新能源高占比时代如何系好“能源安全带”？

“一只亚马逊雨林中的蝴蝶扇动几下翅膀，可以在两周后引起得克萨斯州的一场龙卷风”，这句关于“蝴蝶效应”的描述用来形容当今全球的电力系统并不为过。

（来源：电联新媒 作者：赵紫原 李天娇）

近期，突如其来的大停电让位于欧洲南部的伊比利亚半岛超5000万人口受到影响，政府宣布进入紧急状态。西班牙国家电网公司将其定性为“伊比利亚电力网络的全面崩溃”。西班牙大停电不是孤例，近几年来世界范围内的大规模停电不断：2019年英国8·9大断电，影响超100万人；2021年，美国得克萨斯州2·15大停电，影响人口达450万人……近几年，我国一些地区也曾启动有序用电，2022年四川省电力供需形势由电力“紧缺”转变为全天电力电量“双缺”的局面……

大大小小的停电事故都指向同一只“蝴蝶”：在复杂的电力系统中，初始条件的微小变化可以通过一系列的反馈和相互作用，最终导致结果的极大变化。正如《礼记·经解》中有言：“君子慎始，差若毫厘，谬以千里。”西班牙大停电，给全球敲响的不仅是技术警钟，更是关于能源政策抉择的深刻诘问。各国奔跑在碳中和的赛道上，如何系好“能源安全带”，将成为一项紧迫的生存课题。

政策向左or向右

我们先回顾西班牙停电的时间线。

4月28日12:30 光伏发电量占西班牙总发电量的半壁江山，电力市场实时价格跌至-1欧元/兆瓦时，核电机组以50%容量运行，运营商抱怨在负电价情境下的经营不易，过剩电力正通过三条跨国线路外送。抽水蓄能接近满负荷，这个“巨型充电宝”已无多余储能空间。

当日12：33 西班牙电网光伏出力从17.8GW在15分钟内暴跌至6GW（单次波动幅度达700MW），西班牙电网负荷骤降60%。法国切断与西班牙的电网互联线路，仍在运行的核电站紧急停机。水电调节能力触及天花板，系统失去最后“缓冲垫”。频率跌至48.8Hz，全国停电。

当日13：10 抽水蓄能电站启动，提供3GW初始出力。15：30南部安达卢西亚电网枢纽因变压器冷却系统故障引发爆炸，触发连锁跳闸。同时，摩洛哥直流输电反向支援0.3GW。次日03：30停电15小时后，99.95%负荷恢复。

西班牙大停电过去已两周有余，尽管最终原因尚未公布，但各种分析已层出不穷。除了黑客攻击、天气原因等分析外，目前呼声最高的是西班牙过度依赖可再生能源，政府过早削弱了基荷电源的保障能力。日前，西班牙政府排除了电网遭到网络攻击导致停电的可能，西班牙第三副首相兼生态转型与人口挑战大臣阿格森表示，“目前仍在继续确认具体断电地点，本次断电不是电网覆盖范围或能源储备的问题。”

欧洲输电系统运营商联盟（ENTSO-E）成立的调查小组于5月9日公布了初步分析结果。ENTSO-E强调，尽管一些部门将停电与伊比利亚电力系统中的可再生能源渗透率高联系起来，但目前没有确凿的证据支持这一假设。

光伏是否为西班牙大停电“背锅”争论再起，但ENTSO-E同时指出，“这一事件确实重新点燃了高度脱碳电网稳定性以及加强防御和频率控制机制必要性的辩论。”

从目前来看，传统能源仍是电力系统不可或缺的“稳定器”，其保障电网安全的关键在于“转动惯量”，这是“风光”发电所不具备的能力。

何为转动惯量？假设电网系统是一辆自行车，骑行时突然遇到了小石子，车轮的惯性会帮你保持平衡，不会立刻摔倒。这里的“车轮惯性”就是“转动惯量”，简而言之，就是电机旋转时惯性的大小。在电力系统中，发电机的巨大转子，比如汽轮机、燃气轮机和水轮机等就像车轮，它们旋转时储存了动能，当电网突然遇到问题，比如用电量飙升或暴跌，这些转子的惯性会“扛住”短时间的冲击，让电网频率不会瞬间崩溃，为其他辅助服务动作提供缓冲时间，降低系统频率崩溃的风险。

但“风光”依靠电力电子设备并网，像电动滑板车，动力完全靠电池和电机控制，天生缺乏这种机械惯性，如果突然断电，比如电网波动，电机就会直接停转，滑板车上的你也会瞬间失去平衡而摔倒。

