中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：今夏高溫炙熱下，北美電力系統(tǒng)正面臨一場(chǎng)“大考”。北美電力可靠性協(xié)會(huì)（NERC）、美國(guó)能源信息署（EIA）與美國(guó)能源部（DOE）最新研究[1]顯示，2025年夏季，北美大容量電力系統(tǒng)（BPS）覆蓋區(qū)域的用電需求將同比增加約1000萬(wàn)千瓦，用電壓力持續(xù)攀升。與此同時(shí)，多重不利因素正層層疊加：常規(guī)發(fā)電容量加速退役、靈活電力資源儲(chǔ)備不足、設(shè)備老化問題日益凸顯，再加上極端高溫、干旱、野火等災(zāi)害天氣頻發(fā)，電力設(shè)備安全運(yùn)行備受威脅。此外，大型變壓器交付周期拉長(zhǎng)、天然氣供應(yīng)缺口擴(kuò)大、含逆變器電力電子設(shè)備（IBR）參數(shù)配置異常等問題，也將進(jìn)一步削弱機(jī)組頂峰出力能力，給電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行埋下隱患。
本文根據(jù)前述相關(guān)研究，系統(tǒng)梳理了北美電網(wǎng)當(dāng)前面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，并試圖針對(duì)這些挑戰(zhàn)提出可行的應(yīng)對(duì)舉措，為提升電網(wǎng)氣候韌性、保障極端條件下電力穩(wěn)定供應(yīng)提供解決方案。
01
多重因素加劇北美夏季供電壓力
北美電力可靠性評(píng)估區(qū)域[2]是一張覆蓋六大核心區(qū)域的“電力安全網(wǎng)”，主要涵蓋北美電力可靠性協(xié)會(huì)（NERC）和六大區(qū)域?qū)嶓w（RE），包括中西部可靠性組織（MRO）、東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)（NPCC）、可靠性優(yōu)先組織（RF）[3]、東南部電力可靠性委員會(huì)（SERC）、德州可靠性組織（Texas RE）、西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)（WECC）所轄電力市場(chǎng)區(qū)域。相關(guān)區(qū)域相互聯(lián)動(dòng)，共同構(gòu)成北美電力系統(tǒng)的“安全屏障”，其可靠性運(yùn)行情況直接關(guān)系到數(shù)千萬(wàn)用戶的夏季用電體驗(yàn)。
圖1：北美電力可靠性評(píng)估區(qū)域
根據(jù)EIA、DOE、WECC、NERC等機(jī)構(gòu)的研究 ，北美電力可靠性受“高溫干旱氣候、機(jī)組退役加速、供應(yīng)鏈延遲、燃料階段性短缺”等綜合因素影響，局地或出現(xiàn)電力短缺情況。
（一）天氣與環(huán)境：極端災(zāi)害成為電力系統(tǒng)的“頭號(hào)威脅”
極端天氣多發(fā)、頻發(fā)、強(qiáng)發(fā)或?qū)﹄娏υO(shè)備可靠運(yùn)行和機(jī)組平穩(wěn)出力造成顯著影響。今年夏季期間，極端高溫大范圍蔓延，美國(guó)大部分地區(qū)夏季氣溫高于常年平均水平。其中，西部的內(nèi)華達(dá)州、猶他州和新墨西哥州大部地區(qū)、亞利桑那州東北部、俄勒岡州和愛達(dá)荷州南部，以及東北部的紐約州、賓夕法尼亞州、新澤西州、康涅狄格州大部地區(qū)將出現(xiàn)異常高溫的風(fēng)險(xiǎn)（概率大于70%）。而緬因州、新罕布什爾州、馬薩諸塞州、佛蒙特州局地將出現(xiàn)歷史極端高溫的風(fēng)險(xiǎn)（概率大于80%）。加拿大馬尼托巴省東北部、安大略省北部、紐芬蘭與拉布拉多省西部以及愛德華王子島省、新斯科舍省、新不倫瑞克省局地也將有極端高溫（概率超80%）。
除了持續(xù)高溫增加電力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，氣候環(huán)境還在以下方面為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。
干旱導(dǎo)致水電“掉鏈子”。美國(guó)中西部地區(qū)降水或低于常年均值，其中，西部的懷俄明州、南達(dá)科他州和內(nèi)布拉斯加州大部地區(qū)將出現(xiàn)極低降水（概率大于50%）。而愛達(dá)荷州、猶他州、科羅拉多州、北達(dá)科他州等地區(qū)降水也將偏少（概率大于40%）。加拿大愛德華王子島省、新斯科舍省、新不倫瑞克省中東部地區(qū)降水少于歷史同期（概率大于50%）。低水位或?qū)⒂绊懰姍C(jī)組運(yùn)營(yíng)，需擴(kuò)大天然氣發(fā)電和需求側(cè)響應(yīng)以彌補(bǔ)供電缺口。
