4月28日，歐洲伊比利亞半島發(fā)生大規(guī)模停電事故。在全球能源轉(zhuǎn)型持續(xù)深入推進的背景下，該事件究竟是偶然現(xiàn)象，還是帶有某種階段性的必然？

現(xiàn)代電網(wǎng)具有天然的脆弱性

作為現(xiàn)代社會最重要的能源基礎設施之一，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行關乎國計民生，實為“國之大者”。但現(xiàn)代電網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展為由物理電力和信息通信構(gòu)成的復雜耦合網(wǎng)絡系統(tǒng)，具有與生俱來的脆弱性。

現(xiàn)代電網(wǎng)已經(jīng)成為有史以來規(guī)模最大的人造網(wǎng)絡系統(tǒng)，而電網(wǎng)具有超大規(guī)模網(wǎng)絡內(nèi)生的級聯(lián)故障風險。以我國為例，到2023年底，我國僅220千伏及以上的輸電線路就已超過92萬千米，電網(wǎng)運營線路總里程超過350萬千米，形成多達數(shù)百萬節(jié)點的復雜拓撲結(jié)構(gòu)。稍有不慎，高度互聯(lián)特性就會使得局部故障擴散、放大至區(qū)域甚至跨區(qū)電網(wǎng)，造成不可估量的損失。

電網(wǎng)受實時平衡的物理約束，對電壓、頻率的擾動極為敏感。為保障電力供應，電力系統(tǒng)需遵循嚴格的能量守恒定律，發(fā)電與用電必須實現(xiàn)毫秒級動態(tài)平衡。國內(nèi)外案例顯示，電壓偏差超過±10%或頻率偏差超過±0.5赫茲，都可能導致設備故障或系統(tǒng)不穩(wěn)定，嚴重者甚至可能導致部分電網(wǎng)解列或大面積停電。

電網(wǎng)設備絕大多數(shù)直接暴露于自然環(huán)境中，對環(huán)境變化的敏感性極高，倍增其系統(tǒng)的脆弱性。極端天氣、地質(zhì)災害，以及高空電磁脈沖、山火等災害，都可能導致輸電線路斷裂、設備損壞、系統(tǒng)失衡。這些環(huán)境災害既會直接給輸電線路、桿塔、變電站等電網(wǎng)基礎設施造成物理破壞，也會因為高溫、雷電等造成電網(wǎng)設備過載或絕緣失效，增大運行壓力，提升故障率，還會通過引發(fā)電網(wǎng)負荷的突變導致更頻繁的電網(wǎng)頻率和電壓的擾動，威脅系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

能源綠色轉(zhuǎn)型進一步加劇

現(xiàn)階段電網(wǎng)的脆弱性

歐美發(fā)達國家的電網(wǎng)普遍建成于20世紀70年代到90年代，新興經(jīng)濟體的電網(wǎng)系統(tǒng)主體建成于21世紀初。這意味著現(xiàn)階段全球主要的電網(wǎng)在設計、規(guī)劃、建造時主要著眼于火電、水電、核電等穩(wěn)定電源。隨著近些年電源側(cè)綠色革命的快速推進，特別是可再生能源的大規(guī)模發(fā)展，電網(wǎng)正經(jīng)歷著深度的變革，同時面臨越來越復雜的挑戰(zhàn)。

可再生能源接入電網(wǎng)的比例越來越高，電網(wǎng)穩(wěn)定運行的難度飆升。可再生能源發(fā)電具有間歇性、波動性。與傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、水電乃至核電相比，風、光等自然因素幾乎完全超出人類的控制。當出現(xiàn)突變時，為確保系統(tǒng)平衡，電力調(diào)度中心必須能夠立刻找到替代電源，否則就可能出現(xiàn)失控風險。隨著可再生能源接入電網(wǎng)的比例不斷升高，風電和太陽能發(fā)電的波動性傳導給電網(wǎng)頻率和電壓的影響也就越來越大，調(diào)頻和穩(wěn)壓的難度呈指數(shù)級上升。測試數(shù)據(jù)顯示，當午間時段云層遮擋導致光伏電站發(fā)電驟降30%時，附近變電站電壓瞬間下跌8.7%。如果缺乏可靠的調(diào)頻穩(wěn)壓能力，不僅電網(wǎng)自身的穩(wěn)定運行會受到?jīng)_擊，而且接入電網(wǎng)的精密儀器也會因此損壞。

