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加州断电,清洁能源不“背锅”

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国电力报 发布时间:2020-09-19 浏览:
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刚刚过去的8月份,由于历史罕见的热浪影响了美国西部大部分地区,加利福尼亚州电网运营商(CAISO)被迫对该州实行了分区滚动式停电的措施。这是自2000~2001年能源危机后该州首次出现如此大规模的停电事故,而上次停电问题的起因是市场操纵,后来造成了电力供应短缺和电力公司破产的后果。

针对引发热议的加州大停电问题,《中国电力报》记者邀请了落基山研究所电力部门的三位专家Mark Dyson、Ben Serrurier、Charles Teplin,详细解答了引发停电的可能因素,并分析了应对方法。

气候变化对美国电网造成严重影响

《中国电力报》:加州近期的频繁停电引发了各方关注,有观点认为部署过多的清洁能源是造成停电的原因之一,如何看待这种观点?

落基山研究所:影响加州近期这些事件的因素有很多,要想全面评估这些造成停电事故的各种原因可能还需要数月的时间。但一些观察者已经抛出了一个早期结论,认为加州激进的清洁能源目标在某种程度上才是罪魁祸首,以及可再生能源是这些停电事故的主要原因。

这种推测是不成熟、不完善,也很可能是不正确的。而更重要的是,这种论断还忽略了一个重要事实,即清洁能源可以为电网安全和可靠性提供机遇,而不是造成威胁。持续性的清洁能源性转型不仅对应对气候变化造成的致命威胁至关重要,只要得到妥善管理,它还能够实质性地改善电力系统在面对极端天气状况和其他威胁时所具备的韧性。

《中国电力报》:气候变化如何影响美国?与加州大停电有什么关系?

落基山研究所:气候变化正在造成更多极端状况,这些断电事件发生在此时并非偶然。整个美国西部地区目前都在经受着极端的高温天气。今年七月已经成为了该地区有史以来月平均温度第二高的月份,在过去一周热浪的侵袭下,死亡谷地区的最高气温曾达到54摄氏度——创下一百多年来的最高纪录。

除高温以外,全美各地在最近几周里还发生了多起其他极端天气现象:爱荷华州和伊利诺伊州八月份发生了“德雷科”风暴,风速高达每小时106英里的风暴将大片玉米田夷为平地;而在飓风伊萨亚斯的影响下,美国东部海岸还发生了数次超大规模龙卷风。这些事件都造成了数日甚至更长时间的停电,影响范围波及数十万电力用户。

随着气候变化的进行,我们可能会遇到更多此类灾难。事实证明,为保证在20世纪极端天气下的可靠性所设计的电网不足以抵御21世纪更严重的极端天气状况。为了避免气候变化的最坏影响而推动整体经济的脱碳,就好比在飞行时重建一架飞机,而极端天气正在这一过程中制造更多湍流。

加州电力系统缺陷分析

《中国电力报》:停电事故暴露了加州电力系统的哪些缺陷?

落基山研究所:要寻找加州断电事故的原因,我们必须同时检查整体系统和单个发电资源的作用。大停电事故之前,燃气发电机组故障停机,接近历史峰值的电力需求、风电输出的减少、有限的州外输入容量和一些其他因素共同导致了该停电事故的发生。

完全可靠的发电来源是不存在的,而这些只是过去几年中一系列极端天气事件迫使化石燃料和核电厂停止电力供应的最新例子。即便这些电厂没有故障脱网,燃煤、燃气和核电等热电厂在高温天气下的发电容量也会降低,并且会因为冷却水温度过高无法有效起到冷却作用而受到运行限制。

在加利福尼亚州,光伏发电一直以来都如预期那样为满足峰值电力需求做着贡献。然而,在上周五,电力需求在太阳下山后依然很高。这种情况是在意料之中且有响应方案的,包括燃气电厂和州外输入电力在内的多种电力来源都应在此时增大输出来替代减少的光伏电量。

随着加州不断增加电池储能容量,这些资源也将用于满足晚间用电高峰。目前已经有多个大规模电池储能项目(如莫斯兰丁的超大规模项目)正在建设当中,但尚未开始运行。

七月,加州电网运营商报告称已有216兆瓦电池储能项目开始商业运行,并且如果计划项目均能够按时完成,州内电池储能容量将在年底达到923兆瓦。相比之下,8月14日CAISO报告了两次500兆瓦,共计1吉瓦的电力短缺。

这表明了目前计划中的电池储能容量本应在避免这些停电事故中发挥重要作用,并将在维持可靠性所需的多元发电资源组合中扮演愈发重要的角色。

清洁能源改善电网可靠性的机遇

《中国电力报》:在当前情况下,电力公司和电网规划者们应采取哪些措施来进一步提高电网安全性水平?

落基山研究所:随着美国电网正在经历可再生能源、储能和其他技术的快速转变,气候变化和其他威胁电网安全的事件发生的可能性和影响也在同时上升。因此,我们目前面临着一个一代人才有一次的需求与机遇来通过提高技术水平重构21世纪电网韧性,进而得以应对与20世纪电网具有本质性差别的风险环境。

21世纪电网韧性的两大新兴原则与当前的状况有关。首先,我们有机会在停电时更好地优先提供关键电力服务,包括那些依赖于医疗设备和应急响应的用户,从而使这些关键负荷不再受到无差别地区性滚动停电(有序用电)的影响。例如,科罗拉多州的一家电力公司正在优先投资有针对性的能效和需求弹性技术,以及可以将电力定向送往关键负荷的电网控制技术,从而可以减轻电力供应限制造成的停电影响。

电网规划者应当意识到以化石燃料为主要发电来源的集中式发电组合是不足以满足21世纪新型电网韧性需求的,因为那是在上世纪为确保电网可靠性而开发的过时手段。当前的事实已证明,电网运营商需要一个由高度一体化的弹性资源构成的多元互补的发电组合来维持电网在气候造成的极端天气事件中的可靠性。

保证可靠性的万能方案是不存在

《中国电力报》:明年夏季高温来临时,加州如何避免类似今年的停电事故?

落基山研究所:没有任何一种资源或技术可以独自避免断电事故。相反,不同类型的资源可在不同地理位置和不同时间段提供关键的服务。太阳能光伏发电对满足白天用电总峰值至关重要,而电池储能技术则可以协助满足晚间时候迅速上升并达峰的用电需求。

其他可调度的供给侧资源,包括加州和其他地方正在开发的零碳绿色氢能,都可以为管理电网负荷压力做出重要贡献。可调度的需求弹性资源也是如此。在更大范围电网内调度这些供给侧和需求侧资源将使系统在应对地区性差异时具备更强的可靠性。

席卷整个美国西部的历史性高温天气给这些地区的电网带来了巨大的麻烦,但系统中的任何资源都并不存在内在缺陷而导致它们无法应对这些挑战。相反,我们显然只是没有准备足够的资源。我们依然有机会创造一个由清洁发电和需求响应资源构成的系统——既可以缓解断电风险,又能够解决造成停电事故背后的根本性问题:气候变化。

加州和其他积极进取的各州正在努力打造一个由分布在各个地区的供给侧和需求侧资源构成,并通过互连输电网络系统连接在一起的电力系统。这样的系统能够在满足电网需求的同时减轻极端天气事件的影响。但我们需要战略性的行动,在正确的地点应用正确的方案,并以更快的速度推进。换句话说,要同时解决短期的电力可靠性威胁和不断出现的气候风险,我们需要更小心谨慎且更快速的行动。

关键字:清洁能源 电力

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