野火阻斷輸電“生命線”。美國(guó)西部電網(wǎng)互聯(lián)區(qū)域以及加拿大馬尼托巴省、不列顛哥倫比亞省等區(qū)域野火發(fā)生概率居高不下。截至8月底，加拿大全國(guó)野火過火面積已超7.3萬(wàn)平方公里，是過去十年同期的兩倍多[4]。野火不僅會(huì)導(dǎo)致輸電線路停運(yùn)、風(fēng)光發(fā)電受限，更嚴(yán)重的是，美國(guó)西北部偏遠(yuǎn)水電站的輸電線路一旦被破壞，修復(fù)需數(shù)周至數(shù)月，將造成長(zhǎng)期供電缺口。
圖2：美國(guó)8—10月溫度預(yù)測(cè)情況
圖3：加拿大8—10月溫度預(yù)測(cè)情況
（二）負(fù)荷與機(jī)組：用電需求激增，基荷機(jī)組退役加速
大范圍極端高溫天氣帶動(dòng)用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)。受高溫天氣影響，夏季期間，北美電力可靠性協(xié)會(huì)（NERC）23個(gè)評(píng)估區(qū)域的峰值電力需求總量同比增長(zhǎng)約1000萬(wàn)千瓦，遠(yuǎn)高于2023—2024年歷史同期水平。其中，西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)（WECC）、東南部電力可靠性委員會(huì)（SERC）所轄區(qū)域電力市場(chǎng)因受“高溫負(fù)荷增加、工業(yè)和數(shù)據(jù)中心負(fù)荷擴(kuò)張”等因素影響，整體負(fù)荷水平或?qū)⒋蠓嵘?/span>
基荷機(jī)組退役加速疊加風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)增加。夏季期間，NERC相關(guān)評(píng)估區(qū)域約有740萬(wàn)千瓦“基礎(chǔ)性”發(fā)電機(jī)組將退役或停止運(yùn)行，其中包括250萬(wàn)千瓦天然氣發(fā)電機(jī)組和210萬(wàn)千瓦煤電機(jī)組。此外，NPCC-Ontario區(qū)域約有120萬(wàn)千瓦核電機(jī)組、160萬(wàn)千瓦石油發(fā)電機(jī)組等退役。與此同時(shí)，夏季期間，NERC相關(guān)區(qū)域太陽(yáng)能光伏、風(fēng)電分別新增裝機(jī)3000萬(wàn)千瓦、500萬(wàn)千瓦?；A(chǔ)性機(jī)組退役而大量波動(dòng)性資源并網(wǎng)或?qū)﹄娋W(wǎng)安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生影響。
（三）設(shè)備與技術(shù)：老化設(shè)備“帶病運(yùn)行”，IBR配置埋下“安全隱患”
電力設(shè)備老化率增加為維持發(fā)電機(jī)組備用狀態(tài)和資源充足性帶來更大挑戰(zhàn)。
近年來，傳統(tǒng)火電發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組設(shè)備老化導(dǎo)致強(qiáng)迫停運(yùn)率（Forced Outages rates）不斷上升，電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商因此面臨著可調(diào)度資源減少和運(yùn)營(yíng)可靠性風(fēng)險(xiǎn)增加的挑戰(zhàn)。此外，美國(guó)多地基荷發(fā)電機(jī)組超期服役，東南部電力可靠性委員會(huì)（SERC）以及西南區(qū)域電力市場(chǎng)部分發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)限甚至超60年，這也可能對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。
為保證電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行，高齡發(fā)電機(jī)組需要定期開展大規(guī)模檢修（三相電動(dòng)機(jī)定子繞組重繞等），這將導(dǎo)致在夏季用電高峰時(shí)，局地出現(xiàn)有效發(fā)電資源不足的困境。
