中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2020年10月，國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布《電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型：電力安全的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》報(bào)告。清華大學(xué)李天梟博士對(duì)報(bào)告摘要進(jìn)行了翻譯，轉(zhuǎn)載如下：
前言
電力是所有現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的一個(gè)組成部分，支持從醫(yī)療保健、銀行到交通等一系列關(guān)鍵服務(wù)。因此，電力的安全供應(yīng)至關(guān)重要。電力行業(yè)正在經(jīng)歷根本性變革：脫碳與可再生能源的快速增長(zhǎng)、數(shù)字化擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)攻擊的范圍，以及氣候變化導(dǎo)致更多極端天氣事件。為此，政府、行業(yè)和其他利益相關(guān)方將需要通過更新政策、法規(guī)和市場(chǎng)設(shè)計(jì)來改進(jìn)其確保電力安全的框架。
本報(bào)告調(diào)查了電力部門正在進(jìn)行的多種轉(zhuǎn)型，這將導(dǎo)致未來的一個(gè)新系統(tǒng)。在這份報(bào)告中，電力安全的三個(gè)關(guān)鍵方面首次得到了解決：具有更多可變可再生能源的能源轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)和氣候影響。此外，還探討了新技術(shù)和需求方面的反應(yīng)以及其他部門電氣化的作用。所有這些變化的例子和案例研究都來自世界各地的電力系統(tǒng)。本文描述了評(píng)估和提供電力安全的現(xiàn)有框架，并提供了最佳實(shí)踐和建議，以指導(dǎo)政策制定者適應(yīng)當(dāng)前的各種趨勢(shì)。
執(zhí)行摘要
安全的電力供應(yīng)對(duì)我們社會(huì)的繁榮至關(guān)重要，對(duì)全天候的數(shù)字經(jīng)濟(jì)也是不可或缺的。最近Covid-19大流行造成的困難提醒我們，電力在我們生活的各個(gè)方面都至關(guān)重要，從保持醫(yī)療設(shè)備工作和IT系統(tǒng)可用，到適應(yīng)遠(yuǎn)程工作和視頻會(huì)議。確保安全可靠的電力供應(yīng)對(duì)所有國(guó)家都至關(guān)重要。
雖然目前電力僅占最終能源消耗總量的五分之一，但它所占的比例正在上升。在符合《巴黎協(xié)定》的路徑中，如國(guó)際能源署可持續(xù)發(fā)展方案(SDS)，這一趨勢(shì)將會(huì)加速，到2040年，電力將超過石油成為主要能源來源。在國(guó)際能源署的《世界能源展望》中，在短短20年內(nèi)，電力需求將增長(zhǎng)約50%，增長(zhǎng)主要集中在新興和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體。
展望未來，預(yù)計(jì)電力將在供暖、制冷、交通以及通信、金融和醫(yī)療等許多數(shù)字化集成領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。強(qiáng)有力的電力安全措施的需要將成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的先決條件。所有這些都將電力安全置于能源政策議程的最高位置。
電力行業(yè)格局已發(fā)生巨大的變化，從一個(gè)特點(diǎn)是集中式的垂直整合的系統(tǒng)和數(shù)量相對(duì)較少的大型電廠轉(zhuǎn)向一個(gè)由各種規(guī)模發(fā)電設(shè)備組成的市場(chǎng)，其中很多都是使用可變可再生資源。與此同時(shí)，數(shù)字技術(shù)的作用正呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。新的數(shù)字技術(shù)在幫助管理這些更復(fù)雜的系統(tǒng)的同時(shí)，也為經(jīng)濟(jì)提供了新的機(jī)會(huì)，但它們也使電力系統(tǒng)面臨網(wǎng)絡(luò)威脅。雖然各國(guó)政府和工業(yè)界正在采取措施減緩氣候變化，但必須優(yōu)先考慮使電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)氣候變化的影響，以保持其穩(wěn)健性和彈性。
這些趨勢(shì)要求采取更廣泛、涵蓋范圍更廣的方法來保障電力安全：將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政治層面的行動(dòng)結(jié)合起來，目標(biāo)是在同時(shí)包含能源轉(zhuǎn)型、網(wǎng)絡(luò)威脅和氣候影響的背景下，最大限度地提高短期和長(zhǎng)期安全程度。這是第一次一份報(bào)告同時(shí)考慮這三個(gè)方面。
一、能源轉(zhuǎn)型中的電力安全
