可能阻碍能源转型的五种“新兴”风险

美国《POWER》杂志高级副主编索娜丽·帕特尔(Sonal Patel)去年12月1日发文，就国际能源署(IEA)电力系统过渡专题报告，谈到能源转型可能存在新兴的5种风险......[1]

附图：到2030年，通过技术可调度发电能力的净增加量(规定政策与可持续发展两个方案存在明显的差距)。

Source: IEA World Energy Outlook 2019

注：STEPS，规定政策方案;SDS，可持续发展方案;EU，欧盟;ASEAN，东南亚国家联盟;其他低碳能源(包括地热、集中太阳能、生物质和海洋电力)

在10月27日举行的第二届可再生能源系统集成全球部长级会议上，几位高级决策者指出了影响各自国家独特电力系统和清洁能源转型的若干地方性挑战。

总的来说，大多数人同意，但最大的威胁纠缠在复杂的“三难”之中：即某些人所说，不可能“同时”确保可靠性、可负担性和可持续性“三为一体”。

正如国际能源机构(IEA)总干事法提赫•比罗尔(Fatih Birol)在会议开幕式上说的，这个问题是该机构的“头等大事”。尽管这个总部设在巴黎的政府间组织是在1973年石油危机后成立的，目的是确保全球石油安全，几十年来，它的使命已扩大到天然气安全。但部长们最近要求IEA “密切关注电力安全问题”。因为电力尽管只占当今全球能源消耗的五分之一，但Birol说，“正如新冠病毒危机‘突显’的那样，电力对于现代社会的运转以及降低全球排放至关重要。” 与此同时，电力不仅在未来能源系统中发挥作用，而且还要在供暖、制冷、运输以及通信、金融和医疗等许多数字集成部门发挥更大的作用。

根据IEA对可持续发展前景的乐观预测，到2040年，电力将超过石油，成为世界上最大的能源资源。许多国家，特别是那些属于经济合作与发展组织(OECD)框架内的国家，已经保持了高水平的电力安全，这主要是由于具有良好的中央控制系统和相对简单的供应链。然而，最近的技术和政策发展正在促使过去一个世纪占主导地位的电力安全模式发生根本性变化。Birol说，政府和公用事业公司必须认识到这些对可靠性的新威胁，而且要紧跟变化的步伐，更新政策、法规和市场设计。他说，这种方法必须是广泛的，而且要整合技术、经济和政治各个层面。

为了让大家明白这一点，IEA 10月27日发布“首开先河”的报告[2]。在全球电力系统发生各种剧烈变化的背景下，对可靠性威胁进行了调查。尤其值得注意的是IEA对其所谓“电力安全”的精确定义，即“电力系统通过抵御和恢复干扰和突发事件，确保电力不间断供应的能力。” IEA说，该定义包含另外三个关键因素:充足性，即“电力系统在正常运行条件下，随时满足一个地区总电力需求的能力”;运行安全，即“电力系统在发生任何类型的事件后，能够尽快保持正常状态或恢复到正常状态的能力”;弹性，或称“系统及其组成部分吸收、适应短期冲击和长期变化并从中恢复的能力”。

在这个报告中，IEA强调三种类型的电力供应中断。包括初始中断导致系统因线路过载不断增加而崩溃时的“级联”停电或“黑”系统事件。“这类事件，大多是由于设备故障和同时发生的意外事件，很少与发电装机容量不足有关。最近的例子包括2018年北海道因地震造成的停电，以及2016年南澳大利亚州因强烈风暴和存在有缺陷的互联标准造成的停电。更常见的情况是，当预计电力供应短缺时，系统运营者故意切断电源，作为一种预防措施，以维持系统平衡。加州2020年8月的减负荷事件就是个突出的例子。最后，某些国家由于供应和需求严重不足，系统运营者不得不有计划地限制电力供应，遭受长时间的电力“配给期”。南非持续的电力配给是供应不稳定对宏观经济影响的“警世恒言”。

