中國儲能網(wǎng)訊：4月28日，西班牙發(fā)生了一次前所未有的大范圍停電，經(jīng)濟損失估計高達(dá)4億~10億歐元（約合人民幣32.73億~81.83億元）。至于事故原因，目前雖未有官方說明，但西班牙電網(wǎng)公司的事故報告與媒體披露的技術(shù)細(xì)節(jié)，提供了較為充分的分析基礎(chǔ)。本文結(jié)合此次事件，圍繞政策啟動時機、實施保障機制和預(yù)防性措施三個方面，分析事故原因，并將其與中國和德國的應(yīng)對機制進行比較，期待能夠為高比例可再生能源系統(tǒng)的發(fā)展帶來啟示。
政策啟動的時間節(jié)點
一、電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)
根據(jù)西班牙電網(wǎng)公司的信息，事故初期電網(wǎng)瞬時損失約2 GW光伏發(fā)電功率，1.5 s后發(fā)生第二次光伏脫網(wǎng)，觸及頻率下限。最終，西班牙與法國之間的電力聯(lián)絡(luò)線因保護裝置動作而斷開，導(dǎo)致西班牙電網(wǎng)與歐洲大陸電網(wǎng)解列，轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運行狀態(tài)。
由于地理位置位于歐洲大陸電網(wǎng)邊緣，西班牙政府長期致力于加強跨境電力互聯(lián)，尤其重視與摩洛哥的聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。目前，西班牙與摩洛哥之間已建成兩條電力互聯(lián)線路，分別于1997年和2006年投運，每條線路的傳輸容量為700 MW。2019年，雙方簽署建設(shè)第三條互聯(lián)線路的合作協(xié)議，計劃總投資約1.5億歐元，由兩國平攤。根據(jù)協(xié)議，將新建一條400 kV交流輸電線路，傳輸容量為700 MW，計劃于2026年年前投運。
從時間節(jié)點來看，新線路的投運時間較事故晚了約一年，結(jié)果導(dǎo)致西班牙電網(wǎng)在2021年和2025年先后兩次與法國電網(wǎng)發(fā)生解列，凸顯出跨境互聯(lián)建設(shè)滯后在極端情境下帶來的系統(tǒng)性風(fēng)險。
二、一次調(diào)頻
歐洲一次調(diào)頻的最大響應(yīng)能力為3 GW（相當(dāng)于兩座大型核電廠同時發(fā)生故障），而這次西班牙大范圍停電的光伏脫網(wǎng)功率已經(jīng)超過2 GW，說明歐洲的一次調(diào)頻裕度顯得不足。事實上，歐洲已經(jīng)在討論是否需要在一次調(diào)頻的基礎(chǔ)上增設(shè)快速頻率響應(yīng)，但遲遲未能形成歐盟的法令，而英國則率先實施了相應(yīng)的法規(guī)。這也充分表明了政策啟動時間節(jié)點的重要性。
三、瞬時備用
瞬時備用主要是指為電網(wǎng)提供所謂的旋轉(zhuǎn)備用。對于實現(xiàn)高比例可再生能源的國家來說，由于退煤棄核，電網(wǎng)的瞬時備用普遍不足。在大規(guī)模停電發(fā)生前，西班牙的電力界仍在討論是否應(yīng)引入瞬時備用。盡管事故的發(fā)生促使相關(guān)法律加速出臺，但在時間上稍顯滯后。此外，西班牙電網(wǎng)公司曾強調(diào)該國具備足夠的瞬時備用，顯然忽視了這一能力在區(qū)域分布上的不均。事實上，事故發(fā)生前，西班牙電網(wǎng)已出現(xiàn)短時低頻振蕩的跡象。
德國的瞬時備用整體上充足。2024年5月14日，德國新能源發(fā)電量占比一度達(dá)到117%，該國境內(nèi)傳統(tǒng)電廠已無法獨立支撐電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全，必須依賴鄰國（如法國、波蘭和捷克）的傳統(tǒng)電廠提供支持。然而，一旦電網(wǎng)發(fā)生解列，德國部分地區(qū)的瞬時備用將可能出現(xiàn)短缺。這與西班牙在2025年4月16日整天可再生能源占比超過100%的情況頗為相似。理論上，德國同樣存在發(fā)生大規(guī)模停電事故的風(fēng)險。因此，德國從今年開始通過市場采購瞬時備用，監(jiān)管政策層面也已率先行動。
根據(jù)德國輸電公司的研究，只需大約1/3的風(fēng)電和光伏電站具備提供瞬時備用的能力，便足以滿足系統(tǒng)的總體需求。如果逆變器性能足夠優(yōu)良（如采用高端逆變器），則可通過軟件升級實現(xiàn)該功能。換言之，要么新建風(fēng)電場和光伏電站具備瞬時備用能力，要么通過增加構(gòu)網(wǎng)型儲能來補充。德國輸電公司已發(fā)布相關(guān)技術(shù)規(guī)定，相應(yīng)成本可計入系統(tǒng)輔助服務(wù)費用，由所有電力用戶共同分?jǐn)偂?
