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传统电网如何结合去中心化分布式发电系统的探索

行业资讯2024-10-18

近日,在世界上最干旱的地区之一——撒哈拉沙漠,洪水自沙漠腹地喷涌,穿越连绵沙丘与稀疏植被,将干涸长达半个世纪的伊里基湖重新填满。自9月底以来,该地经历了极端降雨引发的洪水灾害。

地球的另一端,超强飓风“海伦妮”“米尔顿”接连肆虐美国佛罗里达州,造成超过300万户家庭断电,近三成的加油站陷入瘫痪。

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不久前,中国海南亦经历了17级超强台风“摩羯”的无情冲击。高数十米、造价上千万风机被掀翻,粗如臂膀的树干如凌乱的糖屑,散落一地。数十万人用电受影响,灾损超600亿元。

破坏之强、影响之大,超乎想象。系列小概率事件,是极端天气现象频发的鲜明例证。全球自然生态系统乃至整个人类社会,正因此面临无尽试炼与挑战。

“百年一遇”,为何频现?早前,一条微博词条登上热搜:20岁,经历过3次“千年一遇”。越来越多人感受到,天气越来越“反常”了。

比如,2022年我国南方“百年一遇”持续高温,2023年北京“140年以来”最强降雨,2024年广东北江流域“百年一遇”洪水,杭州历经“史上高温最漫长的一年”。“南涝北旱”的传统印记正逐步被抹去。

极端天气是相对罕见的,且对人类社会和生态系统产生破坏的天气现象的统称。它指一定地区在一定时间内出现的历史上罕见的气象事件,其发生概率通常小于5%或10%。

极端天气频发的背后原因,均指向全球变暖。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告指出,最近50年,全球变暖正以过去2000年以来前所未有的速度发生。

“受气候变暖影响,过去20年间,全球高温事件增加了232%,洪涝事件增加了134%,风暴事件增加了97%,山火事件增加了46%,干旱事件增加了29%。”联合国防灾减灾署发布的《灾害造成的人类损失2000—2019》报告显示。

联合国发出警示,全球变暖的时代已经结束,全球“沸腾年代”已然到来。伴随着全球变暖的,却非普遍而均匀地升温,而是极端的热、极端的冷,共同肆虐。

去年,中国“史上最热年”与“史上同期最强寒潮”同时出现,今年7月22日全球日平均气温为17.15℃,成为地球有记录以来最热的一天。

我们无法预知气象纪录何时被刷新,但可以确定的是,天气的极端不确定性在进一步加大。而极端天气引发的强风、洪涝、高温及冰冻等,正是电力系统最为忧虑的致命威胁。在自然灾害频发的今天,电网作为现代社会的基础设施,其稳定性和可靠性显得尤为重要。然而,即便电网技术不断进步,面对极端天气如超强台风的冲击,传统电网系统依然面临严峻挑战。当电网足够强大时,我们是否可以认为它能够抵御一切?

警钟不止一场台风在敲响!“紧急招募!报酬日结!”

台风“摩羯”登陆海南的第6日,重灾区海南文昌向社会紧急招募电工,要求专业电工或从事过电网电力工作经历的实操者,须能爬电杆,且需自带基本抢修工具。

在9月10日召开的海南省防御台风“摩羯”应急指挥部新闻发布会上,海南电网有限责任公司党委副书记赵有铖透露,几乎要重建一个文昌配网。

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在自然之浩瀚苍穹下,人微如尘,人类精心构筑的现代电力系统亦是。台风肆虐的数小时内,文昌全市房屋受损2.5万余间,全省110千伏及以上主网杆塔损坏68基,35千伏及以下配网线路受损1.42万公里,直接服务用户的配电变压器停运数量占总数63.94%,通信基站断电率82.3%。全市11家水厂有8家因停电停供。

蝴蝶扇一扇翅膀,影响还在延续。全球80%以上的停电事故由极端天气引起,包括台风、暴风雪、干旱、洪水等。极端天气与能源供需之间的关系,远比我们想象更紧密。台风对电力设施的暴力破坏,仅是其中一种。

一方面,“拉尼娜”现象持续推高能源需求。中国电力负荷“冬夏”双高峰特征日趋明显,2020年冬,“霸王级”寒潮造成江西、湖南多地限电。今夏,东部沿海经济大省浙江用电负荷七创历史新高,夏季降温负荷占最高用电负荷比重超四成。