此外，含逆變器電力電子設(shè)備未按規(guī)范設(shè)置參數(shù)也會(huì)對(duì)電網(wǎng)可靠運(yùn)行構(gòu)成挑戰(zhàn)。研究認(rèn)為[5]，美國(guó)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)裝有逆變器的可調(diào)度資源（IBR[6]）在電網(wǎng)擾動(dòng)期間發(fā)生意外跳閘的可能性保持警惕。數(shù)據(jù)顯示[7]，目前，美國(guó)約66%的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商所使用的保護(hù)裝置并未按最大容量設(shè)定，這限制了并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏設(shè)備（PV）的整體穿越能力（Ride-through capability）；其次，約20%電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將IBR設(shè)施功率因數(shù)限制在0.95，造成電網(wǎng)大量無(wú)功容量未充分利用[8]。在上述情況下，如新能源出力受天氣影響出現(xiàn)較大波動(dòng)（如風(fēng)電驟升驟降、光伏云層遮擋），則電網(wǎng)難以通過無(wú)功調(diào)節(jié)抵消出力波動(dòng)對(duì)電壓的沖擊，易引發(fā)連鎖故障。
（四）供應(yīng)鏈和燃料影響：設(shè)備交付“拖后腿”，氣電頂峰能力不足
設(shè)備供應(yīng)鏈問題會(huì)影響大型電力系統(tǒng)（BES）設(shè)備維護(hù)、更換和施工的交付周期。夏季期間，當(dāng)電力系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)和安裝供應(yīng)鏈系統(tǒng)出現(xiàn)延遲時(shí)，將對(duì)電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行構(gòu)成挑戰(zhàn)。長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，供應(yīng)鏈問題和不確定性仍將持續(xù)，預(yù)計(jì)大型變壓器設(shè)備平均交付周期將為80至210周，較2024年同期平均120周的時(shí)間有所延長(zhǎng)[9]。
另一方面，受“天然氣出口需求上升、國(guó)內(nèi)氣田產(chǎn)氣量降低”等因素影響，美國(guó)夏季天然氣供應(yīng)趨緊，同時(shí)疊加“高溫電力負(fù)荷增加、氣電機(jī)組系統(tǒng)性維護(hù)”等不可控因素，可能造成氣電頂峰能力嚴(yán)重不足。預(yù)計(jì)2025年7—10月，在高溫天氣延續(xù)和電力負(fù)荷持續(xù)增加等因素加持下，美國(guó)天然氣發(fā)電需求或創(chuàng)歷史新高[10]，亟需擴(kuò)大天然氣供應(yīng)規(guī)模，緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力。
02
北美電力可靠性評(píng)估結(jié)論
（一）北美電力整體可靠性評(píng)估
本文采用高峰需求小時(shí)和高峰風(fēng)險(xiǎn)小時(shí)等分析指標(biāo)，充分評(píng)估2025年夏季期間北美發(fā)電資源、輸電系統(tǒng)充裕度以及能源充足性情況。
從整體上看，在正常夏季高峰負(fù)荷條件下（即與歷年均值保持相同趨勢(shì)），北美所有評(píng)估區(qū)域預(yù)期可調(diào)度電力資源較為充足。然而，在極端風(fēng)險(xiǎn)條件下（包括高負(fù)荷電力需求、歷史高停電率、極熱無(wú)風(fēng)、極低光伏出力等），部分區(qū)域面臨電力供應(yīng)短缺風(fēng)險(xiǎn)，具體包括：中部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（MISO）、東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)—新英格蘭區(qū)域（NPCC-New England）、中西部可靠性組織—薩斯克電力公司（MRO-SaskPower）、中西部可靠性組織—西南部電力池（MRO-SPP）、德州可靠性組織—德克薩斯州電力可靠性委員會(huì)（Texas RE-ERCOT）、西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)—墨西哥區(qū)域（WECC-Mexico）等。北美電力供應(yīng)短缺風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為極高（High）、升級(jí)（Elevated）、普通（Normal）；上述評(píng)估區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為升級(jí)。
