中國儲能網(wǎng)訊：世界氣象組織5月28日發(fā)布的報告將2025至2029年全球平均氣溫的預(yù)測鎖定在工業(yè)化前水平以上1.2至1.9攝氏度。這一組看似抽象的數(shù)據(jù)，已然勾勒出氣候變化的“新常態(tài)”——這不僅是溫度計(jì)上的刻度攀升，更是極端天氣事件從“偶發(fā)”向“頻發(fā)”的轉(zhuǎn)折，是自然對人類文明體系發(fā)出的持續(xù)警示。
近年來，氣候變化持續(xù)增加極端天氣事件的頻率和強(qiáng)度，高熱無風(fēng)、極寒冰凍、持續(xù)干旱等極端氣象引發(fā)的電力安全風(fēng)險事件也給電力系統(tǒng)敲響了警鐘……
以此為鑒，望向更長遠(yuǎn)的未來。
在全球氣候變化加劇的背景下，電力系統(tǒng)正面臨雙重考驗(yàn)：一方面，風(fēng)、光等波動性新能源高比例接入，放大了極端天氣下的運(yùn)行風(fēng)險；另一方面，氣候變化本身作為“新變量”，為其安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來壓力。氣候變化的長期趨勢疊加短期波動，不斷增加電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)營和應(yīng)急的復(fù)雜性。
壓力之下，能源風(fēng)險與氣候變化相互耦合，電力系統(tǒng)該如何應(yīng)對挑戰(zhàn)？
結(jié)論也許是——更具韌性。
本期專題，我們回溯典型極端天氣對電力系統(tǒng)的深層影響，剖析其背后的安全邏輯；聚焦新型電力系統(tǒng)適應(yīng)氣候變遷的關(guān)鍵領(lǐng)域，探尋提升災(zāi)害風(fēng)險管理的關(guān)鍵路徑；試圖回答一個問題：如何以系統(tǒng)性思維構(gòu)建氣候適應(yīng)型電力系統(tǒng)，讓能源體系在不確定性中錘煉出真正的“氣候韌性”？——這不僅是技術(shù)層面的升級，更是對人與自然關(guān)系的再審視，是電力系統(tǒng)對“安全生命線”的新注解。
極端天氣事件，挑戰(zhàn)電力系統(tǒng)韌性極限
7月，一場持續(xù)的極端高溫炙烤著歐洲多國。這場“烤”驗(yàn)讓希臘首都雅典周邊及克里特島爆發(fā)嚴(yán)重野火，德國西北部一些城市的高速公路路面軟化。在西班牙南部地區(qū)，“熱穹頂”效應(yīng)使地表溫度升至48攝氏度。極端高溫在對人體健康造成影響的同時，也考驗(yàn)著基礎(chǔ)設(shè)施的承載能力。意大利多座城市也因持續(xù)高溫而供電不足，據(jù)當(dāng)?shù)孛襟w報道，這或許是用電高峰負(fù)荷過高或電纜受熱損壞造成的短時停電。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，當(dāng)前，極端天氣事件的確有常態(tài)化的趨勢，全球變暖提高了極端天氣發(fā)生的頻率，氣候?yàn)?zāi)害呈現(xiàn)出長期性、突發(fā)性、巨災(zāi)性和復(fù)雜性的新特征。
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，極端天氣“常態(tài)化”的趨勢使得電力系統(tǒng)安全風(fēng)險劇增。中國電力科學(xué)研究院新能源研究所電力氣象預(yù)測預(yù)報技術(shù)研究室主任王勃告訴記者，在電源側(cè)，風(fēng)速、輻照度、沙塵、降水等氣象要素的演變直接關(guān)乎可再生能源發(fā)電功率；電網(wǎng)側(cè)，暴雨洪澇、雨雪冰凍、強(qiáng)對流、臺風(fēng)等災(zāi)害直接影響了電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)。在新能源占比大幅提升背景下，寒潮、沙塵、覆冰、覆雪等災(zāi)害會進(jìn)一步加大新能源出力預(yù)測極大偏差，系統(tǒng)電力電量平衡難度加大。同時，交直流混聯(lián)電網(wǎng)災(zāi)害耐受性降低，極端暴雨洪澇、大范圍雨雪冰凍等災(zāi)害會造成局部電網(wǎng)設(shè)備故障停運(yùn)，影響社會生產(chǎn)和居民用電。
