得州停电的锅,咋让新能源背了?
2021-03-03 07:55

得州停电的锅,咋让新能源背了?

本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:小圆,编辑:Luna、Owl,头图来自:视觉中国


“跌得挺狠啊!”


这句话不仅可以用在最近的股票市场,还可以准确地描述上周得克萨斯州的天气。


冬日最高气温可达25摄氏度的得州,在今年突然进入“冰汽时代”。零下十摄氏度的气温加上降雪,让得州人民体会到买一个可以制暖的空调是多么重要。


等等!就算有空调,也没有电了!


得州气温骤降至零下丨WikiCommons


得州,比冷更惨的是停电  


铺天盖地的新闻报道了寒潮期间得州人的噩梦生活。极寒天气导致的大规模停电,使得一贯以空调取暖的美国人手足无措。


得州遭遇大面积停电事故丨Youtube/Associated Press


停电带来的影响不仅在人员受冻方面。由于屋内气温过低,很多房屋水管冻裂,形成冰柱或者水帘洞。


得州一历史博物馆里由于水管冻裂“水漫金山”丨FORT WORTH MUSEUM OF SCIENCE AND HISTORY


有些人只能在汽车里靠发动机热量维持,却因一氧化碳中毒身亡。


得州一氧化碳中毒人数激增丨houstonchronicle


与此同时,得州的电价也涨到天上去了,少数地方的电价甚至高达人民币60元一度电,较往常上涨数百倍。普通人真实地体会到了“用不起电”的悲剧。


得克萨斯州电价有一个巨大的涨幅丨Refinitiv


这次的灾害已经过去一阵子,人们对于灾情的反思也逐渐展开。得州的电力资源非常富裕,平日里的电价也十分低廉,一场寒潮导致了如此大规模的灾难,实在令人难以置信。


新能源,行不行啊?


大部分停电的直接原因无外乎两种:发电量急剧减少和输电线路损坏。得州这次的情况也不例外。


《华尔街日报》和得州州长,都将停电怪罪到了得州的新能源供电上。得州虽然电能富裕,但主要以清洁能源发电为主,传统的烧煤的火电仅占比20.31%。这次的极寒天气,使得很多风力发电机组被“冻住”,一半的风力涡轮机冻结,风力发电在总发电量中的占比从42%骤降至8%,煤炭和核能的基本出力已经不足以支撑电网。


居中严寒中“冰冻的”风机丨Youtube/BCS


《经济学人》(The Economist)杂志却对此观点进行了批驳。《经济学人》认为,风力发电份额并没有过多,只占20%左右,风电的损坏仅仅是造成大停电的原因之一,除此之外,天然气井的冻结,核电站由于风雪的原因无法运作等因素共同造成了此次悲剧。追根溯源,都是寒潮的锅。这次的寒潮只是一个意外,不能因此就放弃清洁能源。


撇开对清洁能源的指责,得州电网的设计与运营也难辞其咎。由于复杂的历史原因,得州电网不与外界连通,无法收到外界输送的电能。同时得州的电力行业高度市场化,电力公司有大大小小数百个,充分竞争的结果就是,平日里电价比较便宜,一旦出事,电价就会呈几何级数地增长,正在运行的机组便可以大发横财。


风电不够,火电来凑


风能、太阳能、水能、地热能和核能……清洁能源在减少污染与可持续发展的两个目标中大放异彩,但其中的问题也亟待解决。


清洁能源的发电性质决定了它的先天缺陷:对自然环境的依赖。太阳能对天气的依赖不用多说,风能则更令人捉摸不透。


光伏发电极易受到天气影响丨Pixabay


电能几乎不可储存,需要即发即用,这就有可能造成“急需的时候太缺,不用的时候太多”的情况。


另一方面,即使新能源方法发出了电,电网也不一定愿意接入线路,因为它供电质量难以保证。供电质量不仅在于一般意义上的“供电功率稳定”,还有其他方面的因素。像风电、水电这样的出力随机性较大的发电方式,会对电网中交流电频率产生不利影响。对于光伏发电而言,还涉及到电流变换的问题:太阳能电池板发出的是直流电,需要经过特殊处理(逆变)变成交流电,才能为大多数用户使用。逆变的过程中,需要应用到很多半导体器件,这些器件具有高速开关的特性,这一过程也会对电网的稳定性造成影响。


光伏发电需要经过换流站才能接入电网丨Wikicommons


为了解决这些问题,有关部门一般会留一部分火电机组作为备胎。火电站不仅不受天气影响,还可以做到“即用即发”——已经烧起来火的机组可以做到半小时内即发出电来。


不过,当火电机组占比过低,新能源发电占比过高时,备胎数量不够,“缺电”的情况便一触即发。如何更好地使用新能源,使之科学地取代传统发电方式,正是当前面临的关键问题之一。


躲不掉的挑战——寒潮


对于电力系统而言,突如其来的天气变化带来的不仅是用电负荷的突然变化,电力输送与电力调配也会面临很大的挑战。


2008年辛苦抢修电力的电网工人们丨Wiki Commons


中国在2008年冰雪灾害后,为了减少大规模冰冻对电力系统的损失,采用了直流融冰技术和无人机喷火融冰等“黑科技”,极大提高了电网对于冰雪灾害的应对能力。


直流融冰技术可以迅速融化电网覆冰丨Bilibili/电网头条


与此同时,中国目前正在增加跨区域电网互联的建设。特高压输电、高压远距离直流输电的新闻也常常见诸报端,这保证了某个区域发生灾害而无法发电时,可以做到“八方支援”的效果。


中国的高压输电网络能将电力输送各方,图为电网员工正在检修高压线丨作者供图


我国在大力发展新能源发电的同时,也在努力克服新能源发电的问题。这其中不仅包括了对电网电能质量影响大,分布式的新能源带来的电网震荡问题,还包括这次得州停电暴露出的新能源机组出力极不稳定的问题。


随着中国气象水平的提高、卫星系统的完善,对天气的高精度模拟和预测也愈发成为可能,这为高精度预测新能源出力提供了条件。电网公司也在逐步加大投入,建设更先进的新能源机组和换流站,最大限度保持电网的稳定性。同时,各级调度部门也会采用先进的算法,完善在线监测和跟踪操作,使得来自新能源的电力更加高效地流入需要它们的地方。


新能源的发展势在必行丨Pixabay


环保是个长远的议题,我们身边也必定会出现越来越多新能源的身影。想要在新能源出力急剧下降时,保证供电的稳定性,需要不断提高电网智能化程度,提高调度水平。


参考文献

[1]范偲偲.新能源高比例发展对电力系统的影响分析与应对措施[J].机电信息,2021(05):61-62.

[2]Texas electricity market bills soar after price freeze.

https://inversezone.com/2021/02/20/texas-electricity-market-bills-soar-after-price-freeze/

[3]https://www.wsj.com/

[4]Texas Republicans criticized for misleading claims that renewable energy sources caused massive outages.

https://www.cnn.com/2021/02/18/politics/texas-power-outages-political-fallout/index.html

[5]https://www.economist.com/

[6]韩雪,任东明,胡润青.中国分布式可再生能源发电发展现状与挑战[J].中国能源,2019,41(06):32-36+47.。

[7]李秋月,张喜荣.新能源发电风险分析[J].中国市场,2014(15):100-102.


本文来自微信公众号:果壳(ID:Guokr42),作者:小圆,编辑:Luna、Owl

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