關(guān)于加強電力系統(tǒng)可靠性管理工作的思考

■國家能源局機關(guān)服務(wù)中心主任 汪擁軍

可再生能源主要“靠天吃飯”，隨著可再生能源的比例逐步增高，如何在滿足能源轉(zhuǎn)型目標的同時，提高電力供應(yīng)保障能力是當前電力行業(yè)發(fā)展面臨的重點和難點問題。電力系統(tǒng)可靠性管理從事前預(yù)測、事中評價、事后評估三方面入手，以定量分析的方法，可及時發(fā)現(xiàn)電力供應(yīng)中可能出現(xiàn)的風險和隱患，提升保障電力供應(yīng)的能力。

國內(nèi)外電力系統(tǒng)可靠性管理工作相關(guān)情況

（一）北美電力系統(tǒng)可靠性管理情況

北美電力可靠性管理涉及面非常廣。北美電力可靠性管理組織及其附屬系統(tǒng)（以下簡稱“NERC”）于1965年紐約大停電后成立，成立的初衷就是為解決電力系統(tǒng)可靠性問題。經(jīng)過50余年的發(fā)展，在電力可靠性管理方面，NERC職能完備，實現(xiàn)了標準制定、監(jiān)督管理、管理培訓(xùn)等全鏈條管理，其典型特征可歸納為：管理屬性和技術(shù)屬性并重；既管運行又管規(guī)劃；有一套垂直的運作體系。以上特點，使得NERC既是電力可靠性管理的組織者和推動者，又是執(zhí)行者和服務(wù)者。

在電力系統(tǒng)可靠性評估工作開展方面，NERC以“十年里停電不超過一天”為評估標準，輔以容量、價格等市場化機制，兼顧系統(tǒng)可靠性和投資經(jīng)濟性，其制定的北美大電力系統(tǒng)可靠性標準分為14個類別，共110項標準，用于規(guī)范電力系統(tǒng)實時操作、日前操作、運營規(guī)劃、長期規(guī)劃及運行評估等。NERC每年獨立開展可靠性評估并發(fā)布分析報告，其獨立、客觀的系統(tǒng)可靠性評估結(jié)果為北美電力系統(tǒng)的持續(xù)可靠運行提供了支撐。

（二）我國電力系統(tǒng)可靠性管理工作開展情況

在歷史沿革方面，我國電力可靠性管理主要是面向設(shè)備的，且僅局限于指標的統(tǒng)計和分析，管理對象主要為電力企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)部門，與規(guī)劃、運行部門橫向聯(lián)系較少，缺乏系統(tǒng)性，對保障電力系統(tǒng)充裕性和安全性支撐不足。

在組織管理體系方面，我國監(jiān)管層面的電力可靠性管理文件主要由部門規(guī)章、規(guī)范性文件構(gòu)成，多為原則性的表述，技術(shù)屬性不足。電力規(guī)劃主要由能源主管部門以項目審批的形式進行管理；電力運行主要由電力運行管理部門以聽取電網(wǎng)企業(yè)年度方式匯報、協(xié)調(diào)解決電力運行中的問題等方式進行管理，未能形成全面的電力系統(tǒng)可靠性管理機制。在技術(shù)層面上，我國大部分電力系統(tǒng)可靠性管理相關(guān)的技術(shù)工作均由電網(wǎng)企業(yè)完成，相應(yīng)標準體系、技術(shù)體系的建立和運轉(zhuǎn)也多以企業(yè)為主體。

2022年6月1日，《電力可靠性管理辦法（暫行）》（以下簡稱《辦法》）正式施行，明確提出電力可靠性管理應(yīng)當為電力供應(yīng)保障服務(wù)，為開展電力系統(tǒng)可靠性管理指明了方向。

（三）深刻認識加強電力系統(tǒng)可靠性管理的重要意義

開展電力系統(tǒng)可靠性管理的初衷是保障電力供應(yīng)。截至7月底，全國發(fā)電總裝機達到27.4億千瓦，其中可再生能源裝機13.22億千瓦，歷史性超過煤電?？紤]2023年迎峰度夏期間最高負荷為13.39億千瓦，電力供應(yīng)保障問題可以簡述為：如何用27.4億千瓦裝機保障13.39億千瓦用電負荷？電力系統(tǒng)可靠性管理可一顯身手，開展電力系統(tǒng)可靠性管理工作的必要性及可行性均已具備。

