中國儲能網(wǎng)訊：極端天氣氣候事件對能源系統(tǒng)的影響正在加深。極端天氣不僅會引起負(fù)荷在短時間內(nèi)激增，還會導(dǎo)致發(fā)電燃料供應(yīng)受阻、電力設(shè)施損毀，風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電出力驟降，使得電力供需嚴(yán)重失衡。
依托能源應(yīng)急系統(tǒng)的現(xiàn)有資源，人們在短期內(nèi)可以應(yīng)對極端天氣氣候事件造成的能源供給危機(jī)，但代價巨大。當(dāng)“幾十年一遇”甚至“百年一遇”的極端天氣氣候事件以更高頻次在更廣區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)時，我們就得著眼于長遠(yuǎn)，全面提升能源系統(tǒng)應(yīng)對氣候變化和極端天氣的韌性。
氣候變化加劇
能源系統(tǒng)的脆弱性
近兩年，全球多個地區(qū)都“切身體會”到了極端天氣氣候給能源系統(tǒng)造成的沖擊。
2021年年初寒潮期間，我國華中地區(qū)風(fēng)電出力大幅下降，其中湖南、江西的風(fēng)電出力分別下降約19%、15%。今夏受罕見高溫干旱天氣影響，四川部分主力水電站水庫相繼見底，8月中旬四川水電日發(fā)電量較7月初下降五成左右。而在法國，今夏96個省中有90個省處于干旱危機(jī)的邊緣，水力發(fā)電減少了60%；15個核電站中，有11個建在內(nèi)陸河流附近，由于冷卻核反應(yīng)堆的河流水位下降且水溫升高，導(dǎo)致冷卻困難，占全國總發(fā)電量70%的核電發(fā)電量跌至數(shù)十年來的低點(diǎn)。
極端天氣氣候事件對能源系統(tǒng)尤其是電力系統(tǒng)的影響，可以從以下三方面進(jìn)行分析。
從對能源需求的影響看，氣溫升高的變化趨勢導(dǎo)致大部分地區(qū)冬季更為舒適而夏季更為不適，進(jìn)而使得取暖需求降低而制冷需求增加。取暖和制冷大多由電力支撐，因此氣溫成為影響電力消費(fèi)的主要?dú)庀笠蜃??；谥袊狈?5個省份1961~2017年地面氣象觀測資料的分析表明，中國北方采暖度日呈明顯下降的趨勢，與采暖季平均溫度變化趨勢基本一致：1988年以前，采暖度日均高于常年平均值(1981~2010年)；1988年起，大多數(shù)年份采暖度日低于常年平均值?；诔鞘芯S度分析，從上海、廣州和重慶的夏季降溫度日變化特征可以看出，近30年以來，氣溫變化幅度明顯加大，說明氣候變暖引起的極端天氣氣候事件在增加。
從對城市能耗的影響看，基于人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源利用效率的研究表明，在全球變暖的背景下，冬季取暖能耗降低，而夏季制冷能耗明顯升高。就城市用電量而言，以2010~2015年為基準(zhǔn)，全球平均氣溫如果升高1.5攝氏度，用電量將會增加3.3倍；升高2.0攝氏度則用電量會增加8.9倍；升高4.0攝氏度用電量將會增加10.2倍。從對電力系統(tǒng)的影響看，高比例
可再生能源發(fā)展情景下的電力系統(tǒng)將越來越容易受氣候變化和極端天氣氣候事件的影響，最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)的脆弱性和風(fēng)險增加。未來氣候變化和極端天氣氣候事件，將對可再生能源資源、可再生能源發(fā)電場站基礎(chǔ)設(shè)施及運(yùn)營產(chǎn)生重大影響，同時也會對輸電環(huán)節(jié)和用電側(cè)需求產(chǎn)生不利影響。
可再生能源發(fā)電具有較強(qiáng)的間歇性、波動性和不可控性(可減出力但不可增出力)、利用小時低等特性，而氣候變化對可再生能源發(fā)電的影響，在短時間尺度上表現(xiàn)為影響可再生能源發(fā)電的穩(wěn)定性，在長時間尺度上則表現(xiàn)為影響可再生能源資源。有研究表明，中國西南和東南沿海地區(qū)的水電受氣候變化和極端天氣氣候事件的威脅最大，面臨的氣候變化脆弱性高于全國平均水平。
高比例可再生能源的電力系統(tǒng)更易受氣候變化和極端天氣氣候事件的影響。我國的風(fēng)、光、水能大型基地主要分布在“三北”地區(qū)和西南地區(qū)，高比例可再生能源主要依靠西部水電、西部和北部超大規(guī)模的太陽能發(fā)電、北部大規(guī)模風(fēng)電來實(shí)現(xiàn)。因此未來的輸電將進(jìn)一步強(qiáng)化目前的“北電南送”“西電東送”格局。極端天氣氣候事件如臺風(fēng)、雨雪冰凍等可能損壞各類電壓等級的輸配電網(wǎng)。極端高溫和極端低溫增加用電負(fù)荷，各類極端天氣可能影響可再生能源發(fā)電出力，增加電力系統(tǒng)調(diào)配難度，加大電力系統(tǒng)脆弱性。
極端天氣呈高發(fā)態(tài)勢，
影響新能源發(fā)電效率
總體上，氣候因素中，高溫、低溫、干旱是主要的氣候影響事件。拉長時間線，我們可以看到極端天氣氣候事件發(fā)生頻次明顯增多，這會進(jìn)一步影響風(fēng)光資源，繼而影響風(fēng)電和光伏發(fā)電效率。
統(tǒng)計過去60年的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)極端高溫事件顯著增多、極端低溫事件顯著減少。1961~2020年，極端天氣氣候事件發(fā)生頻次的年代際變化特征明顯，1961~2020年平均為11.2天，1991~2020年平均為12.5天，較前30年平均增加了9.8天。1961年以來中國日—夜復(fù)合型極端高溫事件發(fā)生頻次顯著增多、持續(xù)時間顯著延長、覆蓋面積顯著增大，影響面積每10年平均擴(kuò)大約76.40萬平方千米。
