平面上升、降水模式改变等长期的气候演化趋势。如果说极端天气带来的是“急性冲击”,常态气候变化则是通过缓慢而持续的方式重塑电力系统。华北电力大学教授袁家海认为,长期的气候演化改变了气候模式继而影响电力资源特性。如今,气候变化对电力系统的影响已不局限于某个单一环节,而是全面影响新型电力系统源网荷储各子系统、发输配用各个环节。

  国家能源局公布的最新数据显示,目前,我国光伏总装机规模已突破10亿千瓦,新能源装机规模已达16.5亿千瓦,占全国电源总装机的比重达到46%。尽管2025年国家能源局启动分布式项目绿证全覆盖,并将各省可再生能源消纳权重纳入约束性考核,随着风电、光伏等“看天吃饭”的新能源成为我国电源装机主体,新能源发电与气候之间的关联日益增强,电力系统发展仍正从“确定性计划”转向“对不确定性管理”。全球新能源占比最高的几大区域正在用现实情况和真实数据回答同一个问题:当具有明显的间歇性、随机性和波动性的新能源大规模、高比例并网后,气候变化会将电力系统发展推向何处?

  在发电侧,新型电力系统最大的挑战在于如何在提升气候适应能力的同时,增强新能源可靠性,确保电力系统的充裕性、稳定性和安全性。气温整体升高与降水格局的变化使得水电发电量减少,此前,国际能源署报告显示,全球水电年容量系数已从1990年至2016年的平均38%降至2020年至2022年的平均36%,这意味着全球水电每年少输出约240太瓦时电力。同时,火电和核电也因冷却系统面临水资源短缺和高温散热困难等问题而效率下降,甚至面临可用性受限的问题。新能源发电同样面临挑战,业内专家表示,在持续高温天气下,光伏组件功率输出呈负温度系数关系,温度越高,输出功率越低。此外,风力涡轮机的工作效率与风速密切相关,当台风、飓风天气状况下风速过高,超过涡轮机设计的最大值时,可能会对风机叶片和支撑塔造成不可逆的损伤。因此,新能源电源规划不光要考虑资源禀赋,还要考虑气候变化的趋势,国网冀北电力有限公司的专家向记者介绍,风电场定容选址需要考虑未来风速衰减,光伏电站定容选址需考虑全球气温上升,火电等常规电源规划将从“稳定基荷”转向“灵活调峰+应急备用”,用以配合新能源出力的季节性波动。

  在电网侧,极端天气“常态化”和长期气候变化使得电网运行风险增加,规划难度加大。极端天气“常态化”大大增加了输电线路、变电站等电网设施的运行风险,或导致线路断裂、设备故障等问题,影响电网的安全稳定运行。据袁家海教授团队测算,导线米,对地安全距离缩小,线%;同时,因水风光外送通道与负荷中心出现空间错配,亟需新建或增容跨省跨区通道,并引入动态增容、柔性直流等新技术,以维持输电能力与安全裕度。为此,国家电网有限公司在±800千伏锦苏线试点“动态增容+实时弧垂监测”,利用光纤复合架空地线回传温度、张力数据,实时计算载流量,极端高温下线%。

  在负荷侧,气温、降水的长期趋势改变了负荷的季节分布、峰谷特征和区域差异,使传统基于历史数据的负荷预测模型失效。气温的升高和极端天气的频繁出现,使得空调等制冷设备的使用频率增加,夏季用电高峰期的负荷进一步增大。同时,冬季低温天气也可能导致取暖负荷的增加,使得电力负荷呈现“冬夏”双高峰特征。因此,在进行负荷规划时,需引入气候敏感性参数。

  在储能侧,长时储能开始与气候“耦合”,储能技术在应对气候变化中的作用日益重要。然而,受到气候变化影响,储能系统也面临诸多挑战,如抽水蓄能因来水减少而库容裕度降低,电化学储能循环寿命受高温影响而产生衰减等问题。随着液流电池、氢能储能、热储能等新型储能技术逐渐走向成熟和规模化应用,以及人工智能、大数据等技术的发展,未来储能技术将朝着多元化、智能化方向发展,与新能源发电系统深度融合,实现能源的高效利用和灵活配置,提高电力系统的稳定性和可靠性。

  在技术创新方面,要强化多能互补与区域互济能力。袁家海教授认为,未来,每种资源都需要具备多重功能,深度挖掘多能互补的韧性能力,以保障在某一种甚至多种资源“掉线”时能够顺利补位,避免电力供需的严重失衡。同时,应升级储能技术,提升其耐候性和充放电策略的灵活性;构建智能电网,实现电力系统的实时监测与优化调度。

  2022年,国务院印发《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》,提出“气象+”赋能行动,强化电力气象灾害预报预警,做好电网安全运行和电力调度精细化气象服务。中国气象局于2024年2月印发的《能源气象服务行动计划(2024—2027年)》提出,加强能源保供气象服务,助力电力系统稳定运行,加强电力设施安全气象服务和能源储运供应气象服务;开展电力交易气象服务,建立电力交易市场气象服务平台。通过政策引导、跨领域合作以及国际合作,气象领域为电力系统的气候适应性建设提供有力支持。

  内蒙古第二次公开征求增量配电网有关政策意见建议:增量配电网与自治区级电网按照“网间互联”关系开展电力电量交易

  北极星售电网获悉,内蒙古自治区能源局发布关于第二次公开征求增量配电网有关政策意见建议的公告,其中包括内蒙古自治区增量配电业务管理细则(征求意见稿)和关于促进增量配电网高质量发展的若干措施