另一方面,电力供应也常常“看天吃饭”。2022年,川渝60年一遇的极端高温干旱天气,致占当地电力供应80%以上的水电发电能力“腰斩”、工业限电停产。能源市场暗流涌动,供不应求,度电难购。千里外的浙江为保证电力安全稳定供应,以超常价格购入外省来电,最远来自新疆、西藏。

极端天气下规模快速增长的光伏、风电项目同样“历劫”。2021年2月,美国德克萨斯州遭遇极端寒潮,天然气管道冻结,风光发电设备停运。极端低温带来电力需求激增和供应短缺,数百万居民在零下19摄氏度的极寒中无电可用。

越来越多的“压力测试”表明,能源风险和气候变化两大危机相互关联,甚至相互耦合、互为因果。极端天气事件已逐渐从偶尔出现的“附加挑战”转为更为频繁的“必答考题”,甚至是电力系统安全稳定运行的“关键难题”。

当“百年一遇、乃至千年一遇”的灾害,年年相遇。电网需多么坚固,才能对冲气候风险?

大气是一个混沌系统,影响因素多,不确定性太大。2016年起,国家电网公司建立覆冰、山火、雷电、舞动、台风和地质灾害六大监测预警中心,将努力提前至灾害来临前。而电网设备多位于高山峻岭间等微地形区域,常规的台风预报难以满足电力生产运维实际需要。国网台风预警中心将气象、地形地貌、电网设备参数、专家经验、电网历史台风灾害等数据融合应用于台风灾害预测过程,将台风气象预测空间分辨率从3千米范围提升至1千米,为电网“量身定制”台风预报。

数据显示,在历次台风灾害过程中,国网台风监测预警中心对发生台风故障跳闸线路预测准确率最高超70%。在前期精准预测下,受影响地区作出有效抗击台风预案和充足物资准备,将灾害损失降到了最低。

不确定性灾害频现,增强城市韧性是必然选择。在城建规划上,各大城市也将环境气候纳入考量范畴。

宁波,如同众多沿东南海岸线、依河而筑的城市,台风带来的洪涝,历来是最主要的天灾。“相当于68个西湖水倾泻而下。”回忆起11年前的强台风“菲特”,当地居民仍心有余悸。穿城而过的姚江,水位达到历史最高值3.4米,城区泡在水里长达一周,6天18小时才退去。受汛期上游来水暴涨、台风增水、东海天文潮汐等叠加影响,余姚被称为“锅底”城市。

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地处东南沿海的浙江,4300多座海岛星罗棋布,全省受台风暴潮影响岸线长达6600公里,居全国之首。1949年至2023年,超50个台风“光临”此地。

当电网足够强大,是否可以抵御一切?“超强台风不常来,登陆地点‘捉摸不定’,按照抗超强台风的标准全面升级电网并不现实。” 

电网作为电力传输和分配的核心系统,其设计和运行需要考虑多种因素,包括负荷需求、发电能力、传输效率以及安全性等。在正常情况下,现代电网通过复杂的控制系统和调度策略,能够确保电力供应的稳定性和可靠性。然而,当面对极端天气条件时,电网的脆弱性便暴露无遗。

超强台风作为一种极具破坏力的自然灾害,其带来的强风、暴雨和海浪对电网设施构成了严重威胁。输电线路可能因树木倒塌、杆塔折断而中断,变电站可能因洪水淹没而失效,甚至整个电网系统可能因连锁故障而崩溃。

同时传统电网的集中化结构使得电力传输和分配过程高度依赖大型发电厂和输电线路。一旦这些关键设施发生故障,将直接影响整个电网的稳定性和可靠性。

面对传统电网的局限性和挑战,地磁能发电系统的分布式去中心化安装方式为其增添了独特的魅力与解决方案。分布式发电系统意味着电力可以在多个地点同时产生和分配,不再依赖于大型发电厂和输电线路,这种去中心化的结构使得电网更加灵活和可靠,这种灵活性不仅有助于应对突发的电力需求变化,还能有效平衡电网的供需关系,提高能源利用效率,还可以降低电力传输和分配的成本,可以分散电力生产和分配的风险,降低对大型电网设施的依赖。即使当某个地区受到自然灾害或人为破坏发生故障时,其他地区的发电点仍然可以正常运行,为整个电网提供电力支持。同时,分布式发电系统还可以根据负荷需求进行动态调整,提高电力供应的效率和稳定性。这种冗余设计使得电网在面对极端天气和其他挑战时更加坚韧和可靠。