區(qū)域性干旱年代際變化特征明顯。1961~2020年，中國共發(fā)生了185次區(qū)域性氣象干旱事件，其中極端干旱事件16次、嚴(yán)重干旱事件39次；20世紀(jì)70年代后期至80年代區(qū)域性氣象干旱事件偏多，90年代偏少，2003~2008年階段性偏多，2009年以來總體偏少。極端少雨天氣增多，特別是伴隨高溫?zé)崂硕焖侔l(fā)展的“驟旱”事件劇增。
就風(fēng)能而言，十余年來，基于氣象站觀測的中國風(fēng)速長期變化研究發(fā)現(xiàn)，地面風(fēng)速呈減小趨勢。主要表現(xiàn)如下：一是年平均地面風(fēng)速總體呈減小趨勢，1961~2017年每10年減小約0.13米/秒，20世紀(jì)60年代至90年代初期為持續(xù)正距平(“距平”即與平均值的差距)，之后轉(zhuǎn)為負(fù)距平；二是四個季節(jié)風(fēng)速都在減小，冬季和夏季風(fēng)速減小最為明顯；三是全國大部分地區(qū)風(fēng)速都呈減小的趨勢，風(fēng)能資源豐富的西北、華北和東北地區(qū)風(fēng)速減小明顯，可達(dá)每10年減小0.2米/秒；四是從近地面到對流層整層年平均風(fēng)速都在減?。晃迨悄昶骄箫L(fēng)風(fēng)速和日數(shù)都明顯減??；六是小于3米/秒的小風(fēng)風(fēng)速在增加。
就太陽能而言，1961~2017年，中國陸地表面平均接收到的年總輻射量趨于減少，平均每10年減少10.7千瓦時/平方米，且階段性特征明顯。20世紀(jì)60年代至80年代中期，中國平均年總輻射量總體處于偏多階段，且年際變化較大；90年代以來，總輻射量處于偏少階段，年際變化也較小。1961~2017年，中國平均年日照時數(shù)呈現(xiàn)顯著減少趨勢，平均每10年減少33.9小時。20世紀(jì)60年代和70年代以上升趨勢為主，80年代以后以下降為主。對于年內(nèi)變化，以冬季下降最為明顯。
與1995~2014年相比，在不同溫室氣體排放情景下，中國區(qū)域平均氣溫在21世紀(jì)中期升溫將達(dá)到1.8~2.7攝氏度。中國不同地區(qū)年均氣溫均表現(xiàn)為增加趨勢，增溫幅度具有一定區(qū)域性特征，增幅總體上從東南向西北逐漸變大，北方地區(qū)增溫幅度大于南方地區(qū)，青藏高原地區(qū)、新疆北部及東北部分地區(qū)增溫較為明顯。
與平均氣溫相比，極端天氣氣候事件對全球增溫的響應(yīng)更加敏感，極端天氣氣候事件頻率和強(qiáng)度的變化對區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會的影響更大。
將極端氣候信息
納入電力系統(tǒng)規(guī)劃
隨著全球變暖的繼續(xù)，極端天氣氣候事件發(fā)生頻次將更高，影響區(qū)域?qū)⒏鼜V，適應(yīng)和減緩是有效應(yīng)對氣候變化的兩大措施。減緩溫升是一個長期過程，世界各國還需努力；而適應(yīng)氣候變化，則是我們當(dāng)下就可做的。
圖片8月10日，荷蘭奈梅亨，駁船在瓦爾河上航行，持續(xù)的干旱和反復(fù)出現(xiàn)的熱浪使河道的運(yùn)營能力減少，阻礙了煤炭等大宗貨物的流通。
生態(tài)環(huán)境部等17個部委于今年6月聯(lián)合印發(fā)《國家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略2035》提出，到2035年，氣候變化監(jiān)測預(yù)警能力達(dá)到同期國際先進(jìn)水平，氣候風(fēng)險管理和防范體系基本成熟，重特大氣候相關(guān)災(zāi)害風(fēng)險得到有效防控，適應(yīng)氣候變化技術(shù)體系和標(biāo)準(zhǔn)體系更加完善，全社會適應(yīng)氣候變化能力顯著提升，氣候適應(yīng)型社會基本建成。
具體到電力系統(tǒng)，建議從以下三個方面提高適應(yīng)氣候變化的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)韌性。
一是從系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)施建設(shè)到調(diào)度運(yùn)行以及電力交易的全流程，都充分考慮氣象因素對“電源”影響的趨勢性變化、極端性變化、區(qū)域性特征，并運(yùn)用智能化手段將三者充分結(jié)合。
二是將極端天氣氣候事件納入常規(guī)的電力系統(tǒng)規(guī)劃范疇。以往的電力系統(tǒng)往往將極端天氣作為一種偶發(fā)因素考慮，在未來的電力系統(tǒng)規(guī)劃里，應(yīng)充分考慮極端天氣氣候事件，特別是要加強(qiáng)氣象條件下復(fù)合特征的研究，同時結(jié)合區(qū)域性電力低出力分析，通過預(yù)報預(yù)測來建設(shè)抗災(zāi)型電力系統(tǒng)。
三是在清潔能源的投資建設(shè)中，要充分結(jié)合長中短期氣象監(jiān)測信息。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，要結(jié)合氣候預(yù)測信息，加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)以及集中式、分布式聯(lián)動。
（作者系中國氣象局國家氣候中心主任）
