極端天氣對(duì)可再生能源高占比體系影響的新啟示

文/湯 緒

由備受全球關(guān)注的《氣候變化協(xié)定》締約方大會(huì)（COP）形成的國(guó)家自主貢獻(xiàn)制度（NDC）是指導(dǎo)各國(guó)低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程和強(qiáng)化減排力度的導(dǎo)向，它將會(huì)帶來各國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、能源系統(tǒng)等的系統(tǒng)性的深刻變革。習(xí)主席在2021年中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議明確指出：“實(shí)現(xiàn)‘碳達(dá)峰’‘碳中和’是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)系統(tǒng)性變革，要把‘碳達(dá)峰’‘碳中和’納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實(shí)現(xiàn)2030年前‘碳達(dá)峰’、2060年前‘碳中和’的目標(biāo)?！边~向“碳中和”，需要觀念轉(zhuǎn)型以及開展一場(chǎng)全系統(tǒng)革命，大幅度提高非化石能源占一次能源的消費(fèi)比重，大幅度削減煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)量，形成以新能源和可再生能源為主體的能源結(jié)構(gòu)性減碳。然而，近年來，氣候變化、特別是極端天氣氣候事件對(duì)全球能源安全構(gòu)成的新挑戰(zhàn)日益凸顯。氣候變化及其氣象問題正在深度介入新型能源供給體系的塑造過程，并將直接影響新型能源供給體系的安全性和穩(wěn)定性。

1 極端天氣或成為全球氣候變化的新常量

在全球變暖背景下，極端天氣災(zāi)害事件的發(fā)生頻率正在不斷增加，強(qiáng)度也在不斷增大。最新發(fā)布的政府間氣候變化專門委員會(huì)IPCC第六次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告指出：人類影響已毫無(wú)疑問造成了大氣、海洋和陸地變暖，大氣層、海洋、冰凍圈和生物圈發(fā)生了廣泛而迅速的變化。氣候系統(tǒng)整體變化的規(guī)模及其多方面現(xiàn)狀是幾個(gè)世紀(jì)甚至幾千年來前所未有的。人類引起的氣候變化已經(jīng)影響到全球每個(gè)區(qū)域的天氣和極端氣候。聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)古特雷斯在2020年12月12日的氣候雄心峰會(huì)上呼吁全球進(jìn)入氣候緊急狀態(tài)。

極端天氣與氣候事件在全球的發(fā)生亦存在著群發(fā)和頻發(fā)特征。據(jù)統(tǒng)計(jì)，相較于1980—1999年，2000—2019年全球熱浪增加332%，強(qiáng)降水增加234%，干旱增加128%，風(fēng)暴增加140%，野火增加146%。2021年7月，河南持續(xù)遭遇強(qiáng)降雨，20日當(dāng)日鄭州一小時(shí)峰值降雨量達(dá)到201.9毫米，達(dá)到了近50年來的單小時(shí)降雨量極值。從17日20時(shí)算起到20日20時(shí)，三天的降雨量已接近過去一年的總量。鄭州等地發(fā)生的嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，已經(jīng)造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。河南省副省長(zhǎng)武國(guó)定在2021年8月2日召開的新聞發(fā)布會(huì)上通報(bào)，此次特大洪澇災(zāi)害共造成全省302人死亡，50人失蹤。其中，鄭州市遇難292人，失蹤47人。河南鄭州發(fā)生的異常洪澇只是2021年全球自然災(zāi)害的一個(gè)縮影。2021年6月，在美國(guó)加州北部的沙斯塔三一國(guó)家森林公園，在強(qiáng)風(fēng)、高溫和干旱天氣的加持下，閃電引發(fā)了森林大火。7月中旬，包括德國(guó)、比利時(shí)、荷蘭在內(nèi)的歐洲多國(guó)遭遇水災(zāi)侵襲。洪水過處，道路變成河流，房屋倒塌，停在路邊的車輛被沖走，電力和通信被切斷。這場(chǎng)暴雨洪澇是德國(guó)等鄰近國(guó)家近60年來遭遇的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。7—8月間，印度許多地區(qū)異常雨季暴雨洪水泛濫，多地正與致命的洪水和山體滑坡做斗爭(zhēng)。全球兩大糧倉(cāng)美國(guó)和巴西2021年夏天遭遇罕見旱災(zāi)致使糧食價(jià)格急劇攀升，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年5月，全球糧食價(jià)格指數(shù)同比上漲近40%。