中國的電網(wǎng)電壓等級高、覆蓋范圍廣，因此，相關(guān)部門歷來高度重視電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題。盡管電網(wǎng)慣量支撐相對充足，國內(nèi)多家廠商已提前推出構(gòu)網(wǎng)型儲能產(chǎn)品，為滿足未來的需求做好準(zhǔn)備。
實施保障機制
一、云穿越效應(yīng)與低電壓穿越
西班牙停電事故發(fā)生后，有媒體報道和評論指出，部分光伏脫網(wǎng)地區(qū)出現(xiàn)過電壓不穩(wěn)定問題。目前，尚不清楚這是否由“云穿越效應(yīng)”所致。
美國電力研究院（EPRI）曾在《光伏電站輸出與云穿越引起的波動性》白皮書中指出，云層導(dǎo)致的輻照波動對光伏并網(wǎng)構(gòu)成了特殊挑戰(zhàn)。由于光伏組件對輻照變化反應(yīng)極快，在云層遮擋下，發(fā)電功率可能在數(shù)秒內(nèi)劇烈波動，幅度甚至超過電站額定容量的50%，且這種波動可能會反復(fù)出現(xiàn)。這還可能會造成無功支撐不足，從而進一步引發(fā)電壓不穩(wěn)定問題。
為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，歐洲多國相繼出臺過相關(guān)并網(wǎng)技術(shù)要求。例如，“低電壓穿越”功能要求逆變器在電壓跌落時保持并網(wǎng)不中斷，并提供一定的無功支撐；當(dāng)電壓降至額定值的50%以內(nèi)，且持續(xù)時間不超過0.2 s時，設(shè)備應(yīng)保持不脫網(wǎng)?！案唠妷捍┰健币竽孀兤髟陔妷憾虝r升高時不得立即斷開；“動態(tài)電壓支撐”要求逆變器在電壓異常期間主動吸收或輸出無功功率，以幫助恢復(fù)并網(wǎng)點電壓，而不是被動等待電壓回歸正常范圍。
根據(jù)歐洲電網(wǎng)的統(tǒng)一規(guī)定，風(fēng)電和光伏設(shè)備必須滿足包括低電壓穿越在內(nèi)的多項技術(shù)要求，以防止“云穿越效應(yīng)”引起的光伏脫網(wǎng)現(xiàn)象。如果西班牙媒體的報道內(nèi)容屬實，這可能說明西班牙尚未建立相應(yīng)規(guī)定的有效實施與監(jiān)管機制。
德國較早便實施了上述三項并網(wǎng)要求，并配套建立起嚴(yán)格的檢測和監(jiān)督體系。截至目前，該國尚未出現(xiàn)過類似的脫網(wǎng)事故。德國光伏電站普遍采用高端逆變器，技術(shù)質(zhì)量也為系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了有力保障。
相比之下，中國的光伏逆變器企業(yè)眾多，行業(yè)“內(nèi)卷”嚴(yán)重，頭部廠商多選擇開拓海外市場以維持競爭力。這一趨勢值得相關(guān)主管部門關(guān)注。
二、分布式可再生能源
西班牙約有60%的風(fēng)電和光伏裝機容量接入在輸電網(wǎng)層面，屬于集中式可再生能源。而德國約有95%的可再生能源接入配電網(wǎng)，屬于分布式可再生能源。換句話說，德國發(fā)生“云穿越效應(yīng)”及“低電壓穿越”問題的概率遠(yuǎn)低于西班牙，且即便發(fā)生，影響范圍也相對較小。不過，需要指出的是，德國并未通過行政指令推動分布式可再生能源發(fā)展，而是通過市場機制自然實現(xiàn)的。
中國逐步建立起一套較為完整的分布式可再生能源發(fā)展制度體系，從早期依靠政策引導(dǎo)與財政補貼，逐步轉(zhuǎn)向以法律法規(guī)、并網(wǎng)機制和市場化激勵為核心的多層次保障機制。目前的發(fā)展重點正從“簡單接入”轉(zhuǎn)向“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)同、“市場交易”參與和“數(shù)字化”運營管理，標(biāo)志著中國分布式可再生能源已從試點探索階段，進入規(guī)?；⒅贫然l(fā)展的新階段。
預(yù)防性措施
西班牙此次大范圍停電之所以能夠在極短時間內(nèi)恢復(fù)，主要得益于三大因素：
一是制定了應(yīng)急分區(qū)域的預(yù)案。事故發(fā)生后，相關(guān)部門可以立即按預(yù)案啟動恢復(fù)程序，避免了調(diào)度混亂。
二是擁有大規(guī)模的已并網(wǎng)風(fēng)電與光伏發(fā)電裝機。在黑啟動機組搭建起電壓／頻率基準(zhǔn)后，可再生能源能夠瞬時釋放數(shù)十吉瓦電能，成為恢復(fù)工作的“強力推進器”。
三是跨境電源支援。除法國外，西班牙還從摩洛哥獲得了約700 MW的電力支援，進一步加快了電網(wǎng)重建速度。相比之下，2007年巴塞羅那地區(qū)的大規(guī)模停電曾耗時長達(dá)78 h才全面恢復(fù)。
