中國儲能網(wǎng)訊：我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機總量已提前完成2030年國家自主貢獻目標。這是生態(tài)環(huán)境部副部長李高近日在國新辦發(fā)布會上透露的信息。而即將來襲的超強臺風(fēng)“樺加沙”等極端天氣，正考驗著可再生能源體系的“可靠性”。
國際能源署今年7月底發(fā)布的《2025年電力市場年中更新報告》顯示，預(yù)計最早在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。
在當前可再生能源規(guī)模持續(xù)擴大、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)展合作組織駐會副主席劉澤洪在第四屆氣象經(jīng)濟論壇上表示，當前全球風(fēng)電光伏裝機占比已達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)評估電力供需失衡風(fēng)險并構(gòu)建韌性提升策略，是當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)成本負擔增加，極端情景下的成本負擔尤為突出。”同丹告訴中青報·中青網(wǎng)記者。
同丹團隊的一項研究發(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。長時極端短缺事件的出現(xiàn)頻次、持續(xù)時長和強度分別以每年0.026次、0.340小時和14.7%的速度增長；低可靠性極端短缺事件的出現(xiàn)頻次、持續(xù)時長和強度分別以每年0.069次、0.392小時和13.1%的速度增長。以20年時間為尺度，2000年之后全球極端電力短缺事件顯著高于2000年以前。
該研究進一步揭示，極低風(fēng)速和極低太陽輻射的增加推動了極端電力短缺事件的增長。與1980-2000年相比，2001-2022年全球1%的平均風(fēng)速和太陽輻射變化帶來了超過10%極低風(fēng)速-極低太陽輻射復(fù)合事件變化，且復(fù)合事件的年小時數(shù)呈增長趨勢，并進一步引發(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。”同丹表示，風(fēng)光電力系統(tǒng)的度電成本也會顯著增加，部分國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。
美國勞倫斯伯克利國家實驗室的阿馬拉辛赫·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，全球主要國家將面臨風(fēng)光極低出力事件持續(xù)時間更長、電力負荷波動性增強的風(fēng)險，這在地表風(fēng)速降幅更大、氣溫增幅更高的中高緯度國家尤為突出。
極端天氣對能源供給影響不可忽視
擾動風(fēng)光穩(wěn)定出力的變量不僅僅是臺風(fēng)、暴雪等極端天氣，陰天、梅雨、沙塵、高溫等長期性頻繁性的氣象事件，對電力系統(tǒng)供需平衡的影響也不容忽視。
國家氣候中心正高級工程師王陽此前在受訪時表示，“雙碳”目標下，低碳能源轉(zhuǎn)型使得清潔能源的生產(chǎn)、傳輸、調(diào)度、運行等對天氣、氣候的依賴度越來越高。諸如沙塵暴、霧霾等長時間少風(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)致電力供需矛盾進一步突出。
2022年7-8月，我國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，我國電力負荷呈現(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)負荷與冬季取暖負荷的剛性增長，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)電和光伏在時空分布上具備較強的互補性：太陽能發(fā)電通常在中午達到峰值，黃昏時急劇下降；風(fēng)力發(fā)電則往往在夜間達到高點。同丹認為，風(fēng)光容量配比設(shè)計對電力系統(tǒng)可靠性影響顯著。解決能源供需矛盾還需要在供給側(cè)推動跨區(qū)域電力互聯(lián)，在需求側(cè)以分時電價等機制引導(dǎo)需求響應(yīng)。
近日，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《新型儲能規(guī)?；ㄔO(shè)專項行動方案（2025—2027年）》，明確到2027年，全國新型儲能裝機規(guī)模達到1.8億千瓦以上，帶動項目直接投資約2500億元。
這份方案特別強調(diào)，提高新型儲能調(diào)度適應(yīng)能力。推動沙漠、戈壁、荒漠等新能源基地合理規(guī)劃建設(shè)新型儲能。建設(shè)一批系統(tǒng)友好型新能源電站，促進新能源電站與配建新型儲能聯(lián)合運行，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，提升儲能效率在極端氣象時段效果突出，而增強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，以實現(xiàn)成本效益最大化。
面對“能源干旱”，四川一方面在電源端“多能互補”，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”，新增供電能力2000萬千瓦以上，謀劃超過7600億元的電源電網(wǎng)項目，旨在補齊電力系統(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)實施方案（2023—2025年）》提出，“2025年，虛擬電廠可調(diào)節(jié)能力130萬千瓦以上，達到成都電網(wǎng)最大用電負荷的5%，形成以虛擬電廠為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)”。
在全國首個農(nóng)村能源革命試點縣河南蘭考，當?shù)赝苿庸?、儲、充、柔性負荷及微電網(wǎng)全面發(fā)展，以實現(xiàn)區(qū)域半自治為目標，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，國網(wǎng)黃山供電公司能夠?qū)崟r監(jiān)測電網(wǎng)運行，一旦發(fā)生故障，自動切換為分布式光伏和儲能供電，整個過程僅需3-5毫秒。
此外，氣象預(yù)測技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化。中國氣象局已發(fā)布國家級風(fēng)能太陽能氣候預(yù)測產(chǎn)品，市場上也涌現(xiàn)出多種高精度氣象風(fēng)險預(yù)測預(yù)警服務(wù)。陽光電源光儲集團利用AI仿生熱控以及電化學(xué)儲能技術(shù)，在極寒地區(qū)黑龍江建設(shè)的首個風(fēng)電配儲的儲能項目，實現(xiàn)了零下40攝氏度低溫平穩(wěn)運行，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事件，制定更加強有力的風(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。
