中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)總量已提前完成2030年國(guó)家自主貢獻(xiàn)目標(biāo)。這是生態(tài)環(huán)境部副部長(zhǎng)李高近日在國(guó)新辦發(fā)布會(huì)上透露的信息。而即將來襲的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“樺加沙”等極端天氣，正考驗(yàn)著可再生能源體系的“可靠性”。
國(guó)際能源署今年7月底發(fā)布的《2025年電力市場(chǎng)年中更新報(bào)告》顯示，預(yù)計(jì)最早在2025年、最遲在2026年，可再生能源將超越煤炭成為全球最大電力來源。
在當(dāng)前可再生能源規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大、極端氣候事件頻發(fā)的背景下，如何提升能源系統(tǒng)的氣候適應(yīng)性與供電可靠性，已成為一項(xiàng)緊迫的課題。
氣候變化或影響可再生能源度電成本
全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織駐會(huì)副主席劉澤洪在第四屆氣象經(jīng)濟(jì)論壇上表示，當(dāng)前全球風(fēng)電光伏裝機(jī)占比已達(dá)31%。在極端天氣現(xiàn)象頻發(fā)背景下，氣象條件已成為影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。研究表明，最高氣溫每升高1℃將導(dǎo)致電力最高負(fù)荷增加4.5%。
清華大學(xué)副教授同丹指出，在氣候變化背景下，系統(tǒng)評(píng)估電力供需失衡風(fēng)險(xiǎn)并構(gòu)建韌性提升策略，是當(dāng)前亟待解決的重要科學(xué)問題?！皻夂蜃兓赡軐?dǎo)致未來電力系統(tǒng)成本負(fù)擔(dān)增加，極端情景下的成本負(fù)擔(dān)尤為突出?！蓖じ嬖V中青報(bào)·中青網(wǎng)記者。
同丹團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化背景下，1980-2022年，全球極端電力短缺事件持續(xù)增加。長(zhǎng)時(shí)極端短缺事件的出現(xiàn)頻次、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度分別以每年0.026次、0.340小時(shí)和14.7%的速度增長(zhǎng)；低可靠性極端短缺事件的出現(xiàn)頻次、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度分別以每年0.069次、0.392小時(shí)和13.1%的速度增長(zhǎng)。以20年時(shí)間為尺度，2000年之后全球極端電力短缺事件顯著高于2000年以前。
該研究進(jìn)一步揭示，極低風(fēng)速和極低太陽(yáng)輻射的增加推動(dòng)了極端電力短缺事件的增長(zhǎng)。與1980-2000年相比，2001-2022年全球1%的平均風(fēng)速和太陽(yáng)輻射變化帶來了超過10%極低風(fēng)速-極低太陽(yáng)輻射復(fù)合事件變化，且復(fù)合事件的年小時(shí)數(shù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，并進(jìn)一步引發(fā)了約30%的極端電力短缺事件變化。
“因此，即使在未來溫和氣候變化情景下，高比例風(fēng)光系統(tǒng)極端電力短缺事件仍可能大幅增加?！蓖け硎荆L(fēng)光電力系統(tǒng)的度電成本也會(huì)顯著增加，部分國(guó)家極端度電成本增幅甚至超過20%。度電成本增加將導(dǎo)致巨大的GDP損失。
美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的阿馬拉辛赫·佩里爾等學(xué)者同樣表明，可再生能源的發(fā)電能力高度依賴天氣，極端氣候事件導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)供應(yīng)的可靠性下降16%。
同丹還提到，全球主要國(guó)家將面臨風(fēng)光極低出力事件持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)、電力負(fù)荷波動(dòng)性增強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)，這在地表風(fēng)速降幅更大、氣溫增幅更高的中高緯度國(guó)家尤為突出。
極端天氣對(duì)能源供給影響不可忽視
擾動(dòng)風(fēng)光穩(wěn)定出力的變量不僅僅是臺(tái)風(fēng)、暴雪等極端天氣，陰天、梅雨、沙塵、高溫等長(zhǎng)期性頻繁性的氣象事件，對(duì)電力系統(tǒng)供需平衡的影響也不容忽視。
國(guó)家氣候中心正高級(jí)工程師王陽(yáng)此前在受訪時(shí)表示，“雙碳”目標(biāo)下，低碳能源轉(zhuǎn)型使得清潔能源的生產(chǎn)、傳輸、調(diào)度、運(yùn)行等對(duì)天氣、氣候的依賴度越來越高。諸如沙塵暴、霧霾等長(zhǎng)時(shí)間少風(fēng)少光的天氣，都可能導(dǎo)致發(fā)電的“黑暗低谷”。
在持續(xù)高溫天氣下，光伏組件功率輸出呈負(fù)溫度系數(shù)關(guān)系。溫度越高，輸出功率越低，發(fā)電量也相應(yīng)減少，而此時(shí)生活和工業(yè)用電需求卻急劇攀升，導(dǎo)致電力供需矛盾進(jìn)一步突出。