國內(nèi)外大停電事故和電力供應(yīng)緊張案例分析

（一）國內(nèi)外主要的電力供應(yīng)緊張和大停電事故基本情況

近年來，受地緣政治和氣候變化等影響，國內(nèi)外電力供應(yīng)緊張情況頻現(xiàn)。筆者梳理了2019年以來國內(nèi)外主要的電力供應(yīng)不足和大停電事故，如表1所示。

以巴西大停電事故為例，截至2022年底，巴西全年總發(fā)電量達6772億千瓦時，水力發(fā)電占比73.6%，且多集中在北部、西部區(qū)域，而負荷中心集中在東南沿海區(qū)域，呈現(xiàn)“北電南送、西電東送”的輸電格局。北部、東北地區(qū)電網(wǎng)主網(wǎng)架薄弱，尤其是北部區(qū)域僅通過鏈式結(jié)構(gòu)將區(qū)域水電站串聯(lián)組成。

裝機結(jié)構(gòu)單一、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱等缺陷，是巴西發(fā)生“8·15”大停電事故的根源。我國川渝、云南也存在類似的情況。從表1統(tǒng)計分析情況來看，極端天氣對電力供應(yīng)保障工作的影響力日益凸顯。

（二）典型電力供應(yīng)緊張情況及后續(xù)應(yīng)對成效分析

電力系統(tǒng)可靠性、保障性舉措落實不到位，會頻繁導(dǎo)致電力供應(yīng)緊張。以2021年初美國德州大停電事故為例，擁有近7000萬千瓦負荷的美國德州電網(wǎng)僅通過5條共計125萬千瓦的聯(lián)絡(luò)線與外部電網(wǎng)相連，最大外受電比例約1.8%，互濟能力弱。從保障措施落實方面來看，美國德州電網(wǎng)在事故發(fā)生后至今，實質(zhì)性提高電力系統(tǒng)可靠性的舉措落地緩慢，隨之而來的是2022和2023年美國德州電網(wǎng)供電緊張情況頻繁出現(xiàn)。

國內(nèi)以我國湖南電網(wǎng)為例。2020年湖南電網(wǎng)僅通過3回500千伏交流和祁韶特高壓直流與省外相聯(lián)絡(luò)，受電通道能力600萬千瓦，受湖南省500千伏交流斷面轉(zhuǎn)供能力、近區(qū)潮流疏散、電源及負荷結(jié)構(gòu)等因素影響，祁韶直流輸電能力被限制在400萬千瓦，輸電阻塞問題嚴重。為有效解決湖南電力供應(yīng)保障問題，南昌—長沙和南陽—荊門—長沙2條特高壓交流工程分別于2021和2022年投運，祁韶直流輸電能力穩(wěn)定提升至600萬千瓦；同時，為加快發(fā)展新型儲能，僅2023年上半年，湖南省新增電化學儲能裝機200萬千瓦，總裝機規(guī)模達263.6萬千瓦，占全省電力裝機的5%，最大頂峰出力241萬千瓦。兩項舉措有效緩解了湖南電力供應(yīng)緊張的情況。未來寧夏—湖南特高壓直流工程和汨羅抽水蓄能電站建成投運后，受電能力和本地電源調(diào)節(jié)能力的提高將進一步提升湖南電網(wǎng)電力系統(tǒng)可靠性水平。水蓄能電站建成投運后，受電能力和本地電源調(diào)節(jié)能力的提高將進一步提升湖南電網(wǎng)電力系統(tǒng)可靠性水平。

表1 2019年以來國內(nèi)外主要電力供應(yīng)緊張和大停電事故

做好電力系統(tǒng)可靠性管理工作的建議

（一）建章立制，規(guī)范開展電力系統(tǒng)可靠性管理工作

加快《辦法》配套文件的制定，明確電力系統(tǒng)可靠性指標計算方法、數(shù)據(jù)來源、報送機制，指導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)建立電力系統(tǒng)可靠性評價體系，增強與系統(tǒng)規(guī)劃、運行方式安排等工作的銜接。電力系統(tǒng)可靠性與電網(wǎng)運行方式和發(fā)電資源密切相關(guān)，結(jié)合中長期規(guī)劃、年度方式、迎峰度冬（夏）和特殊事件（例如極端天氣）等不同要求，以區(qū)域和省份作為電力系統(tǒng)可靠性管理的基本單元，建立基于負荷需求預(yù)測、發(fā)電充裕性評價、跨省跨區(qū)余缺互濟能力、重要電源和電網(wǎng)工程規(guī)劃等指標的評估體系，量化評估電力系統(tǒng)可靠性。

