中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電力系統(tǒng)在任何時(shí)候都保持穩(wěn)定是保障電力安全供應(yīng)不可或缺的前提。今年4月西班牙葡萄牙的大范圍停電事件再次凸顯了系統(tǒng)穩(wěn)定的重要性。如何才能讓電網(wǎng)始終保持穩(wěn)定？該問題的核心在于：發(fā)電與用電必須始終保持平衡，電壓也需控制在規(guī)定范圍內(nèi)。德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部（BMWE）的“系統(tǒng)穩(wěn)定路線圖”展示了100%可再生能源情景下，電力系統(tǒng)始終保持穩(wěn)定運(yùn)行的有效路徑。
2025年4月28日，西班牙和葡萄牙發(fā)生大規(guī)模斷電，持續(xù)數(shù)小時(shí)。事故原因尚未最終查明，這次停電事件也深刻表明了安全供電系統(tǒng)的重要性。那么，電力系統(tǒng)如何才能保持穩(wěn)定運(yùn)行呢？
此文我們走近德國電力系統(tǒng)，了解這一保持穩(wěn)定、默默運(yùn)作的龐大系統(tǒng)。首先需要了解的是，為了保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行，電力系統(tǒng)中的頻率和電壓必須始終保持在特定的限值范圍之內(nèi)。即使在發(fā)生故障后，系統(tǒng)也必須能迅速且可靠地恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。
電網(wǎng)穩(wěn)定的前提
電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提是電力的生產(chǎn)與消費(fèi)始終保持平衡。電網(wǎng)頻率是衡量這一平衡的重要指標(biāo)，當(dāng)供需失衡時(shí)，電網(wǎng)頻率會(huì)立即發(fā)生波動(dòng)。如果將電網(wǎng)頻率控制比作一架天平，發(fā)電與用電就是天平的兩端，一旦不平衡，天平就會(huì)發(fā)生傾斜。
圖片來源：BMWE, Frequenzhaltung als Waage zwischen Erzeugung und Verbrauch
除此之外，無論是大型工業(yè)設(shè)備，還是普通家用電器，為了保障設(shè)備的正常運(yùn)行，電網(wǎng)中的電壓必須始終保持在技術(shù)允許范圍內(nèi)（一般為±10%）。此外，相關(guān)設(shè)備還必須具備一定的抗擾能力，在因故障導(dǎo)致電壓短時(shí)劇烈波動(dòng)的情況下，能夠在一段時(shí)間內(nèi)安全、穩(wěn)定地繼續(xù)并網(wǎng)運(yùn)行。
圖片來源：BMWE, Spannungs- und Frequenzabweichung
為了保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要提供一系列的“系統(tǒng)服務(wù)”。這些服務(wù)主要有以下幾種提供形式：一是按照技術(shù)并網(wǎng)規(guī)范強(qiáng)制性提供，二是通過市場(chǎng)化機(jī)制進(jìn)行有償采購，三是由電網(wǎng)運(yùn)營商的運(yùn)行設(shè)備直接提供。系統(tǒng)服務(wù)包括如黑啟動(dòng)能力、無功功率、瞬時(shí)備用容量等內(nèi)容。
雖然這些詞語聽起來很復(fù)雜，但背后的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單：所謂“黑啟動(dòng)”是指發(fā)電廠在沒有外部電網(wǎng)供電的情況下，依靠自身力量啟動(dòng)運(yùn)行，也就是說，即使在斷電的情況下也能啟動(dòng)；“無功功率”在電網(wǎng)中主要用于維持電壓穩(wěn)定；而“瞬時(shí)備用容量” 指電力設(shè)備在系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡時(shí)，能夠自動(dòng)、即時(shí)地釋放或吸收電能，以維持頻率穩(wěn)定。
“系統(tǒng)穩(wěn)定路線圖”助力德國保障電網(wǎng)安全
但在德國實(shí)際運(yùn)行的電網(wǎng)系統(tǒng)中，情況會(huì)稍顯復(fù)雜。因?yàn)榈聡碾娏ο到y(tǒng)并不是靜態(tài)的，所以即使一度達(dá)到平衡，也無法一勞永逸。系統(tǒng)一直在變化，例如，歐洲電力市場(chǎng)的跨境電力交易的增加、傳統(tǒng)發(fā)電廠的減少、可再生能源占比的迅速提高等。為了維持一個(gè)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的電力系統(tǒng)，德國必須不斷識(shí)別、評(píng)估并應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜且多變的挑戰(zhàn)。
為此，德國聯(lián)邦政府自2022年秋季起至2023年底，聯(lián)合來自超過80家機(jī)構(gòu)的150位專家，共同制定了“系統(tǒng)穩(wěn)定路線圖”。參與方包括輸電與配電網(wǎng)運(yùn)營商、設(shè)備制造商、行業(yè)協(xié)會(huì)、標(biāo)準(zhǔn)化組織以及科研機(jī)構(gòu)。自2024年起，路線圖中的各項(xiàng)建議已逐步開始實(shí)施，并通過50多個(gè)“行動(dòng)節(jié)點(diǎn)”，描繪了未來實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)健運(yùn)行的路徑。
整個(gè)“系統(tǒng)穩(wěn)定路線圖”共包含41個(gè)專題性穩(wěn)定性流程，以及10個(gè)跨主題的綜合性流程，涵蓋頻率、電壓、共振穩(wěn)定性、短路電流、相角穩(wěn)定性、電網(wǎng)運(yùn)行管理以及電網(wǎng)與供電恢復(fù)。