国际能源机构特别指出威胁电力安全的五种“新兴”的风险。

供应格局不断变化

因为风力发电和太阳能光伏发电等可再生能源比火力越来越便宜，它们正充斥全球市场。但因与用电需求不同步，不会带来系统惯性，它们的增长将要求系统具有相当大的灵活性(见上附图)，以及更详细的输出预测。为增加应对实际供应中断和燃料价格波动的弹性，IEA建议增加多样化电力供应(但倾向于低碳能源)，提高供需反应的灵活性。尽管分布式发电比集中式系统更有弹性，运营商仍需要增强态势感知能力。

为了确保对所有因素进行评估，IEA敦促各国政府在规划框架内全面考虑影响发电、输电和分配的电力复杂性。它还强调正在出现的综合规划做法，例如跨不同司法管辖区和平衡地区的区域间规划;对不同的供需资源进行综合规划;以及电力部门和其他部门之间的综合规划。

至关重要的是对未来系统安全的投资

IEA表示，尽管近年来风能和太阳能光伏设备的装机增量令人印象深刻，但电力部门总体支出“所需的资金，似乎不足以应对即将到来的安全挑战”。特别是由于疫情大流行，资源投资，包括新建大型可调度的低碳电厂如水电和核电，大幅度下降。天然气发电的支出也停滞不前，甚至2019年电池储能的投资也出现了“持平”。IEA说，“这些趋势，显然与可持续又具有复原力的电力系统的未来需求不符。”“面对更大的供需变化，保持可靠性，需要在电网和灵活资源(包括需求方、分布式和储能资源)上更多、更及时的投资，以确保电力系统在任何时候都足够灵活和多样化。”

供电安全与天然气供应能力间的风险联系

随着煤炭、褐煤和核能逐步退出，更多的国家开始转向天然气发电，以提供灵活性。这就在供电安全与天然气供应能力之间建立起“更紧密的联系”。IEA警告称，“这就有必要评估天然气系统的供应能力，尤其是考虑到国内产量下降和可能关闭的天然气储存场所之际。”

网络安全一直是关注的焦点

IEA赞扬数字化在提高电厂效率、节约成本、缩短停电时间以及调动一系列终端设备，满足电力部门需求方面的能力。报告称，“互联设备和物联网以及其他智能电网技术，可以释放更大的需求响应资源，提高能源效率，并以成本有效和安全的方式，促进更高比例地整合可变的可再生能源。” 然而它警告说，互联设备和分布式能源的增长，也“扩大了电力系统的潜在网络攻击面”。自2015年乌克兰西部电网遭袭击以来，这类事件急剧增加。然而据称，尽管在全球价值链中应对网络风险的努力不断强化，各国政府正在实施网络弹性政策，投资和监管努力仍必须跟上不断演变的网络威胁。

气候变化的压力越来越大

IEA说，气候变化导致全球气温上升、降水模式不稳、海平面上升、以及更频繁或更强烈的极端天气事件，“对电力安全有重大影响”。对于发电来说，气候变化的影响会降低效率，改变热能和可再生能源设施的可用性和发电潜力。输电和配电网络也可能遭受更高的损失、传输能力的变化和物理损坏。与此同时，气候变化最不确定的影响，可能是它对电力需求的影响，电力需求已在随着制冷和供暖需求而变化。IEA警告说，到目前为止，尽管有几个国家认识到这些风险，但IEA只有17个成员国将具体的电力安全行动纳入国家适应战略，包括强健、灵活和恢复这三个关键方面。其中，只有6项行动覆盖了整个价值链。

为了管理所有这些风险，IEA敦促各国识别并努力管理和减轻风险，监测进展。同样重要的是，应对和恢复供应中断的各种计划。报告称，要实现这些壮举，最好的办法或许是在整个电力系统内建立明确的责任、激励机制和各项规则。

电力专业人员或许要仔细研读IEA的这个报告。

资料与注释

1. Sonal Patel, Five Emerging Risks That Could Hamper Energy Transitions, POWER, Dec 1, 2020

2. IEA，Power Systems in Transition，Challenges and opportunities ahead for electricity security，27 October 2020