隨著全球氣候變化的加劇，副熱帶高壓北抬導(dǎo)致的地表加劇升溫成為我國北方地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)性極端高溫事件的原因。華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的曹辰、王增平分析認(rèn)為，在極端高溫事件期間，電力供需失衡是新型電力系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)。一方面，極端高溫天氣下，居民空調(diào)制冷需求激增，使得工業(yè)用電中的降溫和高耗能設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷顯著上升；另一方面，“無風(fēng)”天氣使得風(fēng)電出力水平大幅下降，限制了風(fēng)電的電力供應(yīng)水平和調(diào)峰能力。隨著高溫事件持續(xù)時間的延長，區(qū)域性電網(wǎng)在供電保障方面承受了不斷累積的雙重壓力。
比高溫更令人感到不適的是高溫高濕的天氣?！俺鲩T就是‘牛舔頭’一樣的天氣。”“我到底是在北京還是廣州？”很多人發(fā)現(xiàn)，今年我國北方部分地區(qū)的夏天越來越南方化了，“蒸籠天”出現(xiàn)得也比往年提早了不少。高溫高濕天氣易激發(fā)空氣的強(qiáng)對流運(yùn)動，強(qiáng)對流則會帶來更激烈的極端暴雨天氣。相較于沿海地區(qū)的臺風(fēng)災(zāi)害，內(nèi)陸地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備可靠性更容易受到暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的影響。2021年7月20日，河南省鄭州市突發(fā)特大暴雨，1小時降雨量達(dá)201.9毫米，突破我國內(nèi)陸歷史降雨極值，造成1854條10千伏及以上輸電線路停運(yùn)、374萬戶用戶停電，直至7月30日才恢復(fù)全面供電。
民間有俗語“大旱之后必有大澇”，隨著氣候變化加劇，在同一季節(jié)內(nèi)出現(xiàn)“旱澇急轉(zhuǎn)”或“冷熱急轉(zhuǎn)”的復(fù)合型災(zāi)害的頻率大大增加。
2022年8月，受歷史罕見的“三重拉尼娜”的影響，我國西南地區(qū)遭遇大范圍長時間極端高溫干旱天氣，長江流域降雨量較常年同期偏少46%，導(dǎo)致四川水電來水偏枯達(dá)五成。當(dāng)?shù)叵仍庥隽藰O端高溫干旱，使得水電出力銳減，隨后又突降暴雨引發(fā)山洪，部分輸電設(shè)施被沖毀，導(dǎo)致“缺電”與“送電受阻”疊加。
王勃表示，這種復(fù)合型災(zāi)害暴露了電網(wǎng)調(diào)度前所未有的連鎖風(fēng)險：一是極端氣候打破了傳統(tǒng)季節(jié)性負(fù)荷變化規(guī)律，電源備用容量計(jì)算失效；二是旱澇交替導(dǎo)致水火電互補(bǔ)機(jī)制失靈，調(diào)節(jié)能力斷崖式下降；三是災(zāi)害鏈傳導(dǎo)速度遠(yuǎn)超預(yù)案響應(yīng)周期，如干旱—水庫見底—暴雨—泥石流—鐵塔倒塌的多米諾效應(yīng)。新型復(fù)合災(zāi)害正挑戰(zhàn)著電網(wǎng)傳統(tǒng)“分層防御”體系，亟需建立氣候韌性調(diào)度框架。
把極端事件當(dāng)成邊界條件，而不是小概率擾動，是下一步新型電力系統(tǒng)規(guī)劃與發(fā)展亟需關(guān)注的問題。
在常態(tài)氣候變化中重塑“源網(wǎng)荷儲”生態(tài)
氣候風(fēng)險既包含暴雨、干旱、熱浪、颶風(fēng)或臺風(fēng)等短時的極端天氣事件，也包括如全球變暖、海平面上升、降水模式改變等長期的氣候演化趨勢。如果說極端天氣帶來的是“急性沖擊”，常態(tài)氣候變化則是通過緩慢而持續(xù)的方式重塑電力系統(tǒng)。華北電力大學(xué)教授袁家海認(rèn)為，長期的氣候演化改變了氣候模式繼而影響電力資源特性。如今，氣候變化對電力系統(tǒng)的影響已不局限于某個單一環(huán)節(jié)，而是全面影響新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲各子系統(tǒng)、發(fā)輸配用各個環(huán)節(jié)。
國家能源局公布的最新數(shù)據(jù)顯示，目前，我國光伏總裝機(jī)規(guī)模已突破10億千瓦，新能源裝機(jī)規(guī)模已達(dá)16.5億千瓦，占全國電源總裝機(jī)的比重達(dá)到46%。盡管2025年國家能源局啟動分布式項(xiàng)目綠證全覆蓋，并將各省可再生能源消納權(quán)重納入約束性考核，隨著風(fēng)電、光伏等“看天吃飯”的新能源成為我國電源裝機(jī)主體，新能源發(fā)電與氣候之間的關(guān)聯(lián)日益增強(qiáng)，電力系統(tǒng)發(fā)展仍正從“確定性計(jì)劃”轉(zhuǎn)向“對不確定性管理”。全球新能源占比最高的幾大區(qū)域正在用現(xiàn)實(shí)情況和真實(shí)數(shù)據(jù)回答同一個問題：當(dāng)具有明顯的間歇性、隨機(jī)性和波動性的新能源大規(guī)模、高比例并網(wǎng)后，氣候變化會將電力系統(tǒng)發(fā)展推向何處？
