上海和休斯敦纬度相近,如遇“得州式寒潮”,顶得住吗?

2月20日,罕见寒潮下的美国得克萨斯州,经美国总统拜登批准,宣布进入重大灾难状态。

得克萨斯是美国能源大州,也是常年气候较为温暖的地区。极端天气下,发达国家的地方能源体系受到前所未有的冲击,大量市民断电断水挨冻,截至目前已造成58人死亡,引起全世界持续关注。

得州第一大城市休斯敦,与上海纬度相近,且平均气温比上海更高,异常巨大的降温幅度值得引起警惕。这几天,沪上电力运营企业、发电装备制造商等专业领域人士都关注到这一情况,并进行着深入分析、研究。

长期以来,上海是“世界观察中国电力窗口”。今年年初,上海就经历了一轮破本世纪同期最冷纪录的寒潮考验,上海电网负荷也打破历史新高,但“速冻模式”中,全市电网平稳运行。

然而,近年来全球极端气象灾害频发,此次得州遭遇的情况,给全世界城市运行敲响安全警钟。如果上海也像得州一样降温到零下20摄氏度左右,会发生什么,又该如何应对?

三次极端考验

此次得州大规模停电中,原因分析一直在进行。但不管寒潮下冻坏了哪个发电供电环节,当地都暴露出一个明显短板——孤立无援。

美国电力供应由一个个不同股东方经营并运作的独立电网构成,资本导向决定了这些电网各自为政,得州就是一个不与其他州并网的独立电网。

当地电网负荷增高是停电的直接原因。通俗地说,就是用户端用电量大幅增长,而电力公司无法供应。为了保证电网安全,电力公司不得不切断部分用户的供电。

“上海所在的是华东电网,是目前世界上单一国家内最大的区域电网和电压等级最高的交直流混合电网。”国网华东分部规划统计部副主任庄侃沁介绍说,这张网,为上海、江苏、浙江、安徽、福建四省一市提供供电服务,电网调度最高负荷为3.18亿千瓦。

整个华东电网的供电区域仅占中国国土面积5%,但相关地区的经济总量约占全国的1/3,所以国家电网提出“全国保华东、华东保上海”,通过可靠的电网结构及资源配置能力,全力保障华东和上海电网安全可靠供电。

一体化的电网布局使得一旦某地遭遇极端情况,其余地区能够迅速支援,这也是华东电网“团结治网”的优良传统。国网华东分部建立了资源共享、风险共担备用互济机制。当出现酷暑极寒、大灾大难等极端情况,各省市都能从电网通道共用、资源共享、事故共担中受益。国网专家例举一种极端情况:即便输送功率最大的直流发生故障,损失功率超过上海最大负荷的1/3,通过华东电网集中统一的故障应急处置,仍然能够确保上海和华东各省市电网均保持安全可靠供电,不会直接造成负荷损失。

国网华东分部调控分中心系统运行处处长缪源诚介绍,2016年、2018年、去年底今年初,华东地区都遭遇过极端寒潮,但通过跨区、跨省支援互济,上海乃至整个长三角地区的供电总体平稳有序:

2016年1月强寒潮期间,国网华东分部紧急调集全网资源支援上海570万千瓦,帮助上海应对突发700万千瓦机组集中非计划停运或无法开机的局面;

2018年初冰冻雨雪期间,在华东全网用电激增、天然气短缺、电网严重受损,全网发用电平衡极度紧张的情况下,上海电网的受电量仍旧接近1200万千瓦,平稳度过;

今年初、去年末的寒潮中,国网华东分部也争取到了区外支援,寒潮期间跨区直流增送华东电力最大约1500万千瓦,有力支援了上海等省市用电。

在这三次寒潮中,上海电网均实现全额供电,没有发生因能源供应水平扰动或电网供电能力不足导致的限电事件。

庄侃沁表示,从中长期看,上海电网供需总体平衡,对市外来电继续保持较强依赖。但通过充分发挥区域统筹协调和优化配置作用,不仅上海的用电有保障,整个长三角地区的用电也有保障。事实上,华东电网已连续49年保持主网稳定运行,对区域经济社会发展作出了重要贡献。

上海和休斯敦纬度相近,如遇“得州式寒潮”,顶得住吗?

上海应用新技术进行电网检测、维护

强化安全韧性

有电力专家认为,美国得州的大停电,另一大原因是对极端气象灾害预计不足。

虽然当地气象预报早已发出预警,但对当地电力公司来说,常年身处温暖天气和充足能源供应之中,缺乏应变经验,很难做出及时的防灾减灾应对。

中国幅员辽阔,各地气候条件差异明显,加上电网“全国一盘棋”,就使得上海这样地处亚热带季风性气候的城市,也能分享寒温带、中温带等地的经验。“上海居民没经历过零下20摄氏度的冬天,但对国网公司来说,这样的低温司空见惯。”电力专家表示。

“近年来极端气象灾害越来越频繁,我们也发现,其实每次从灾害预报到产生严重影响,都会留给人们一个应急防灾的‘窗口期’。”上海电气电站集团智能化发展中心副主任张帆介绍,以电站设备供应商为例,上海制造的发电设备销往全国各地和世界各国,随着工业智能化技术发展,先进传感的应用,海量数据的分析,大量经验的积累,机理知识的固化,使得新一代的发电设备能够更好的适应不同运行工况。面对极端情况,设备供应商能够提前做好相应备品备件的准备,以保证快速服务响应,同时支持运维企业及电网单位形成行之有效的应对解决方案。