（二）規(guī)劃先行，提高電力系統(tǒng)充裕性

電力系統(tǒng)可靠性的實現(xiàn)高度依賴于發(fā)電和輸變電能力的充裕性，而規(guī)劃是充裕性管理的源頭，應(yīng)在政府主導(dǎo)下，加強備用容量分析，針對各省/區(qū)域的資源稟賦和負荷特征規(guī)劃評估，及早發(fā)現(xiàn)電力供需缺口、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)短板等系統(tǒng)可靠性問題。評估極端天氣等外部因素對電力生產(chǎn)和運行的影響，并將電力電量缺口作為評價規(guī)劃有效性的標準之一，夯實電力供應(yīng)保障基礎(chǔ)。

（三）多措并舉，提升系統(tǒng)靈活性

進一步發(fā)掘靈活調(diào)節(jié)資源的價值，持續(xù)推進煤電機組靈活性改造，充分發(fā)揮各類發(fā)電機組的系統(tǒng)價值。通過配置儲能和提高容配比等方式，提升新能源場站的置信出力水平，為電網(wǎng)運行提供頂峰支撐能力。加強需求側(cè)和電力負荷管理，提升需求響應(yīng)能力，分時分地施策，形成規(guī)?；膶崟r響應(yīng)能力，推動可調(diào)節(jié)資源共享互濟。加強煤電機組非計劃停運和出力受阻管理，探索新能源運行可靠性管理，將新能源納入電力可靠性管理體系，強化系統(tǒng)支撐能力。

（四）加快電網(wǎng)工程建設(shè)，切實提高跨省跨區(qū)余缺互濟能力

當前，電網(wǎng)建設(shè)主要以滿足特定電能傳輸方向的輸電能力為主，雙向互濟能力不足，對提高系統(tǒng)可靠性的備用聯(lián)絡(luò)能力考慮不足，比如特高壓直流工程建設(shè)導(dǎo)致的潮流轉(zhuǎn)移能力不足問題和輸電通道總體傳輸能力受限問題。在未來余缺互濟能力更具現(xiàn)實價值的情況下，應(yīng)堅持系統(tǒng)觀念，全面梳理電網(wǎng)阻塞情況，評估當前電網(wǎng)滿足電力輸送及局部電網(wǎng)間電力交換的能力，加強重要電源/輸電通道投運時序管理，并規(guī)劃一批提高跨省跨區(qū)輸電能力的電網(wǎng)工程。

海南省文昌市木蘭灣風電場。（鄭喆攝）

（五）妥善評估和應(yīng)對小概率極端事件

對于極端天氣等小概率事件，建議引入概率性方法評估電力系統(tǒng)可靠性，通過優(yōu)化運行方式安排和需求側(cè)響應(yīng)等方式，分析其對電力供應(yīng)緊缺的置信概率，用大概率思維應(yīng)對小概率事件，防范重大運行風險。充分發(fā)掘氣象和電力運行歷史數(shù)據(jù)，評估電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和輸電能力對氣候風險的適應(yīng)性，將氣候風險納入發(fā)電充裕性評價，評估極端天氣可能對電力系統(tǒng)運行造成的沖擊，校驗系統(tǒng)的真實可靠性水平。

（六）強化監(jiān)管，貫通電力生產(chǎn)全過程數(shù)據(jù)

理順電力系統(tǒng)可靠性管理體系，加強人員和技術(shù)儲備，將分散于不同管理文件中的電力系統(tǒng)可靠性相關(guān)內(nèi)容整合，形成一套內(nèi)容全面、規(guī)范性高、可執(zhí)行性強的參考文件，并借鑒北美先進的管理和技術(shù)模式，增加監(jiān)管專業(yè)人員，督促電力企業(yè)落實電力可靠性管理主體責任。以電力系統(tǒng)可靠性管理為核心，有效銜接發(fā)電、輸變電可靠性管理，并延伸至供電能力評價，縱向關(guān)聯(lián)發(fā)電、輸變電、供電可靠性業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動分析，量化電力事件對系統(tǒng)可靠性和供電能力的影響?！?/p>