2 氣候變化或成為考驗(yàn)?zāi)茉窗踩男伦兞?/h2>

傳統(tǒng)能源通常是指煤炭、石油、天然氣、水電和核電。其主要特點(diǎn)是依靠自身物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生的能量作為能源。盡管其開采、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等在一定程度上受到外部條件的影響，但是總體而言，受影響程度不高。然而，傳統(tǒng)能源的使用會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體排放和空氣污染，造成全球氣候的變暖和危害人類健康?？稍偕茉?，特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能卻是要依靠將大氣中的風(fēng)力和太陽(yáng)輻射資源轉(zhuǎn)化為電力等能源，并實(shí)現(xiàn)新型能源的供給能力。其優(yōu)勢(shì)之處在于可再生能源的利用是零碳排放和零污染的。由此可見，其對(duì)風(fēng)力資源和太陽(yáng)輻射資源的多寡依賴程度很高。這是可再生能源利用的一個(gè)短板，對(duì)此必須給予高度關(guān)注。

極端天氣氣候事件往往伴隨著異常的氣象要素變化。例如，在高溫?zé)崂撕挽o力穩(wěn)定大氣環(huán)境下，大范圍的靜風(fēng)環(huán)境造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)風(fēng)驅(qū)動(dòng)，使得風(fēng)力發(fā)電在一定時(shí)段內(nèi)幾乎沒有可能。極寒和連陰雨無(wú)太陽(yáng)輻射會(huì)造成太陽(yáng)能光伏元器件無(wú)太陽(yáng)輻射能可供轉(zhuǎn)換。我國(guó)開發(fā)可再生能源開發(fā)利用規(guī)模穩(wěn)居世界第一，為能源綠色低碳轉(zhuǎn)型提供強(qiáng)大支撐。發(fā)電裝機(jī)實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，截至2020年年底，我國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)總規(guī)模達(dá)到9.3億千瓦，占總裝機(jī)的比重達(dá)到42.4%，較2012年增長(zhǎng)14.6個(gè)百分點(diǎn)。利用水平持續(xù)提升，2020年我國(guó)可再生能源發(fā)電量達(dá)到2.2萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量比重達(dá)到29.5%，較2012年增長(zhǎng)9.5個(gè)百分點(diǎn)，我國(guó)非化石能源占一次能源消費(fèi)比重已達(dá)15.9%。然而，在可再生能源日益成為高占比的新型能源結(jié)構(gòu)中的支柱之時(shí)，需要對(duì)氣候變化帶來的新風(fēng)險(xiǎn)給予高度關(guān)注。我國(guó)應(yīng)吸取有關(guān)國(guó)家的教訓(xùn)，強(qiáng)化我國(guó)氣候韌性能源安全保障能力建設(shè)。

極端天氣事件特別是極端溫度事件如熱浪、極寒的應(yīng)對(duì)，往往需要大量的能源儲(chǔ)備和調(diào)配支撐，因氣候變化引發(fā)的極端天氣氣候事件會(huì)使未來的能源供給需求呈現(xiàn)出異常復(fù)雜的局面。2021年初發(fā)生在美國(guó)德州的極端暴雪天氣造成大面積的電力和供水系統(tǒng)癱瘓，導(dǎo)致居民多日斷水?dāng)嚯?，甚至有人在家里凍餓致死。德克薩斯州以石油產(chǎn)業(yè)著稱，被稱為美國(guó)的“能源之都”，然而該州居民在寒潮來襲之際卻沒有足夠可靠的電力供給，陷入數(shù)日沒有電力、難以取暖的窘境。美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》曾刊發(fā)評(píng)論稱“德州對(duì)風(fēng)能的過度依賴使得電網(wǎng)在惡劣天氣下更加脆弱”。報(bào)道指出，寒潮來襲之際，該州有一半的風(fēng)力渦輪機(jī)凍住，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電占電力的比重從42%下降到8%。為彌補(bǔ)電力供應(yīng)缺口，天然氣和煤炭發(fā)電量有所增加，但這仍無(wú)法滿足不斷飆升的電力需求?！度A爾街日?qǐng)?bào)》分析稱，美國(guó)兩黨政客數(shù)十年以來一直在推動(dòng)的對(duì)可再生能源的補(bǔ)貼，使得電網(wǎng)變得不穩(wěn)定。與風(fēng)能相較，煤炭和核能受到更嚴(yán)格的監(jiān)管，這使德州等多地的燃煤電廠因缺乏競(jìng)爭(zhēng)力而關(guān)閉。過去10年里，全美停止運(yùn)營(yíng)的燃煤電廠大約可為6 000萬(wàn)戶家庭提供電力。此外，許多核電站也陸續(xù)關(guān)閉。然而，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能等間歇性可再生能源的依賴程度越高，在供需發(fā)生巨大變化時(shí)的穩(wěn)定性就越低，德州此次的電網(wǎng)崩潰就顯示出了可再生能源的風(fēng)險(xiǎn)與局限性。