缺少转动惯量，系统频率崩溃风险加剧。如上文所示，西班牙电网频率达到48.8Hz意味着什么？

简单来说，电网频率就是电流的“转动速度”，电流每秒钟要从正向到反向切换50次，每秒钟要完成50次“摆动”，这就是50Hz。类似我们跳舞的“节奏”，如果节奏不对，整个系统就可能瘫痪。其实，频率偶尔小幅度波动是正常的，但波动幅度不能太大，尤其是超过1Hz。如果频率偏高，设备因为转速过快而“过热”，如果频率偏低，设备转不起来就会停摆。

此次西班牙电网引发的大停电事件，再次证明化石能源依然是电力系统所依赖的重要能源基础。5月2日，2025巴菲特股东大会召开，巴菲特的接班人阿贝尔在谈及西班牙大停电时直言，“我们不能出现西班牙、葡萄牙那样的情况，目前仍然需要燃煤机组来维持稳定的电力供应。”

英国8·9大断电，直接原因是雷暴天气致使两个天然气电站跳闸，同时风电因无风期出力不足，系统频率骤降，触发自动切负荷。根本原因是英国新能源占比快速攀升至40%，而传统煤电装机大幅退役，仅占12.5%，且储能及需求响应资源匮乏，致使灵活性调节能力缺口扩大。事件后，英国完善了容量电价机制，强制要求发电企业提供备用容量，以增强电力系统韧性。

近年来，全球范围内频繁发生的电力中断事件，都在揭示一个事实：化石能源仍是确保能源安全的关键支撑要素。今年，美国能源政策发生了大逆转，其宣布国家进入“能源紧急状态”，并提出了大幅放松石油行业管制的计划。据彭博社报道，美国能源部长克里斯·赖特3月早些时候表示，政府正在制定一项“基于市场”的计划，以阻止美国燃煤电厂的关闭。

新能源VS老电网

此次西班牙停电也凸显老旧电网接入高比例新能源的挑战。

根据南网能源院的研究，西班牙和葡萄牙部分电网设备运行年限长，老化严重，未能及时跟上新能源发电快速发展的步伐，电网的输电能力和可靠性难以满足高比例新能源接入后复杂多变的电力传输需求。新能源出力的间歇性致使系统惯性不足，灵活性配置滞后，难以满足系统稳定运行需求。此次事件凸显区域能源结构调整与电网升级改造、灵活性资源建设、黑启动能力提升协同的重要性，为其他区域电力系统的安全建设敲响了警钟。

其实，全球都在上演“新能源”与“老电网”的竞赛。美国能源部2020年的一组数据显示：美国70%的输电线路和电力变压器运行年限在25年以上，60%的断路器运行年限超过30年。由于联邦政府资金不足，滞后的基础设施建设不仅无法满足民众日益增长的用电需求，在遭遇突发状况时，电网设备老化的问题也一览无余。以加州最大的公用事业公司太平洋电气公司为例，其业务涵盖加州三分之二的地区。近年来，加州北部接连发生重大的森林火灾，太平洋电气公司因“电力设备老化”“电线短路”等问题，一度被外界视为“火灾元凶”。

四年后，这一幕又在美国上演。2024年12月，美国南加州发生大火，加州有超5.3万名用户停电。有声音认为，除了季节性强风气候，电力部门在管理方面的疏忽是导致这次火情的主要原因，起火前仍在运作的高架输电线路被大风吹倒，点燃了干燥的植被，由此引发了灾难。3月17日，《华尔街日报》独家报道，前段时间加州大火事件的罪魁祸首，可能是一条废弃的输电线。

全球可再生能源的占比日益增加，要求电网作出相应的调整和优化，而现存电网基础设施老化问题严重，亟待更新改造。

通用电气（GE）旗下的电力设备业务部门GE Vernova负责人斯科特·斯特拉齐克（Scott Strazik）认为，当前正在形成一个“超级周期”。各类电力设备的需求，从变压器、开关设备到高压输电电缆，都在迅猛增长。根据国际能源署（IEA）的估算，2024年全球电网基础设施投资已接近4000亿美元，相较于2020年的略超3000亿美元有所增加。IEA预计，到2030年，这一支出将升至每年约6000亿美元左右。

彭博全球环境基金（BNEF）发布的《2024年新能源展望》显示，根据“净零情景”模式测算，到2030年，每年将需要8110亿美元的投资，以使电网为清洁电力、电动汽车和其他低碳技术的快速增长做好准备，这几乎是去年流入该行业的投资额的三倍。