圖4：北美電力供應(yīng)可靠性風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域
（二）重點(diǎn)區(qū)域電力供應(yīng)可靠性：各有各的“難”，供電壓力各不同
中部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（MISO）：數(shù)據(jù)顯示[11]，MISO現(xiàn)有裝機(jī)容量約為1.43億千瓦，較2024年同期下降0.7個(gè)百分點(diǎn)。其中，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組退役（天然氣和煤電機(jī)組退役約157.5萬(wàn)千瓦）、新增規(guī)劃資源不足（部分市場(chǎng)化發(fā)電機(jī)組退出MISO規(guī)劃資源拍賣）是導(dǎo)致MISO可調(diào)度發(fā)電資源減少的主要原因。夏季期間，MISO所轄區(qū)域?qū)⒚媾R負(fù)荷快速增長(zhǎng)、風(fēng)力發(fā)電出力不足、儲(chǔ)備發(fā)電資源短缺等多重困境。
圖5：中部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商電力供需情況
東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)-新英格蘭區(qū)域（NPCC-New England）：夏季期間，新英格蘭地區(qū)用電負(fù)荷峰值約為2480.3萬(wàn)千瓦（概率值約為50%），最大電力缺口為147.3萬(wàn)千瓦，屆時(shí)該地區(qū)將啟動(dòng)區(qū)域間電力互濟(jì)機(jī)制，最大進(jìn)口電力約300萬(wàn)千瓦。根據(jù)NPCC最新的能源評(píng)估[12]，如該地區(qū)夏季電力靈活性資源滿足負(fù)荷增長(zhǎng)，其累積負(fù)荷預(yù)期損失（LOLE）小于0.031天/周期，停電小時(shí)數(shù)（LOLH）小于0.12小時(shí)/周期，預(yù)期缺電量（EUE）小于9.4萬(wàn)千瓦時(shí)；但在靈活性調(diào)度資源減少和高峰負(fù)荷持續(xù)情景下，估計(jì)累積LOLE風(fēng)險(xiǎn)為4.369天/周期，相應(yīng)的LOLH為19.554小時(shí)/周期，EUE為1984.7萬(wàn)千瓦時(shí)/周期。
中西部可靠性組織-薩斯克電力公司（MRO-SaskPower）：夏季期間，在正常情況下該區(qū)域電力市場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)容量限制或可靠性問題。然而，如果發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)強(qiáng)制中斷（Forced Outages）[13]情況（中斷概率為21.5%，損失出力約35萬(wàn)千瓦），同時(shí)疊加高于歷年均值水平的負(fù)荷需求，薩斯克電力公司需從鄰近區(qū)域電力市場(chǎng)短期購(gòu)電，并啟動(dòng)需求響應(yīng)、調(diào)整維護(hù)計(jì)劃以及采取臨時(shí)停電等措施，以彌補(bǔ)電力供應(yīng)缺口。
中西部可靠性組織-西南部電力池（MRO-SPP）：夏季期間，SPP區(qū)域的電力系統(tǒng)儲(chǔ)備裕度（Reserve Margin[14]）為28.5%，與去年夏季持平。在正常情況下，該區(qū)域電力市場(chǎng)不會(huì)出資源短缺問題。但是，如果出現(xiàn)高于正常年份水平的高峰用電負(fù)荷、高發(fā)電機(jī)組強(qiáng)制中斷以及輸電系統(tǒng)擁堵情況，該區(qū)域電力市場(chǎng)有可能出現(xiàn)電力短缺風(fēng)險(xiǎn)。
德州可靠性組織-德克薩斯州電力可靠性委員會(huì)（Texas RE-ERCOT）：夏季期間，該地區(qū)新增光伏、電池儲(chǔ)能裝機(jī)分別為700萬(wàn)、750萬(wàn)千瓦，以滿足8-9月用電高峰。但是需要警惕“日落無(wú)光”“極熱無(wú)風(fēng)”情況，這將嚴(yán)重影響可再生能源機(jī)組出力和供電可靠性。此外，南德克薩斯州互聯(lián)電網(wǎng)由于有嚴(yán)格的“可靠性運(yùn)行規(guī)則限制（IROL[15]）”，在極端情況下，若要保持電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，ERCOT需要采取強(qiáng)制減載等措施，以防出現(xiàn)連鎖性停電情況。目前，ERCOT已通過更新輸電線路動(dòng)態(tài)額定值（DLR[16]）等方式，優(yōu)化電力潮流走向，并提高電力系統(tǒng)可靠性。