近年來，電網(wǎng)裝載了越來越多的電子設備，在提升智能化、靈活性的同時，也帶來了難以避免的“副作用”。首先是電網(wǎng)的系統(tǒng)慣量下降。傳統(tǒng)發(fā)電設備具備轉(zhuǎn)動慣量，電力系統(tǒng)依靠大量的設備慣性維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性。但與可再生能源深度嵌合的電子設備無法提供旋轉(zhuǎn)備用慣量，使得電網(wǎng)在頻率振蕩時失去有效的緩沖能力，因頻率失控而導致崩潰的風險越來越大。其次是電子設備在運行過程中可能產(chǎn)生高頻諧波，與其他電網(wǎng)設備發(fā)生共振，導致設備損壞。再次是電子設備的穩(wěn)定運行依賴遠程數(shù)字控制系統(tǒng)，物理設施與數(shù)字系統(tǒng)的深度融合為電網(wǎng)的安全運行增加了新的風險場景。數(shù)字控制系統(tǒng)響應延遲、控制參數(shù)設置失配、控制系統(tǒng)遭受遠程篡改等，都可能引發(fā)電網(wǎng)運行失穩(wěn)。

大停電是西葡能源轉(zhuǎn)型失衡

發(fā)展的一種必然

解決能源綠色轉(zhuǎn)型給電網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，最根本的是要依靠電網(wǎng)技術的持續(xù)創(chuàng)新突破，建立面向新形勢、應對新挑戰(zhàn)的電網(wǎng)管理、運行、監(jiān)管體制機制。當務之急是要進一步加大投資，加快電網(wǎng)級儲能建設，把原本立足于接入集中式、穩(wěn)定電源的傳統(tǒng)電網(wǎng)，升級改造為新型韌性智慧電網(wǎng)，足以消納更大規(guī)模的、泛在的、波動性強的兼具產(chǎn)消一體特征的可再生能源。國際能源署的研究顯示，為實現(xiàn)氣候目標，到2030年全球電網(wǎng)投資規(guī)模需達到平均每年6000億美元，而配電網(wǎng)的數(shù)字化和現(xiàn)代化建設將是投資的重點。

在能源綠色轉(zhuǎn)型加快推進的條件下，傳統(tǒng)電網(wǎng)具有不容忽視的結(jié)構(gòu)性脆弱，已成為影響能源轉(zhuǎn)型深入發(fā)展的關鍵問題。如果缺乏對電網(wǎng)建設的足夠投入，缺乏對建設新型電力系統(tǒng)的清晰認識和準確把握，則電網(wǎng)出現(xiàn)頻繁振蕩，引發(fā)供電失穩(wěn)，乃至出現(xiàn)不同程度的解列，導致局域甚至更大范圍的停電，不僅不是偶然事故，反而更是能源轉(zhuǎn)型進程中源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)發(fā)展失衡的必然結(jié)果。

至此，可以聚焦西葡兩國的具體情況從而回答開頭的問題。第一，兩國電力系統(tǒng)中，可再生能源的占比已經(jīng)超過八成，事故發(fā)生時接近100%，電網(wǎng)處于脆弱的頂點。第二，與歐洲電網(wǎng)整體水平相似，兩國電網(wǎng)基礎設施運行超過30年，老化嚴重，缺乏有效應對可再生能源超高比例接入的物理保障。第三，傳統(tǒng)電源退出過快，而電網(wǎng)級儲能規(guī)模不夠，電力系統(tǒng)實時平衡能力下降。加上有待西葡兩國相關部門詳細調(diào)查的其他技術性原因，共同引發(fā)了此次事故。表面上看具有某種偶然性，但實際上恰是能源轉(zhuǎn)型失衡發(fā)展所醞釀的系統(tǒng)危機的一次集中體現(xiàn)。

此次大停電事故對我國具有不可多得的樣本意義。一是要重新審視能源快速轉(zhuǎn)型過程中傳統(tǒng)電源在電力系統(tǒng)運行中的重要作用，先立后破的原則不能丟。二是要堅持全局觀念和系統(tǒng)思維，從整體安全和全局最優(yōu)的角度，持續(xù)增強新能源發(fā)展與能源和經(jīng)濟系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)型的匹配度。三是全球能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)進入“無人區(qū)”，出現(xiàn)的新問題、新挑戰(zhàn)沒有前車之鑒可以參考。要進一步加快科技、監(jiān)管、市場機制、投融資等全方位創(chuàng)新，面向國家能源轉(zhuǎn)型遇到的問題探索創(chuàng)造性的解決方案，加快構(gòu)建新型能源體系、建設新型電力系統(tǒng)。在此過程中，以切實的成就，為全球能源轉(zhuǎn)型提供中國經(jīng)驗、中國方案、中國智慧。

（作者：苗中泉 菅泳仿 毛吉康 單位：國網(wǎng)能源研究院有限公司）