關于加強電力系統可靠性管理工作的思考
來源：中國電業與能源
國家能源局機關服務中心主任 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，如何在滿足能源轉型目標的同時，提高電力供應保障能力是當前電力行業發展面臨的重點和難點問題。電力系統可靠性管理從事前預測、事中評價、事后評估三方面入手，以定量分析的方法，可及時發現電力供應中可能出現的風險和隱患，提升保障電力供應的能力。
國內外電力系統可靠性管理工作相關情況
（一）北美電力系統可靠性管理情況
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（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可靠性問題。經過50余年的發展，在電力可靠性管理方面，NERC職能完備，實現了標準制定、監督管理、管理培訓等全鏈條管理，其典型特征可歸納為：管理屬性和技術屬性并重；既管運行又管規劃；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，又是執行者和服務者。
在電力系統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，兼顧系統可靠性和投資經濟性，其制定的北美大電力系統可靠性標準分為14個類別，共110項標準，用于規范電力系統實時操作、日前操作、運營規劃、長期規劃及運行評估等。NERC每年獨立開展可靠性評估并發布分析報告，其獨立、客觀的系統可靠性評估結果為北美電力系統的持續可靠運行提供了支撐。
（二）我國電力系統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備的，且僅局限于指標的統計和分析，管理對象主要為電力企業生產技術部門，與規劃、運行部門橫向聯系較少，缺乏系統性，對保障電力系統充裕性和安全性支撐不足。
在組織管理體系方面，我國監管層面的電力可靠性管理文件主要由部門規章、規范性文件構成，多為原則性的表述，技術屬性不足。電力規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企業年度方式匯報、協調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可靠性管理機制。在技術層面上，我國大部分電力系統可靠性管理相關的技術工作均由電網企業完成，相應標準體系、技術體系的建立和運轉也多以企業為主體。
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當為電力供應保障服務，為開展電力系統可靠性管理指明了方向。
（三）深刻認識加強電力系統可靠性管理的重要意義
開展電力系統可靠性管理的初衷是保障電力供應。截至7月底，全國發電總裝機達到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。考慮2023年迎峰度夏期間最高負荷為13.39億千瓦，電力供應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？電力系統可靠性管理可一顯身手，開展電力系統可靠性管理工作的必要性及可行性均已具備。
國內外大停電事故和電力供應緊張案例分析
（一）國內外主要的電力供應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，國內外電力供應緊張情況頻現。筆者梳理了2019年以來國內外主要的電力供應不足和大停電事故，如表1所示。
表1 2019年以來國內外主要電力供應緊張和大停電事故
以巴西大停電事故為例，截至2022年底，巴西全年總發電量達6772億千瓦時，水力發電占比73.6%，且多集中在北部、西部區域，而負荷中心集中在東南沿海區域，呈現“北電南送、西電東送”的輸電格局。北部、東北地區電網主網架薄弱，尤其是北部區域僅通過鏈式結構將區域水電站串聯組成。
裝機結構單一、電網結構薄弱等缺陷，是巴西發生“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統計分析情況來看，極端天氣對電力供應保障工作的影響力日益凸顯。
（二）典型電力供應緊張情況及后續應對成效分析
電力系統可靠性、保障性舉措落實不到位，會頻繁導致電力供應緊張。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僅通過5條共計125萬千瓦的聯絡線與外部電網相連，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，美國德州電網在事故發生后至今，實質性提高電力系統可靠性的舉措落地緩慢，隨之而來的是2022和2023年美國德州電網供電緊張情況頻繁出現。
國內以我國湖南電網為例。2020年湖南電網僅通過3回500千伏交流和祁韶特高壓直流與省外相聯絡，受電通道能力600萬千瓦，受湖南省500千伏交流斷面轉供能力、近區潮流疏散、電源及負荷結構等因素影響，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定提升至600萬千瓦；同時，為加快發展新型儲能，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節能力的提高將進一步提升湖南電網電力系統可靠性水平。
做好電力系統可靠性管理工作的建議
（一）建章立制，規范開展電力系統可靠性管理工作
加快《辦法》配套文件的制定，明確電力系統可靠性指標計算方法、數據來源、報送機制，指導電網企業建立電力系統可靠性評價體系，增強與系統規劃、運行方式安排等工作的銜接。電力系統可靠性與電網運行方式和發電資源密切相關，結合中長期規劃、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，以區域和省份作為電力系統可靠性管理的基本單元，建立基于負荷需求預測、發電充裕性評價、跨省跨區余缺互濟能力、重要電源和電網工程規劃等指標的評估體系，量化評估電力系統可靠性。
（二）規劃先行，提高電力系統充裕性
電力系統可靠性的實現高度依賴于發電和輸變電能力的充裕性，而規劃是充裕性管理的源頭，應在政府主導下，加強備用容量分析，針對各省/區域的資源稟賦和負荷特征規劃評估，及早發現電力供需缺口、系統結構短板等系統可靠性問題。評估極端天氣等外部因素對電力生產和運行的影響，并將電力電量缺口作為評價規劃有效性的標準之一，夯實電力供應保障基礎。
（三）多措并舉，提升系統靈活性
進一步發掘靈活調節資源的價值，持續推進煤電機組靈活性改造，充分發揮各類發電機組的系統價值。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，為電網運行提供頂峰支撐能力。加強需求側和電力負荷管理，提升需求響應能力，分時分地施策，形成規模化的實時響應能力，推動可調節資源共享互濟。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，強化系統支撐能力。
（四）加快電網工程建設，切實提高跨省跨區余缺互濟能力
當前，電網建設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，對提高系統可靠性的備用聯絡能力考慮不足，比如特高壓直流工程建設導致的潮流轉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實價值的情況下，應堅持系統觀念，全面梳理電網阻塞情況，評估當前電網滿足電力輸送及局部電網間電力交換的能力，加強重要電源/輸電通道投運時序管理，并規劃一批提高跨省跨區輸電能力的電網工程。
（五）妥善評估和應對小概率極端事件
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可靠性，通過優化運行方式安排和需求側響應等方式，分析其對電力供應緊缺的置信概率，用大概率思維應對小概率事件，防范重大運行風險。充分發掘氣象和電力運行歷史數據，評估電網結構和輸電能力對氣候風險的適應性，將氣候風險納入發電充裕性評價，評估極端天氣可能對電力系統運行造成的沖擊，校驗系統的真實可靠性水平。
（六）強化監管，貫通電力生產全過程數據
理順電力系統可靠性管理體系，加強人員和技術儲備，將分散于不同管理文件中的電力系統可靠性相關內容整合，形成一套內容全面、規范性高、可執行性強的參考文件，并借鑒北美先進的管理和技術模式，增加監管專業人員，督促電力企業落實電力可靠性管理主體責任。以電力系統可靠性管理為核心，有效銜接發電、輸變電可靠性管理，并延伸至供電能力評價，縱向關聯發電、輸變電、供電可靠性業務數據，實現數據聯動分析，量化電力事件對系統可靠性和供電能力的影響。