盡管如此，西班牙原本計劃在6~10 h內(nèi)完成恢復(fù)，最終未能實現(xiàn)?；謴?fù)初期，抽水蓄能電站和外部電源發(fā)揮出關(guān)鍵作用，隨后聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆姀S承擔(dān)起主力負(fù)荷。整體恢復(fù)時間仍存在優(yōu)化空間，比如，恢復(fù)區(qū)域的顆粒度可以進一步細(xì)化，調(diào)度系統(tǒng)能夠具備更強的自動恢復(fù)能力。這不僅依賴于具備快速響應(yīng)能力的黑啟動電源，也要求電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)具備自動恢復(fù)、智能協(xié)同的能力。
德國高度重視大范圍停電后的快速恢復(fù)措施。早在10年前，德國就制定了輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)同恢復(fù)的預(yù)案，并推動抽水蓄能和燃?xì)怆姀S的黑啟動項目，同時在配電網(wǎng)側(cè)開展過相關(guān)研究。2023年，德國與弗勞恩霍夫研究所合作開發(fā)出一套基于智能算法的預(yù)測系統(tǒng)，使得風(fēng)電也能夠成為黑啟動電源，即使在電網(wǎng)狀態(tài)復(fù)雜、擾動劇烈的情況下同樣具備較強的黑啟動能力。這為進一步擴大具備自主恢復(fù)能力的區(qū)域提供了技術(shù)支持。德國的調(diào)度系統(tǒng)廠商也開發(fā)出具備自動恢復(fù)功能的系統(tǒng)解決方案，可以提升整個系統(tǒng)的韌性和恢復(fù)效率。
西班牙此次大范圍停電事故還釋放出一個積極信號，即可再生能源具備在極端場景下參與電網(wǎng)恢復(fù)的潛力。事故發(fā)生后，部分風(fēng)電和光伏依然保持發(fā)電能力，尤其是風(fēng)電展現(xiàn)出較強的運行穩(wěn)定性。所有島嶼微網(wǎng)均未中斷運行，從側(cè)面反映出微電網(wǎng)的恢復(fù)價值。
這一經(jīng)驗對中國同樣具有現(xiàn)實意義。當(dāng)前，中國電力系統(tǒng)仍以煤電為主，抽水蓄能與燃?xì)怆姀S在系統(tǒng)中所占的比例相對較小，恢復(fù)速度受限。因此，大力發(fā)展抽水蓄能，提高燃?xì)怆姀S靈活性，是值得優(yōu)先考慮的方向。
中國的電網(wǎng)具有電壓等級高、輸電距離遠(yuǎn)、跨區(qū)調(diào)度能力強等特點，在以特高壓和超高壓構(gòu)成的堅強網(wǎng)架支撐下，可進一步研究在輸配電層面引入“分布式恢復(fù)”機制。結(jié)合源網(wǎng)荷儲的靈活協(xié)同、黑啟動能力的區(qū)域配置，以及自動恢復(fù)技術(shù)的落地推廣，有望實現(xiàn)“局部先恢復(fù)、整體再并網(wǎng)”的更高效策略，從而提升系統(tǒng)的抗擾動能力和恢復(fù)速度。
總結(jié)
此次西班牙大范圍停電并非突如其來的偶發(fā)事件，而是對電力系統(tǒng)“韌性短板”的一次集中暴露。事故再次印證了那句老話：“魔鬼藏在細(xì)節(jié)中?！背苏叻较虮旧恚瑔訒r機、實施保障機制和預(yù)防性措施同樣至關(guān)重要。
事故表明，可再生能源自身應(yīng)具備一定的瞬時備用能力，甚至在一定條件下具備黑啟動能力，不能完全依賴傳統(tǒng)電源兜底。政策和市場機制應(yīng)為此提供明晰路徑和激勵信號。
此次事故還提醒我們，發(fā)展可再生能源必須堅持“先立后破”的基本原則。無論是退煤，還是棄核，都應(yīng)建立在可靠備用能力與系統(tǒng)穩(wěn)定機制的基礎(chǔ)上，方能實現(xiàn)可持續(xù)的能源轉(zhuǎn)型。
與此同時，事故也展示了希望。風(fēng)電、光伏等可再生能源在事故后快速恢復(fù)供電中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，尤其是風(fēng)電，在電網(wǎng)重建初期成為“穩(wěn)定錨點”。這表明，在技術(shù)與機制配套的條件下，可再生能源不僅可以作為系統(tǒng)主力，也能夠成為極端情境下的“恢復(fù)引擎”。
因此，未來的電力系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)從“以傳統(tǒng)電源保系統(tǒng)”向“以多元資源構(gòu)建韌性”轉(zhuǎn)型，推動可再生能源從“變量”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸е?。這不僅是西班牙的教訓(xùn)，也是對中國與德國等實現(xiàn)高比例可再生能源國家的共同啟示。