然而，“风光”的建设速度与漫长而复杂的电网改造形成了鲜明对比，新建风电场只需3年，电网改造项目动辄耗时10年，欧盟需在26年内投入2.3万亿美元升级电网，但当前新能源投资在15年内翻番，电网改造预算却不及预期。

在我国，电网升级改造建设工作正持续发力。中央经济工作会议多次提及的“两重”“两新”，这是2025年经济工作的重要发力点，也是扩大内需、推动高质量发展的重要抓手。“两重”即国家重大战略实施、重点领域安全能力建设，筑牢发展与安全根基；“两新”即大规模设备更新、消费品以旧换新，激活市场活力与产业升级。国家能源局发布的《2025年能源工作指导意见》中明确，强化新型电力系统建设与“两重”“两新”政策有效衔接。

在新能源消纳、新型电力系统等多重因素的影响之下，我国迎来新一轮电网大投资。国家电网公司各省公司纷纷成立配电部，部署相关工作。今年一季度，国家电网加快推进一批重大工程建设，完成固定资产投资超900亿元，同比增长近三成，创历史同期新高。南方电网公司正全面推进电网设备大规模更新，预计2024年至2027年，大规模设备更新投资规模将达到1953亿元。配电网升级改造是其中的“重头戏”，步入了一场前所未有的革新。

新能源高占比≠能源安全

此次西班牙大范围停电事故犹如一记警钟，为我国新型电力系统建设提供了极具价值的镜鉴。

2025年一季度，全国可再生能源新增装机7675万千瓦，同比增长21%，约占新增装机的90%。截至2025年3月底，全国可再生能源装机达到19.66亿千瓦，同比增长24%，约占我国总装机的57.3%，其中，风电光伏发电合计装机达到14.82亿千瓦，历史性超过全口径的火电装机（14.5亿千瓦），今后也将成为常态。

一是新能源高占比≠能源安全，西班牙光伏风电装机量欧洲领先，却因缺乏“同步支撑”沦为弱点，保留必要传统电源作“稳定锚”，为建立新型电力建设“免疫系统”。二是政策制定需敬畏技术规律，西班牙《国家综合能源计划》过度强调可再生能源目标，却未预留电网适应性改造的投资空间。

由于太阳能和风能发电场波动性、间歇性，电力系统面临的挑战不仅仅是电网升级，还包括备用发电的需求。西班牙计划在2035年前关闭全部七个核反应堆，而葡萄牙仅依靠两个备用发电厂，这都凸显了电力供应的潜在风险。

这也深刻暴露了在可再生能源占比超过50%的背景下，电力系统对快速变化出力的脆弱性。与2019年2019年英国8·9大断电时，风电和天然气机组失效导致频率骤降的情形相似，此次事件亦因高比例新能源接入下的惯性支撑不足和快速出力波动，令系统在数秒内失去大部分负荷并出现电压频率剧烈波动，体现出传统电网架构在应对大规模可再生波动时的稳定性挑战。

从电价结构来看，西班牙用户电价中仅约38.8%的收入用于输配电网络和可再生能源支持，而德国和英国在同类拨款上分别超过70%和50%，通过高比例的网络费用、政策性附加费与容量市场机制，为电网升级、储能部署和灵活调节能力建设提供了更充足的资金来源。相对而言，西班牙电价中对基础设施和储能投资的直接激励不足，长期来看削弱了电网扩容、储能项目及快速响应资源的规模化建设，难以为高可再生渗透提供足够的稳定支撑。

对我国而言，业内人士建议推动构建多元电源结构，形成“核电基荷+煤电应急+风光主力”的互补体系，构建“传统电源核心+储能支撑+需求响应补充”的灵活性调节资源体系建设，同时持续优化网架结构、适时更新老旧设备的基础上，丰富投资方向，注重与电源结构转型相匹配。

西班牙的教训，为全球能源转型敲响警钟。新能源是未来，但绝不能让电网在“裸奔”中冒险。无论是政策落地的时间节点把控、配套实施保障体系的构建，还是多维度风险防控机制的完善，都关乎新型电力系统的安全稳定运行与可持续发展。唯有系统性补足规划、执行、预防等环节的潜在短板，方能筑牢新型电力系统的安全防线，稳步提升其应对极端情况的韧性与可靠性，为我国能源高质量发展保驾护航。毕竟，可靠的电力供应，才是所有美好愿景的前提。

本文系《中国电力企业管理》独家稿件，作者系本刊记者。