在發(fā)電側(cè)，新型電力系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)在于如何在提升氣候適應(yīng)能力的同時，增強(qiáng)新能源可靠性，確保電力系統(tǒng)的充裕性、穩(wěn)定性和安全性。氣溫整體升高與降水格局的變化使得水電發(fā)電量減少，此前，國際能源署報告顯示，全球水電年容量系數(shù)已從1990年至2016年的平均38%降至2020年至2022年的平均36%，這意味著全球水電每年少輸出約240太瓦時電力。同時，火電和核電也因冷卻系統(tǒng)面臨水資源短缺和高溫散熱困難等問題而效率下降，甚至面臨可用性受限的問題。新能源發(fā)電同樣面臨挑戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)專家表示，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。此外，風(fēng)力渦輪機(jī)的工作效率與風(fēng)速密切相關(guān)，當(dāng)臺風(fēng)、颶風(fēng)天氣狀況下風(fēng)速過高，超過渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的最大值時，可能會對風(fēng)機(jī)葉片和支撐塔造成不可逆的損傷。因此，新能源電源規(guī)劃不光要考慮資源稟賦，還要考慮氣候變化的趨勢，國網(wǎng)冀北電力有限公司的專家向記者介紹，風(fēng)電場定容選址需要考慮未來風(fēng)速衰減，光伏電站定容選址需考慮全球氣溫上升，火電等常規(guī)電源規(guī)劃將從“穩(wěn)定基荷”轉(zhuǎn)向“靈活調(diào)峰+應(yīng)急備用”，用以配合新能源出力的季節(jié)性波動。
在電網(wǎng)側(cè)，極端天氣“常態(tài)化”和長期氣候變化使得電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險增加，規(guī)劃難度加大。極端天氣“常態(tài)化”大大增加了輸電線路、變電站等電網(wǎng)設(shè)施的運(yùn)行風(fēng)險，或?qū)е戮€路斷裂、設(shè)備故障等問題，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。據(jù)袁家海教授團(tuán)隊(duì)測算，導(dǎo)線溫度每升高1攝氏度，弧垂增加0.12米，對地安全距離縮小，線路壽命縮短5%~15%；同時，因水風(fēng)光外送通道與負(fù)荷中心出現(xiàn)空間錯配，亟需新建或增容跨省跨區(qū)通道，并引入動態(tài)增容、柔性直流等新技術(shù)，以維持輸電能力與安全裕度。為此，國家電網(wǎng)有限公司在±800千伏錦蘇線試點(diǎn)“動態(tài)增容+實(shí)時弧垂監(jiān)測”，利用光纖復(fù)合架空地線回傳溫度、張力數(shù)據(jù)，實(shí)時計(jì)算載流量，極端高溫下線路可增容12%。
在負(fù)荷側(cè)，氣溫、降水的長期趨勢改變了負(fù)荷的季節(jié)分布、峰谷特征和區(qū)域差異，使傳統(tǒng)基于歷史數(shù)據(jù)的負(fù)荷預(yù)測模型失效。氣溫的升高和極端天氣的頻繁出現(xiàn)，使得空調(diào)等制冷設(shè)備的使用頻率增加，夏季用電高峰期的負(fù)荷進(jìn)一步增大。同時，冬季低溫天氣也可能導(dǎo)致取暖負(fù)荷的增加，使得電力負(fù)荷呈現(xiàn)“冬夏”雙高峰特征。因此，在進(jìn)行負(fù)荷規(guī)劃時，需引入氣候敏感性參數(shù)。
在中長時間尺度上，氣候變化導(dǎo)致電力系統(tǒng)對靈活資源的需求從“短期調(diào)峰”變?yōu)椤爸虚L期調(diào)節(jié)”，例如，規(guī)劃大容量長時儲能、擴(kuò)大可調(diào)節(jié)負(fù)荷覆蓋范圍、增加虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等接入規(guī)模等。
