作者：清华大学能源互联网智库研究中心 鲁宗相、夏清、武丹琛
今年8月份以来，全国多地遭遇了60年一遇的高温天气，长江流域也出现了60年来最严重的旱情。在此背景下，四川省出现严重电力短缺，单日最大电力缺口超1700万千瓦、电量缺口超3.7亿千瓦时。
为应对上述情况，国家电网、四川省及相关方采取了多项保障供电措施：实施30余次德宝直流反转增送四川，增送电量5.5亿千万时；加快新型电力负荷管理系统建设，形成约620万千瓦响应资源库、占最大用电负荷的10.5%；协调减少川电外送、增加水电留川，减少送西北电量2200万千瓦时；额外调拨西北、华中、华北电量8000万千瓦时，跨省区支援四川电量达1.32亿千瓦时，所有电力入川通道已最大化利用；调集国网系统13省市公司50台应急发电车支援四川。真可谓：举全网之力，保一方平安！
尽管如此，为了保证电力系统的安全稳定运行，四川仍不得不采取了一系列限电措施：四川省8月15日至20日工业企业放高温假六天；四川省21日至26零时启动“一级应急响应”，采取分区、分时段“轮停轮供”。连续十几天的限电，一方面对人们的日常生活造成一定影响，另一方面也对省内大量半导体、化工原料、新能源等企业造成经济损失，甚至使相关产业链受到了冲击。
为何四川成为了本轮高温限电重灾区，究其背后的原因，主要包括以下几点：
一是高温导致用电负荷激增。8月以来，四川迎来史上最严峻的高温天气，部分地区气温持续在40℃以上。据四川省电力公司数据，今年7月4日至16日，四川电网最大负荷达5910万千瓦，较去年同期增长14%。居民日均用电量达到3.44亿千瓦时，同比增长93.3%。
二是干旱导致水电资源锐减。受持续高温、干旱的影响，四川省乐山市境内大渡河、青衣江和岷江水流量明显减少。今年7月丰水期，四川省水电来水偏枯四成；8月以来偏枯五成。水电发电量大幅下降。
三是本省留用水电有限。截至今年7月，四川水电装机规模已达9272万千瓦，居全国第一。但是位居四川的向家坝、溪洛渡、锦屏等大型梯级水电站，均由国家统筹安排开发和消纳，其电量在全国范围内统筹分配，即使是自身缺电的情况下仍须外送履约。四川本地供电主要依靠长江支流上相对较小的水电站。
四是电源结构单一且本地电源支撑不足。四川水电发展迅速，装机占总电源80%。光伏和风电等由于送出通道受限，发展相对缓慢。四川电源结构单一，受来水影响大，抗风险能力不足。另一方面，水电主要分布在川西地区，成都等负荷中心缺乏本地电源，“空心化”情况严重，电压支撑弱，电网安全稳定水平低，应对极端情况的能力不足。根据国家发展改革委相关评估报告，成都地区应按照历史最大用电负荷的30%配备应急调峰和备用电源，而目前仅约7%。
五是与外省电网互联不足。四川大规模特高压直流输电线路基本都建设在大型水电附近，由电源侧直接送出至华东等负荷中心，返送能力弱。德宝等具有返送能力的直流线路容量相对较小。另一方面，四川与其他电网的交流互联较弱，仅有少数几条500千伏输电线路，输电能力有限。因而发生严重缺电时，四川难以从外省区电网获得充足的电力支援。
近年来国内外类似四川大缺电的情况极端气象条件引发的类似事件屡见不鲜。2020年8月，美国加州经历自1985年以来最严重高温天气，导致负荷急剧上升，风电、水电出力下降，同时由于灵活性资源不足，最终发生大规模轮流停电事故。2021年2月，美国得克萨斯州遭遇极寒天气，低温导致采暖负荷急剧上升，风机因叶片结冰停运，天然气因井口冻结等产量降低，影响了燃气机组正常运行，最终不得不多次削减负荷以维持系统稳定，负荷削减峰值一度达到2000万千瓦。2021年9月，我国东北地区由于风电骤降、一次能源价格激增等原因，也实施了大范围的限电措施。
