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四川高溫限電痛點在何處，如何防止重演？

2022/09/06
導讀
不要輕易 “浪費” 一場危機
    9.6
知識分子The Intellectual

8月19日晚，限電的成都街頭，路燈調暗了亮度 | 圖源：成都市民素素


 導  讀

突如其來的持續(xù)性高溫干旱攪動了四川的供電 “危局”，將 “缺電” 問題的影響提升到了新的高度，為我國建設新型電力系統(tǒng)的開局蒙上了一層陰影、也敲響了警鐘。究竟為何外送電力大省會發(fā)生讓人 “大跌眼鏡” 的嚴重缺電事件？未來又該如何提升電力供應安全呢？


撰文 | 袁家海   林江   張浩楠

責編 | 馮灝

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今年夏天，罕見熱浪襲擊我國多省（市），導致電網(wǎng)負荷激增，電力保供問題再一次成為社會關注的焦點，其中，四川 “缺電” 情況最為嚴峻。整個夏季，四川電力供應面臨電力、電量硬性不足，迎峰度夏的電力保供經(jīng)歷了相當艱難的 “至暗時刻”，一度啟動突發(fā)事件能源供應保障一級應急響應。

日前，川渝地區(qū)已迎來降雨，流域來水增加，水電發(fā)電能力恢復正常，再加上高溫天氣逐步消退，缺電問題已得到了基本緩解，除了少部分高耗能工業(yè)以外，社會生產生活秩序逐漸恢復。

但是，考慮到用電負荷的慣性增長和未來氣候風險的持續(xù)加劇，川渝地區(qū)的電力供應安全還將面臨怎樣的挑戰(zhàn)？未來缺電風險是否持續(xù)放大？電力系統(tǒng)應該如何應對沖擊？都是從業(yè)者必須回答的問題。

1

去年缺煤，今年缺水

我國近年來的缺電事件在2018年初見端倪，彼時華北、華中和西南地區(qū)受年初大范圍雨雪天氣、夏季持續(xù)高溫天氣、部分時段煤炭燃料供應偏緊等因素影響，局部時段電力供需平衡偏緊，尤其是夏季尖峰電力缺口共計2454萬千瓦 [1]。

此后，“迎峰度夏” “迎峰度冬” 這類表述開始大量出現(xiàn)在公眾視野中，2019年和2020年多地采取有序用電措施，以順利度過冬夏季的供電緊張時段。所謂 “有序用電” 就是通過行政措施、經(jīng)濟手段、技術方法，對需求側的用戶控制部分用電需求，以確保大電網(wǎng)供電安全、維護供用電秩序平穩(wěn)。

2021年先后出現(xiàn)多次電力緊缺事件。冬季的湖南、江西等地和夏季的全國多地用電緊張狀況達到了 “拉閘限電” 的嚴重程度，主要原因是氣溫因素作用下尖峰用電負荷快速上漲，但電力系統(tǒng)應對能力提升緩慢，缺電問題愈發(fā)嚴重；在全國大范圍限電的嚴峻時刻，煤價大幅上漲、而煤電電價受到 “上浮不超過10%” 的約束，難以將發(fā)電成本疏導出去，使得企業(yè)陷入 “面粉比面包貴” “無煤可買” “越發(fā)越虧” 的境地，直到當年11、12月，煤炭價格才在政府的強力干預下回落企穩(wěn)，缺煤限電問題得到解決。

圖1 2021年5月至2022年5月全國動力煤市參考價 | 數(shù)據(jù)來源：卓越鋼鐵網(wǎng)


去年缺煤，今年缺水，表象不同，但后果都是直接挑戰(zhàn)電力供應安全保障。盡管這兩年電力短缺的原因各不相同，但均是季節(jié)性和時段性用電高峰，致使有效電力供應不足所產生的短時電力缺口。而此次四川的缺電問題已經(jīng)發(fā)展為長時電力電量不足的 “硬” 缺電。頻發(fā)的電力短缺問題暴露出我國電力供應面臨的風險正不斷加劇。

頻發(fā)的極端異常天氣，讓 “新型電力系統(tǒng)” 建設的開局兩年備受考驗。而隨著全球變暖趨勢的持續(xù)，極端異常天氣對電力需求和供應的影響在未來只會增加，可能成為電力保供和能源安全的最重要風險因素，不能不慎重對待。

2

作為全國水電第一大省

四川今夏為何缺電？

經(jīng)過近五年來多輪次的季節(jié)性氣溫引發(fā)的缺電事件，2022年全國各省份都提前發(fā)布了 “迎峰度夏” 方案，因此，雖然今年多地夏季連續(xù)高溫，降溫用電負荷大幅上漲，但全國除川渝地區(qū)外，并未出現(xiàn)大范圍的限電。

而四川出現(xiàn)了嚴重的缺電，不得已啟動突發(fā)事件能源保障一級應急響應措施。下面，我們來細致地回顧四川缺電的始末。

圖2 2022年8月21日14時全國各地氣溫分布圖 | 圖源：中國氣象局


四川地處我國西南腹地，擁有極為豐富的水資源，且由于橫斷山脈的原因，部分河段水流落差極大，如雅礱江、大渡河、金沙江等，是天然的梯級水電站開發(fā)基地。我國五大水電站中有四座在四川金沙江河段，水電裝機總量、年發(fā)電量雙雙穩(wěn)居全國第一，分別占到全國水電的21.2%和29.8%。憑借豐富的水資源，四川成為清潔電力外送大省，大量電力外送華中、華東地區(qū)。

