从美国德州超400万人遭遇停电危机,看电力系统背后的业务逻辑

作者: 吴厦成

来源: 返朴

发布日期: 2021-02-23 08:00:00

本文分析了美国德州和伦敦的停电事故,指出电力系统在极端气候条件下的脆弱性,并提出了提升电力系统安全性的措施,包括维持一定容量的可控电源、布局电网侧大容量储能电站、加大区域电网互联互通能力及做好非正常状态下的应对准备。

电力系统是一个复杂的系统工程,从电力需求预测、到发电、到电力定价、再到电力调度。电力市场富余装机容量(备用系统),类似运筹学供应链管理的仓储问题。提供足够的备货——未雨绸缪,但另一方面,太多的存货会增加成本开支。资本是逐利的,因此需要运筹优化统筹调度,把各方面因素都转化为数学模型和数据量化,求得最优决策。

另一方面,则需要政府的相关支持,未来才有可能避免大规模停电这样的“资本优先”但百姓遭殃的“最优决策”。

寒潮袭击下,美国得克萨斯州(以下简称德州)面临停电危机。除百年一遇的暴雪袭击是诱因和直接原因外,风电装机在极端气候条件下的不可靠和天然气供应问题导致的天然气发电能力大幅下降也是本次停电的主要原因。缺乏电容量市场则是德州富余电力装机不足的政策背景。

2019年的伦敦大停电事故诱因则是雷击事故导致的分布式发电电力损失,随后的天然气发电意外中断连锁带动海上风电出力切除,导致大停电事故的发生。

德州此次停电事故和2019年的伦敦停电事故对我国低碳能源转型提供重要的教训——能源安全因素不容忽视。我国电力系统存在着1)高风电光伏渗透率2)特高压线路自身事故风险3)电网侧储能容量装机较低等特点,一旦遭遇极端环境,出现类似两地的大停电风险概率正在累积。

高风电光伏占比的电力系统安全性低于传统以化石燃料为主的电力系统,为了提升系统安全性,需要做到1)在电力系统中维持一定容量的稳定可控电源;2)在关键节点布局电网侧大容量储能电站;3)加大区域电网互联互通能力;4)做好非正常状态下的应对准备。

同时,基于我国化石能源对外高依存度现状,外部能源供给的可靠性也非常重要。为降低化石能源对外依存度,需要做到1)提升电气化率水平;2)发展氢能作为电能的替代;3)核能、生物质能等能源的非电应用。

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