风电、光伏、水电等可再生能源电源都是典型的资源-气象依赖型、环境约束型电源，“靠天吃饭”，其发电出力随天气变化而波动，极端气候条件下出力更是“大起大落”。能源转型背景下，可再生能源大发展，使得整个能源系统受到气象因素的驱动作用日趋显著，在此情况下，如何增强电力系统应对极端天气的能力，本质问题是如何解决新型电力系统建设中保供的重大难题，为此本文提出以下建议：
一是将极端天气纳入电力系统常规规划考虑因素范畴。气候变化危机已成为现实威胁，极端天气发生的频度和强度都显著增加。根据IPCC最新报告，近年气候变化不断加剧。除非人类快速、大规模减少温室气体排放，否则全球温升将很快超过1.5摄氏度，每次温升都将增加极端天气发生的频率和强度。根据国家气候中心的监测数据，今年全球气温较常年偏高0.4摄氏度，英国、法国、西班牙及葡萄牙等地也遭受了异常高温天气。全球每年由高温导致的额外死亡人数已超过50万。气象专家预计未来十年或更长的时间将频发异常高温天气。以往电力系统在考虑极端天气因素时，仅将其作为一种偶发因素处理，预留的备用不足。鉴于极端天气发生的频度显著增加，在电力系统规划中，必须考虑极端天气因素，建设抗灾型的电力系统。
二是加强电网间交流互联，实现互为备用。在高比例可再生能源的电力系统中，受天气因素影响，东边日出西边雨，发电将呈现出极大的空间不平衡，更不用说极端天气。局部电网将频繁地出现时段性的供应短缺，这就需要在更大范围内实现电力供需平衡。直流输电线路容量大、效率高，但一般返送能力相对较弱，且新能源送端汇集点往往和送端电网的负荷中心不重叠，在送端电网发生用电短缺时，能够发挥的紧急支援作用有限。建议加强电网间的跨省交流互联，增强电网间的功率交换能力，从调剂余缺走向互为备用，以提高整个电网在空间上的再平衡能力。
三是优化配置化石能源和可再生能源。煤电等以化石能源为燃料的电源是基本不受极端天气影响的稳定电源。在高比例可再生能源接入的电力系统中，在长时间储能技术大规模应用之前，化石能源发电将在极端天气引起的供电短缺中发挥基础性的作用。在正常情况下，优先使用水电、太阳能等清洁的“增量”能源；在极端天气发生时，使用煤炭、燃气等“存量”太阳能的发电方式替代可再生能源；通过这种方式形成初期新型电力系统的有效保供。通过容量电价机制，提高火电等投资回报率，激励在负荷中心建设必要的火电等稳定电源，构建化石能源与可再生能源的时空互补的电源结构。
四是对负荷进行合理分类，提高保供经济性。将电力负荷分为：必保负荷，关系国计民生的重要负荷，代表社会活动的最基本能源需求；经济负荷，支撑经济发展的负荷；柔性负荷，限电、调整用电时间等不影响其经济性的负荷等。积极推进配电网改造，使其具备分类负荷投切能力。对必保负荷，现阶段以化石能源发电保供；对经济负荷以可再生能源与化石能源协同的方式保供；对柔性负荷采用源网荷储互动的方式保供。分类保供将全面降低新型电力系统的保供成本。
五是关于本次四川高温缺电的建议。基于上述分析，对四川提出如下建议：在负荷中心增加火电等稳定电源，在水电欠发时为系统提供重要供电保障。根据气候变化的最新情况，在有条件的地方鼓励发展分布式光伏等就地分散电源，为民生用电提供辅助支撑。发展抽水蓄能、新型储能等设施，增加系统灵活性资源，提升系统可靠性。加强与西北、华中等电网的互联，适当增加电能入川通道。
实现“双碳”目标、建设新型电力系统要区分过渡阶段和最终目标。目前，我国仍处于经济快速发展时期，碳排放处于先增后减的阶段。在新型电力系统建设过程中，要处理好能源转型与电力保供的关系。电力行业作为国民经济的基础性行业，能源转型不能操之过急，需将保障电力能源安全稳定供应放在首位，以可再生能源优先利用、与传统能源互补协同的方式完成碳达峰，以可再生能源与长期电力储能协同、碳捕集技术实现碳中和。（致谢：感谢国网四川省电力公司在论文撰写中的大力支持。）
