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近年来,全球持续高温、干旱等极端天气事件频发,其强度不断增加,造成的影响不断加剧。国际能源署发布的《电力年中更新》报告指出,2024年上半年全球多地遭受强烈的热浪侵袭,导致电力需求大幅增加,电网安全稳定供电面临巨大压力。
影响现状
负荷屡创新高。欧盟气候监测机构近日发布公报称,截至今年6月,全球平均气温已连续12个月比工业化前(1850~1900年)高出1.5摄氏度,达到了16.66摄氏度,创下同期最高气温纪录。全球范围内的极端高温天气使得冷却用电需求激增,一旦导致系统运行条件超过电力系统设计标准和运行边界,将对电力安全供应造成巨大冲击。美国得克萨斯州(77吉瓦)、墨西哥(50吉瓦)、巴基斯坦(25吉瓦)、印度(250吉瓦)等国家和地区纷纷创下新的负荷峰值纪录。我国同样遭受高温天气影响,今年以来除内蒙古东北部、东北地区中部和北部气温接近常年同期外,全国大部地区气温偏高,广东(149吉瓦)、福建(52.75吉瓦)等地用电负荷屡创新高,全国范围内最高负荷同比增长超过100吉瓦,其中降温负荷规模占最大负荷比例达到30%~40%。
电力供应紧张。国际能源署去年7月发布的《全球电力市场更新报告:2023—2024年展望》显示,全球水电年容量系数已从1990~2016年的平均38%降至2020~2022年的平均36%,这意味着全球水电每年少输出约240太瓦时的电能,使得一些国家的电力供应面临巨大挑战:受干旱天气影响,赞比亚大部分水电站的发电量大幅下降,电力供应短缺现象时常发生(赞比亚85%的电力供应依靠水力发电),最严重时该国日均停电时间保持在12小时以上。日本电网用电量也因高温天气快速增加,且部分发电机组出现计划外检修,电力供应极度紧张。8月7日,巴西由于高温干旱关闭了其国内最大的两座水电厂,并加大从阿根廷和乌拉圭等国的电力进口量,巴西国家水务局预计这一不利情况还将持续到今年11月。而在高温干旱天气下,不仅水力发电量明显减少,同时用于冷却核反应堆的河流水位降低、温度升高,也将使得核电生产受限。在我国,高温天气也导致了今年全国水力绝对发电量同比下降34.9%,其中水电大省四川、云南、贵州5月水电发电量同比降幅分别为24.4%、41.9%和62.6%。以2022年为例,极端高温干旱天气曾使得长江流域的水库群均受到了较大影响,电力结构中水电占比较大的四川省一度出现拉闸限电情况。
故障事故频发。受高温强风天气影响,美国、加拿大、希腊、土耳其、意大利等国频繁遭遇山火侵袭,多处火势失控。山火燃烧时有大量高电导率的电子和离子被释放,导致空间电荷量持续增加,加剧电场畸变,降低绝缘性能,容易导致故障跳闸。7月24日,美国加利福尼亚州“帕克”山火的过火面积约1739平方千米,至今仍有6%火势还未控制住,火情区域和周边输电线路大范围故障,造成了严重的停电事故。同时,极端高温天气对电力设备的结构、绝缘、散热等方面提出了更高的要求。以太阳能电池板为例,环境温度升高时,光伏逆变器满功率运行状态下的温度上升将加快。如果此时逆变器的散热性能不佳,则容易使得元器件的热量持续在腔体内部汇集。当元器件温升超过一定阈值时,一方面可能直接导致逆变器停止工作,另一方面也会使得元器件加速老化,工作效率降低,发电功率减小。
应对建议
完善电力需求保障措施,激发需求响应作用。今年以来,我国电力供需形势呈现总体紧平衡态势。短期来看,当前正处于迎峰度夏收尾时期,我国四川、湖北、重庆等地气温、负荷居高不下,应以强统筹、保安全、保供电、保民生为重点,制定极限状态下的应急保供方案,充分发挥火电、水电、抽水蓄能顶峰调节作用,保障极端天气下关键基础设施负载供电可靠性。长期来看,要进一步加大电力需求侧管理,推动“源随荷动”向“源荷互动”转变,合理引导电力消费,通过错峰避峰用电、自建储能等措施全力保障生产,结合供需两侧特点以及用户对电价的敏感特性,建立价格型需求响应方案动态调整机制,及时更新分时电价和尖峰电价的执行范围、峰谷价差和时段划分标准,运用市场化机制充分调动需求侧资源参与削峰填谷、调节电力供需。
协调推进多能互补和源网荷储全面协同。极端高温天气下,部分地区严重缺电,反映出了电力系统能源结构单一、电力供需时空错配等问题。建议:一是全力保障煤炭稳定供应,发挥好煤电兜底保供作用;二是充分重视电力气象预报技术,提高需求预测精度,充分评估现有设备的可靠性和在极端条件下的真实可用容量,合理制定能源供应方案;三是推动多种类型电源加快建设,强化跨区跨省协同互济,充分挖掘各类可调节资源潜力;四是持续优化调整电力供应结构,发挥多种电源发电的特性互补优势,在国家层面明确分省新能源规划目标,引导各地合理优化装机规模、布局和时序,实现各专项规划、国家和各省规划间横向协同、上下衔接。
提高极端天气下设备保障能力,增强电网本质安全属性。极端高温天气使得电力设备的耐热性和稳定性面临严峻考验,建议:一是部署完善的电力设备风险监视与预警防控系统,加强对实时设备运行状态的监视分析,利用物联网、大数据等技术,实现光伏发电系统的智能化管理,结合气象趋势预测设备极限边界,及时调整运行方式和设备改造计划,提升极端高温天气下设备正常运行安全裕度;二是在大容量电源厂站和重要输电线路推广应用耐高温、耐老化材料,结合大规模设备更新加快推动电力设施耐高温改造,降低极端高温天气对发电量和送电量的影响;三是加大对应急设备的储备力度,确保极端情况下及时开展抢修和恢复工作,提高应对极端气候的极限生存能力,最大限度降低局部故障对大电网安全稳定运行产生的影响。
(作者单位:南方电网科学研究院有限责任公司)
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