可再生能源出力不穩(wěn)定問題是綠色能的另一個(gè)短板。毫無(wú)疑問，德州電力危機(jī)為我國(guó)未來的電力供應(yīng)提供了一個(gè)重要警示。在全面減碳的背景下，如何避免出現(xiàn)電力短期短缺問題，是值得關(guān)注的重點(diǎn)之一。減碳的關(guān)鍵在于能源轉(zhuǎn)型，即用清潔能源代替現(xiàn)有的化石能源。在“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)的指引下，我國(guó)能源電力行業(yè)將從以化石能源為主向以可再生能源為主轉(zhuǎn)變。然而與傳統(tǒng)化石能源相比，清潔能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能）在極端天氣事件發(fā)生時(shí)往往難以持續(xù)。例如，熱浪期間，大范圍的靜風(fēng)環(huán)境使得風(fēng)力發(fā)電幾乎沒有可能。極寒期間，風(fēng)機(jī)可能凝凍，太陽(yáng)光伏也無(wú)法出力，清潔能源的供給量將顯著下降，必須要有強(qiáng)大的能源供給調(diào)蓄系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)以及傳統(tǒng)能源儲(chǔ)備應(yīng)急供給能力的支撐?？稍偕茉磧?chǔ)能時(shí)長(zhǎng)有限問題是綠色能源的又一個(gè)短板。受限于儲(chǔ)能裝備，可再生能源現(xiàn)有的儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)僅為2～4小時(shí)。然而在極端天氣引發(fā)的缺電狀況往往持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，例如造成德州大停電的寒潮，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一周。可再生能源的儲(chǔ)能在數(shù)小時(shí)內(nèi)釋放完存量電力或庫(kù)容，就無(wú)法再參與電力供應(yīng)和調(diào)節(jié)。若要依靠?jī)?chǔ)能來形成周調(diào)節(jié)能力，需要強(qiáng)大的儲(chǔ)能裝備，與現(xiàn)有的2～4小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)是質(zhì)的差別。

3 建設(shè)氣候韌性體系是以不變應(yīng)萬(wàn)變的治理策略

綜上分析，在規(guī)劃與實(shí)施我國(guó)“碳中和”進(jìn)程中，要充分考慮能源供給的氣候韌性能力建設(shè)。

一要提高全社會(huì)對(duì)建設(shè)韌性氣候能源供給體系重要性的認(rèn)識(shí)，把氣候韌性能源供給冗余的理念落實(shí)在各項(xiàng)行動(dòng)之中。要加強(qiáng)引導(dǎo)，把韌性氣候能源供給能力作為韌性社會(huì)、韌性城市、韌性行業(yè)、韌性部門建設(shè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)納入安全發(fā)展指標(biāo)體系。要研究制定氣候變化背景下，氣候韌性能源供給冗余幅度的設(shè)置并以此作為建設(shè)氣候韌性體系的重要冗余指標(biāo)。二要在國(guó)際談判和國(guó)家自主貢獻(xiàn)（NDC）中對(duì)不可抗拒因素（長(zhǎng)時(shí)間高頻次極端天氣事件等）給予考慮。三要在建設(shè)多能互補(bǔ)新型綜合能源系統(tǒng)進(jìn)程中，確保煤電這一能源供給“壓艙石”的協(xié)同配套作用。四要在綠色轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，把氣候韌性與冗余保障作為一項(xiàng)任務(wù)納入?yún)f(xié)同治理工作之中。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)絕不能被一拆了之。五要推動(dòng)智慧能源體系建設(shè)，推動(dòng)能源電力全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化、信息化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)，加強(qiáng)供給側(cè)響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)調(diào)劑作用的發(fā)揮。六要研究制定后疫情時(shí)代和“碳達(dá)峰”“碳中和”氣候緊急狀態(tài)應(yīng)對(duì)時(shí)代，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、預(yù)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急處置新機(jī)制、新體系。把在不確定的未來世界中的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)作為常態(tài)化的事務(wù)加以處理，做好綠色能源脆弱性的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急防范。