2022年7-8月，我國(guó)水電第一大省四川限電事件，正是由于歷史同期最高極端高溫、最少降雨量、最高電力負(fù)荷多重因素疊加所致，電力保供面臨巨大挑戰(zhàn)。
近年來，我國(guó)電力負(fù)荷呈現(xiàn)“冬夏雙高峰”特征，溫度變化加劇了季節(jié)性供需矛盾。夏季空調(diào)負(fù)荷與冬季取暖負(fù)荷的剛性增長(zhǎng)，往往超出電力系統(tǒng)現(xiàn)有調(diào)節(jié)能力。供需失衡風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)凸顯。
構(gòu)建韌性、適應(yīng)的新型電力系統(tǒng)
風(fēng)電和光伏在時(shí)空分布上具備較強(qiáng)的互補(bǔ)性：太陽(yáng)能發(fā)電通常在中午達(dá)到峰值，黃昏時(shí)急劇下降；風(fēng)力發(fā)電則往往在夜間達(dá)到高點(diǎn)。同丹認(rèn)為，風(fēng)光容量配比設(shè)計(jì)對(duì)電力系統(tǒng)可靠性影響顯著。解決能源供需矛盾還需要在供給側(cè)推動(dòng)跨區(qū)域電力互聯(lián)，在需求側(cè)以分時(shí)電價(jià)等機(jī)制引導(dǎo)需求響應(yīng)。
近日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《新型儲(chǔ)能規(guī)?；ㄔO(shè)專項(xiàng)行動(dòng)方案（2025—2027年）》，明確到2027年，全國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.8億千瓦以上，帶動(dòng)項(xiàng)目直接投資約2500億元。
這份方案特別強(qiáng)調(diào)，提高新型儲(chǔ)能調(diào)度適應(yīng)能力。推動(dòng)沙漠、戈壁、荒漠等新能源基地合理規(guī)劃建設(shè)新型儲(chǔ)能。建設(shè)一批系統(tǒng)友好型新能源電站，促進(jìn)新能源電站與配建新型儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行，平滑新能源出力曲線，提高可靠出力水平，提供電網(wǎng)穩(wěn)定支撐能力。
同丹表示，提升儲(chǔ)能效率在極端氣象時(shí)段效果突出，而增強(qiáng)火電靈活性在高火電占比地區(qū)效果明顯。各地應(yīng)基于資源稟賦差異化制定策略，優(yōu)化技術(shù)組合，以實(shí)現(xiàn)成本效益最大化。
面對(duì)“能源干旱”，四川一方面在電源端“多能互補(bǔ)”，擬到2025年，水電、火電、風(fēng)電、光伏發(fā)電占比從2021年的77.8%、15.9%、4.6%、1.7%調(diào)整為64.1%、16.6%、6.0%、13.3%；另一方面，在電網(wǎng)端“互聯(lián)互濟(jì)”，新增供電能力2000萬(wàn)千瓦以上，謀劃超過7600億元的電源電網(wǎng)項(xiàng)目，旨在補(bǔ)齊電力系統(tǒng)短板，“確保未來幾十年四川不再有這樣的缺電之痛”。
多地正在探索新型電力系統(tǒng)的“韌性”解法?！冻啥际刑摂M電廠建設(shè)實(shí)施方案（2023—2025年）》提出，“2025年，虛擬電廠可調(diào)節(jié)能力130萬(wàn)千瓦以上，達(dá)到成都電網(wǎng)最大用電負(fù)荷的5%，形成以虛擬電廠為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)”。
在全國(guó)首個(gè)農(nóng)村能源革命試點(diǎn)縣河南蘭考，當(dāng)?shù)赝苿?dòng)光、儲(chǔ)、充、柔性負(fù)荷及微電網(wǎng)全面發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域半自治為目標(biāo)，建設(shè)農(nóng)村新型電力系統(tǒng)。
在安徽黃山深渡鎮(zhèn)，依托自主開發(fā)的微電網(wǎng)協(xié)同管理平臺(tái)，國(guó)網(wǎng)黃山供電公司能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行，一旦發(fā)生故障，自動(dòng)切換為分布式光伏和儲(chǔ)能供電，整個(gè)過程僅需3-5毫秒。
此外，氣象預(yù)測(cè)技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化。中國(guó)氣象局已發(fā)布國(guó)家級(jí)風(fēng)能太陽(yáng)能氣候預(yù)測(cè)產(chǎn)品，市場(chǎng)上也涌現(xiàn)出多種高精度氣象風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)預(yù)警服務(wù)。陽(yáng)光電源光儲(chǔ)集團(tuán)利用AI仿生熱控以及電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，在極寒地區(qū)黑龍江建設(shè)的首個(gè)風(fēng)電配儲(chǔ)的儲(chǔ)能項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了零下40攝氏度低溫平穩(wěn)運(yùn)行，有效地提升了風(fēng)電輸出可靠性。
同丹表示，考慮更極端的成本增長(zhǎng)事件，制定更加強(qiáng)有力的風(fēng)光電力系統(tǒng)韌性提升策略十分必要，仍需各方合力破局。