西部電力協(xié)調(diào)委員會(huì)-墨西哥區(qū)域（WECC-Mexico）該地區(qū)現(xiàn)有電源結(jié)構(gòu)主要包括天然氣、地?zé)?、太?yáng)能、風(fēng)能和燃油發(fā)電等，總裝機(jī)容量為563.6萬(wàn)千瓦（燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量為412.5萬(wàn)千瓦）。夏季期間，該地區(qū)高峰電力負(fù)荷需求為377萬(wàn)千瓦、電力系統(tǒng)儲(chǔ)備裕度約為14%。如果電力峰值負(fù)荷持續(xù)，且平均發(fā)電機(jī)停運(yùn)率增大，可能導(dǎo)致該地區(qū)電力供應(yīng)短缺，需從臨近區(qū)域電力市場(chǎng)購(gòu)電。
03
建議和啟示
為降低夏季期間北美電網(wǎng)發(fā)生電力短缺風(fēng)險(xiǎn)，筆者認(rèn)為，可采取以下相關(guān)措施，以提升電網(wǎng)韌性和可靠性水平。
（一）審查機(jī)組計(jì)劃：提前預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)，筑牢供應(yīng)基礎(chǔ)
認(rèn)真審查機(jī)組季節(jié)性運(yùn)行計(jì)劃和協(xié)議，預(yù)測(cè)極端負(fù)荷需求變化和電力供應(yīng)短缺等情況。密切跟蹤各重點(diǎn)區(qū)域用電、來水、電煤、機(jī)組出力等情況，多渠道協(xié)調(diào)增加電煤供給，統(tǒng)籌氣網(wǎng)、電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，保障煤電、氣電機(jī)組頂峰能力，增強(qiáng)能源供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和安全性。
（二）優(yōu)化運(yùn)行方式：強(qiáng)化監(jiān)控，減少故障隱患
在發(fā)電運(yùn)行方式中應(yīng)充分考慮機(jī)組投運(yùn)年限、運(yùn)行模式變化、備用資源可用率、周期性檢修等因素，防止出現(xiàn)高于預(yù)期的發(fā)電機(jī)組強(qiáng)制中斷（Forced Outages）情況。同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控，緊盯系統(tǒng)頻率、重要斷面潮流、中樞點(diǎn)電壓、旋備容量等指標(biāo)，確保所有設(shè)備在穩(wěn)定極限內(nèi)運(yùn)行，從“源頭”降低故障概率。
（三）加強(qiáng)流程監(jiān)管：應(yīng)急有預(yù)案，災(zāi)害早預(yù)警
嚴(yán)格遵守發(fā)電和輸電停運(yùn)協(xié)調(diào)流程，強(qiáng)化氣象監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)警分析，研判重大災(zāi)害性天氣對(duì)電力系統(tǒng)影響，確保在極端天氣下有充足的可調(diào)度資源。在緊急情況下，美國(guó)能源部可依據(jù)《聯(lián)邦電力法（FPA）》-202（C）條款，實(shí)施短期電力管制措施，以防出現(xiàn)系統(tǒng)性電力短缺。
（四）實(shí)施需求管理：挖掘用戶潛力，借力儲(chǔ)能補(bǔ)位
加強(qiáng)與區(qū)域電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)合作，推出高效需求側(cè)管理計(jì)劃——通過電價(jià)杠桿、激勵(lì)政策等，引導(dǎo)終端用戶錯(cuò)峰用電，挖掘負(fù)荷調(diào)節(jié)潛力。同時(shí)，提高電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）裝機(jī)規(guī)模，以應(yīng)對(duì)高比例可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，降低可再生能源波動(dòng)給電力保供造成的影響。