清潔能源的轉(zhuǎn)變將給世界各地的電力系統(tǒng)帶來重大的結(jié)構(gòu)變化?？勺兊目稍偕茉窗l(fā)電在過去的十年里已經(jīng)激增。隨著太陽能光伏和風(fēng)能成為最便宜的電力資源，并有助于實(shí)現(xiàn)氣候變化的目標(biāo)，這一趨勢(shì)將繼續(xù)下去，甚至還會(huì)加速。根據(jù)IEA的可持續(xù)發(fā)展預(yù)測(cè)，到2040年，可再生能源在總發(fā)電量中所占的年均比例將達(dá)到45%。
可變可再生資源的快速增長(zhǎng)將有助于緩解傳統(tǒng)燃料的安全擔(dān)憂，但它將要求電力系統(tǒng)的靈活性迅速提高。另一方面，如今提供了絕大多數(shù)靈活性的傳統(tǒng)發(fā)電廠，正在停滯不前或衰退，尤其是那些使用煤炭和核能的發(fā)電廠。在需求方面，電氣化將增加電力需求，而技術(shù)和數(shù)字化正使消費(fèi)者在更分散化的系統(tǒng)中發(fā)揮更積極的作用。
面對(duì)這些變化，確保電力安全的傳統(tǒng)框架將不再足夠。政策制定者和系統(tǒng)規(guī)劃者面臨的挑戰(zhàn)是更新政策、法規(guī)和市場(chǎng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以確保電力系統(tǒng)在其清潔能源轉(zhuǎn)型過程中保持安全。
一些國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，可變的可再生能源可以可靠地納入電力系統(tǒng)。世界許多地區(qū)的許多國(guó)家和地區(qū)利用不同的方法和靈活的資源成功地完成了這項(xiàng)任務(wù)。它們?yōu)槭澜缌粝铝艘徽坠ぞ吆徒?jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，供政策制定者將其整合到工具箱中。
最佳利用現(xiàn)有的靈活性資產(chǎn)并確保在需要時(shí)保留這些資產(chǎn)應(yīng)該是策略優(yōu)先事項(xiàng)。這將需要市場(chǎng)和監(jiān)管改革，以更好地獎(jiǎng)勵(lì)各種形式的靈活性，并對(duì)可調(diào)遣物資退役計(jì)劃的影響進(jìn)行審慎、充分的評(píng)估。
然而，在未來，需要在擴(kuò)大太陽能和風(fēng)能的同時(shí)開發(fā)新的額外靈活性資源，特別是在面臨強(qiáng)勁電力需求增長(zhǎng)的新興和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體。面對(duì)更大的供需波動(dòng)性，保持可靠性將需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)和靈活資源(包括需求側(cè)、分布式和存儲(chǔ)資源)進(jìn)行更大、更及時(shí)的投資，以確保電力系統(tǒng)在任何時(shí)候都足夠靈活和多樣化。
值得注意的是，目前的投資趨勢(shì)不支持這種需要，因此需要盡早加以改進(jìn)。電網(wǎng)尤其值得關(guān)注，自2015年以來，電網(wǎng)投資已經(jīng)下降了16.3%。網(wǎng)格還需要長(zhǎng)期的規(guī)劃，有很長(zhǎng)的施工前置時(shí)間，經(jīng)常面臨社會(huì)接受問題。
建立新的資產(chǎn)以提供所需的充足性和靈活性將需要更新市場(chǎng)設(shè)計(jì)。增加對(duì)可再生能源的依賴，將增加對(duì)技術(shù)的需求，以提供靈活性和充足性的系統(tǒng)。這將包括存儲(chǔ)、互聯(lián)、許多地區(qū)的天然氣發(fā)電廠，以及數(shù)字化帶來的需求側(cè)響應(yīng)。還需要更新規(guī)劃辦法，采用更先進(jìn)的概率分析，以說明并使所有現(xiàn)有技術(shù)都能作出充分的貢獻(xiàn)。
二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)彈性
數(shù)字化為電力系統(tǒng)和清潔能源轉(zhuǎn)型提供了許多好處。與此同時(shí)，并網(wǎng)能源和設(shè)備的快速增長(zhǎng)擴(kuò)大了潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊范圍，而整個(gè)系統(tǒng)的互聯(lián)性和自動(dòng)化程度的提高也給網(wǎng)絡(luò)安全帶來了風(fēng)險(xiǎn)。
電力系統(tǒng)受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的威脅是巨大的，而且還在不斷增長(zhǎng)。威脅行動(dòng)者在實(shí)施襲擊方面正變得越來越老練。一次成功的網(wǎng)絡(luò)攻擊可能導(dǎo)致設(shè)備和流程失去控制，進(jìn)而造成物理破壞和廣泛的服務(wù)中斷。
雖然全面預(yù)防網(wǎng)絡(luò)攻擊是不可能的，但電力系統(tǒng)可以變得更有網(wǎng)絡(luò)彈性——抵御、適應(yīng)和迅速恢復(fù)事件和攻擊，同時(shí)保持關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的連續(xù)性運(yùn)作。政策制定者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、公用事業(yè)和設(shè)備供應(yīng)商必須發(fā)揮關(guān)鍵作用，確保整個(gè)電力價(jià)值鏈具有網(wǎng)絡(luò)彈性。