近年来,对上海市民来说,蜡烛、手电筒等停电应急物资已成为过去式,遭遇突然停电的次数越来越少。2020年,上海电网整体供电可靠率达到99.9923%,成为全国首家连续两年稳定突破“四个9”大关的省级电网;城市核心区的市区电网整体供电可靠率达到99.9991%,在国内地市级电网中率先迈入“五个9”时代,标志着上海城市配电网建设实现从世界一流到国际领先的跨越。

供电可靠率是评价电网发展水平和服务品质的重要指标。供电可靠率达到99.999%以上,意味着平均每个电力用户全年的停电时间不超过5分钟,是国际上公认的衡量一流电网的“金线”。目前,全球仅有东京、新加坡等少数城市达到或超过这一水准。上海中心城区供电可靠性突破“五个9”,背后是用户年平均停电时间不到4.6分钟。

然而,过去和现在的经验,未必能完全应付未来可能出现的偶发事件。新近公布的上海“十四五”规划《纲要》中就提出,未来五年上海要强化安全韧性适应理念,在基础设施建设、应急物资储备及保障等方面保持弹性,提高城市应对灾害能力。

目前在上海,一个能够进一步提高供电可靠性且应对各种风险、有快速修复能力的“韧性电网”已在建设中。它的特点,将从被动应急,转变为主动防御。

国网上海电力介绍,韧性电网是指能够全面、快速、准确感知电网运行态势,协同电网内外部资源,对各类扰动做出主动预判与积极预备,快速恢复重要电力负荷,并能自我学习和持续提升的电网。简而言之,就是“打不垮”和“不停电”的智能供电网络。

为了打造韧性电网,国网上海电力正开展一系列前沿技术研究。比如,针对全网失电的情况,上海正研究电力及天然气网络恢复的相互依赖特性及协同黑启动实施方案。通俗地说,就是当城市发生大规模停电时,电网能在一片黑暗中自动重启。

国网上海电力透露,目前上海已形成“韧性电网”总体建设方案,以及浦东和青浦“韧性电网”示范落地方案,建设青浦、浦东等韧性电网示范区。规划到2023年底,上海形成覆盖整个城市区域的输、配、供一体化韧性电网,并形成具有中国特色国际领先的韧性电网核心技术及标准体系,引领全球韧性电网技术发展。

新能源不“背锅”

此次美国得州大停电中,一则新闻吸引上海电力专家的关注:遭遇停电后,在寒冷的夜晚,一些当地人躲在自家的特斯拉汽车中取暖。

一位网友在社交媒体上写道:“我们昨晚停电了6个小时,房子没有暖气,木柴也用完了,因此我和妻子、刚出生的女儿还有一条狗,都睡在特斯拉里面,舒适温馨。”

据了解,特斯拉开发的营地模式,可以把汽车变成一个舒适和透气的车厢,车内保持气流、温度和室内照明,前提是汽车电量不低于15%。在正常情况下,营地模式的耗电量可以支撑7至8个小时,极端寒冷情况下,耗电率会高一些。

“虽然电动汽车存储的电量目前还不足以支撑太久,但这样的情况却能带来启发,未来我们需要对电力系统中的储能环节更加重视。”张帆表示。崇明三星镇,上海电气就探索建立了一套集“风光储充”于一体的智能微电网系统,通过租用农户屋顶进行光伏发电,满足自发自用的同时,余电上网获得收益,实现增收;同时增加储能电池系统,让光伏功率更平滑,实现削峰填谷,提升电能质量。在上海的闵行工业区、青海格尔木,上海电气都探索建设了以储能为核心的智慧能源系统。

上海和休斯敦纬度相近,如遇“得州式寒潮”,顶得住吗?

崇明三星镇“风光储充”智能微电网系统

张帆解释,紧急情况下主网超出负荷大面积停电,一般用户是无能为力的。但此时分布式类型的小规模能源系统灵活性高,在维持自身有限用电需求的同时,有效帮助主网减小用能负荷,加快整座城市的供电恢复速度。

电力部门表示,随着电动汽车、分布式电源、虚拟电厂等新业态不断涌现,上海还在研究利用这些新资源,对重要负荷进行快速供电恢复,进一步提升电网面临不同扰动下的灵活恢复能力。

“相比燃煤、燃气、核电这些能源源不断提供相对稳定电力的基础负荷,风电、太阳能发电这些新能源天生有不连续、不稳定的短板。但从此次得州的情况看,新能源其实不该‘背锅’。”新能源领域专家表示,理论上灾害中那些基础负荷应该顶上来,但此次得州基础负荷供电系统的故障率比新能源更高。因此,无论传统能源还是新能源发电,都需不断提升设备和系统的可靠性,通过算法优化互相协同,共同提升城市电力保障能力。

“虽然我们有诸多优势,但从深层看,此次得州大停电根本原因是全球气候变暖导致的气象灾害。”在中美企业皆有长期任职经验的上海电气风电技术总经理康鹏举认为,每座城市在考虑安全冗余时也必须考虑经济性,不可能无限制地增长安全冗余。

康鹏举介绍,得州发电设备对环境的适应性要求普遍未考虑会出现极端低温天气状况。比如燃机一般都安装在室外(国内一般都在室内),以方便散热。诚然这样的环境适宜性设计需要提升。但南方的城市也不可能像都像北方一样防冻,安全冗余也不可能穷尽所有极端情况。

“发展新能源,减少碳排放,共同应对气候变暖带来的极端气象灾害,仍是化解未来风险的根本途径。”康鹏举表示。

栏目主编:徐蒙 文字编辑:徐蒙 题图来源:东方IC 图片编辑:雍凯

来源:作者:徐蒙 任翀

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