在儲能側(cè)，長時儲能開始與氣候“耦合”，儲能技術(shù)在應(yīng)對氣候變化中的作用日益重要。然而，受到氣候變化影響，儲能系統(tǒng)也面臨諸多挑戰(zhàn)，如抽水蓄能因來水減少而庫容裕度降低，電化學(xué)儲能循環(huán)壽命受高溫影響而產(chǎn)生衰減等問題。隨著液流電池、氫能儲能、熱儲能等新型儲能技術(shù)逐漸走向成熟和規(guī)?；瘧?yīng)用，以及人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，未來儲能技術(shù)將朝著多元化、智能化方向發(fā)展，與新能源發(fā)電系統(tǒng)深度融合，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和靈活配置，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
防御邏輯不再是“災(zāi)后補(bǔ)救”
“下一次極端事件到來前，唯一能做的是把不確定性變成可計(jì)算變量?！比蚰茉椿ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織副主席劉澤洪的這句話，被多國寫進(jìn)應(yīng)對氣候?yàn)?zāi)害的技術(shù)路線圖。在無法改變外部氣候環(huán)境不可抗力的情況下，電力系統(tǒng)需要主動適應(yīng)未來的氣候變化。
面對氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，電力系統(tǒng)可以從技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)劃優(yōu)化、運(yùn)營管理、政策支持等多個方面提升自身韌性與氣候適應(yīng)性。
在技術(shù)創(chuàng)新方面，要強(qiáng)化多能互補(bǔ)與區(qū)域互濟(jì)能力。袁家海教授認(rèn)為，未來，每種資源都需要具備多重功能，深度挖掘多能互補(bǔ)的韌性能力，以保障在某一種甚至多種資源“掉線”時能夠順利補(bǔ)位，避免電力供需的嚴(yán)重失衡。同時，應(yīng)升級儲能技術(shù)，提升其耐候性和充放電策略的靈活性；構(gòu)建智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測與優(yōu)化調(diào)度。
在規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段，開展氣候風(fēng)險評估，制定適應(yīng)性規(guī)劃指南，優(yōu)化電源布局，避免風(fēng)險集中。
在運(yùn)營與管理方面，應(yīng)強(qiáng)化需求側(cè)管理，提升設(shè)備耐候性和應(yīng)急管理能力。應(yīng)重視常態(tài)化的需求響應(yīng)和缺電時的負(fù)荷分級響應(yīng)，在氣候風(fēng)險事件發(fā)生、常規(guī)調(diào)節(jié)手段失效時，啟動用電負(fù)荷緊急分級減載制度以保障安全供電。
2022年，國務(wù)院印發(fā)《氣象高質(zhì)量發(fā)展綱要（2022—2035年）》，提出“氣象+”賦能行動，強(qiáng)化電力氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警，做好電網(wǎng)安全運(yùn)行和電力調(diào)度精細(xì)化氣象服務(wù)。中國氣象局于2024年2月印發(fā)的《能源氣象服務(wù)行動計(jì)劃（2024—2027年）》提出，加強(qiáng)能源保供氣象服務(wù)，助力電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，加強(qiáng)電力設(shè)施安全氣象服務(wù)和能源儲運(yùn)供應(yīng)氣象服務(wù)；開展電力交易氣象服務(wù)，建立電力交易市場氣象服務(wù)平臺。通過政策引導(dǎo)、跨領(lǐng)域合作以及國際合作，氣象領(lǐng)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的氣候適應(yīng)性建設(shè)提供有力支持。
中國氣象局副局長熊紹員在2025氣象現(xiàn)代化科技博覽會上表示，下一步將把人工智能大模型與能源專業(yè)模型深度融合，構(gòu)建“能源氣象大腦”，實(shí)現(xiàn)分鐘級到年度級的新能源預(yù)測全覆蓋。
當(dāng)極端天氣成為新常態(tài)，唯一確定的是不確定性本身。把天氣預(yù)報寫進(jìn)調(diào)度指令，把不確定性轉(zhuǎn)化為可計(jì)算、可交易、可對沖的技術(shù)變量，讓技術(shù)、規(guī)劃、運(yùn)營、市場與學(xué)科深度協(xié)同，或許是未來人類應(yīng)對氣候變化危機(jī)的有效途徑。