世界各國(guó)政府可以通過一系列政策和監(jiān)管方法，從高度指令性方法到以框架為導(dǎo)向、以績(jī)效為基礎(chǔ)的方法，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)彈性。規(guī)范性更強(qiáng)的方法有允許更精簡(jiǎn)的合規(guī)監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)，但它們?cè)诟喜粩嘌葑兊木W(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)方面可能面臨挑戰(zhàn)。較少指令性的、基于框架的方法允許不同司法管轄區(qū)采用不同的方法和執(zhí)行速度，但它們提出了一個(gè)問題，即如何建立一個(gè)連貫而有力的跨國(guó)家的方法，以實(shí)現(xiàn)切實(shí)有效的影響。在考慮風(fēng)險(xiǎn)的全球性質(zhì)時(shí)，執(zhí)行戰(zhàn)略應(yīng)適合各國(guó)的情況。
三、加強(qiáng)氣候變化適應(yīng)能力
電力系統(tǒng)正面臨著氣候變化帶來的越來越大的壓力。不斷上升的全球氣溫、更加極端和多變的降水模式、不斷上升的海平面和更加極端的氣候事件，已經(jīng)對(duì)電力安全構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)，增加了氣候造成破壞的可能性。
雖然人們普遍認(rèn)識(shí)到這些趨勢(shì)和相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，但迄今為止，只有17個(gè)“國(guó)際能源署成員國(guó)”將電力系統(tǒng)氣候適應(yīng)能力的具體行動(dòng)納入其國(guó)家適應(yīng)戰(zhàn)略。其中，只有6個(gè)覆蓋了整個(gè)電力價(jià)值鏈。
增強(qiáng)電力系統(tǒng)對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力帶來多種好處。更具彈性的電力系統(tǒng)可以減少氣候影響造成的損害和損失，帶來的效益大于成本。此外，部署適應(yīng)氣候變化的電力系統(tǒng)有助于發(fā)展中國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候?yàn)?zāi)害的直接威脅，并確?？煽康碾娏?yīng)。氣候適應(yīng)能力還有助于清潔能源轉(zhuǎn)型，使更多的電氣化解決方案成為可能，并加速向可再生能源技術(shù)的轉(zhuǎn)型，這些技術(shù)往往對(duì)氣候變化非常敏感。
有效的政策措施在增強(qiáng)氣候適應(yīng)能力方面發(fā)揮著重要作用。氣候適應(yīng)能力的好處和氣候影響的代價(jià)在電力價(jià)值鏈上的分布往往不均勻。這不可避免地提出了一個(gè)問題:誰應(yīng)該負(fù)責(zé)提供彈性措施并為此買單。應(yīng)對(duì)氣候變化的政策措施可以鼓勵(lì)企業(yè)采取應(yīng)對(duì)措施，從而防止?jié)撛诘摹笆袌?chǎng)失靈”。
在電力安全政策中，應(yīng)對(duì)氣候變化的能力應(yīng)得到更高的重視。在許多國(guó)家，電力部門在應(yīng)對(duì)氣候變化方面的承諾水平和進(jìn)展仍然落后。將氣候適應(yīng)能力納入能源和氣候政策的主流，可以向私營(yíng)部門發(fā)出強(qiáng)烈信號(hào)，激勵(lì)企業(yè)在規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)中考慮氣候適應(yīng)能力。
四、行動(dòng)框架
上述三個(gè)領(lǐng)域需要不同的安全響應(yīng)。應(yīng)適用以下總體原則:
1)制度化：建立明確的責(zé)任、獎(jiǎng)勵(lì)和規(guī)則;
2)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)：定期進(jìn)行全系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析;
3)管理和降低風(fēng)險(xiǎn)：提高整個(gè)電力供應(yīng)鏈的準(zhǔn)備工作;
4)進(jìn)度監(jiān)控：對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行跟蹤、記錄和分享;
5)響應(yīng)和恢復(fù)：應(yīng)對(duì)中斷或攻擊并獲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。
五、合作實(shí)現(xiàn)安全的能源轉(zhuǎn)型
如果我們要成功實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型，電力安全比以往任何時(shí)候都更加重要。除了確定世界各地已經(jīng)在進(jìn)行的最佳實(shí)踐和創(chuàng)新之外，政府和其他利益攸關(guān)方為了確保安全、建立現(xiàn)有框架和開發(fā)方法而作出的新的和更新的回應(yīng)，將使電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)亟需的變革。
我們?cè)S多人都面臨著類似的挑戰(zhàn)。政策制定者、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)商可以借鑒其他國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)際能源署將處于這種合作的核心。