既然四川擁有如此豐富的水電資源，今夏為何會缺電呢？原因可總結為：干旱致使四川水電發(fā)電能力斷崖式下跌、高溫使得四川用電負荷大幅上漲、入川輸電通道偏少、火電和新能源難以補足用電缺口。原有的電力系統(tǒng)平衡常規(guī)態(tài)勢被打破，在線發(fā)電容量難以滿足用電需求，進而出現(xiàn)持續(xù)近兩個月的供電緊張狀況。

 1  水電 “腰斬”

四川的電力結構以水電為主，2021年底水電裝機達8887萬千瓦、火電裝機1825萬千瓦、新能源裝機723萬千瓦，而年度最大用電負荷在5200萬千瓦左右，理論上不存在數(shù)量上的電力缺口；發(fā)電量方面，2021年四川省全年總發(fā)電量約4329億千瓦時，近80%來自于水電 [2]。

我國正推動成渝雙城經(jīng)濟圈建設，這里也介紹下重慶的電力狀況。在重慶市電力供給結構中，火電處于主導地位，水電作為支撐，本地電力供給能力無法滿足需求，是典型的電力送入地區(qū)。電力裝機方面，2021年底火電裝機達1540萬千瓦、水電裝機791萬千瓦、新能源裝機228萬千瓦，年度最大負荷2435萬千瓦，具有小規(guī)模尖峰電力缺口；電量方面，2021年重慶市全年發(fā)電量為930.9億千瓦時，其中火電占72.1%，水電占24.6%，送入電量規(guī)模約為410億千瓦時、且主要來自四川 [3]。

今年進入汛期后，四川省來水偏枯異常嚴重，7月大渡河、岷江等省內主要河流來水相比多年歷史均值普遍下降40%以上，8月上旬更是減少60%以上。如果水電站擁有水庫還可發(fā)揮一定程度的調節(jié)緩沖作用，但四川具有季及以上調節(jié)能力的水庫電站（擁有大型水庫的水電站可以將汛期的水量儲存、用于枯水期發(fā)電，實現(xiàn)季節(jié)性調節(jié)）裝機不足水電總裝機的40%，存在大量無調節(jié)能力的徑流式小水電，來水偏枯嚴重影響此類小水電汛期出力情況 [4]。干旱缺水導致水電發(fā)電量大幅下降，估計水電有效發(fā)電容量降至4000-4400萬千瓦，直接 “腰斬”。

此外，按照國家 “西電東送” 戰(zhàn)略，四川向家壩、溪洛渡、錦屏、白鶴灘等梯級大型電站均由國家統(tǒng)籌安排開發(fā)和消納，省內、省外有固定的分配比例。這意味著，四川水電的外送并不是四川優(yōu)先使用、多余電量才外送，而是類似 “照付不議” 的剛性外送原則，外送通道都有著相應的電力落地省份。

那四川缺電時能不進行外送電力嗎？答案是可以適當調減外送電力，但不能停止外送。

從長遠來看，外送協(xié)議可以確保四川多余水電能夠充分消納、保障華中和華東地區(qū)電力供應。過去，四川棄水嚴重，2016年棄水電量達到了141億千瓦時，外送電力既可以將富余水資源轉化為經(jīng)濟回報，也可以替代華中和華東地區(qū)新增煤電，可謂 “一舉兩得”。短期而言，如果四川 “截流” 外送電力，即使能夠支付 “違約賠償”，但這會打亂國家電力平衡調度的局面，以江浙滬為例，正常情況下四川輸送到上海、江蘇、浙江的電力分別占三省市最高用電負荷的34%、12%和17%，約占華東區(qū)外受電的三分之二 [5]，要在短時間內調度充足的發(fā)電資源來填補外來電缺口，這對于本就供需偏緊的華中和華東地區(qū)難度很大。

實際上，啟動能源保供一級響應后，國網(wǎng)調度中心已允許四川增大水電留川規(guī)模，將東北、華北、西北地區(qū)富余電力輸送至華東、華中地區(qū)，但客觀上受電網(wǎng)架構的限制，外送水電留川的規(guī)模有限。換句話說，即便是能將外送水電全部留川，當前的四川電網(wǎng)基礎設施也無法全部接納。

根據(jù)2022年四川省統(tǒng)調統(tǒng)分水電名單匯總得出，參與外送統(tǒng)調統(tǒng)分水電裝機容量為4860.39萬千瓦，省調裝機容量占比不足六成 [4]。因此，盡管高溫干旱對水電造成了很大的影響，但為下好全國 “一盤棋”、避免更大范圍的缺電事故，即使是在自身缺電的情況下，四川水電依然要外送，留給本地的有效發(fā)電容量不到3000萬千瓦。

 2  需求暴漲

川渝地區(qū)用電需求高速增長，用電結構中第三產業(yè)和居民用電比重較高，第三產業(yè)和居民用電負荷曲線具有較為顯著的時段性和季節(jié)性變化特征。目前來看，多地用電負荷曲線呈現(xiàn) “尖峰化” “雙峰化” 特征，會拉低平均負荷率、抬升最大負荷、增大電力平衡難度。

此次四川夏季高溫打破了60年來的最高記錄，使得空調負荷大幅上漲。據(jù)統(tǒng)計，四川居民日用電量最高達到4.73億千瓦時，較日常居民日用電量增長3.6倍，一般工商業(yè)日用電量增長1.5倍。電力消費激增主要來自于降溫空調負荷，根據(jù)公開信息粗略估算，四川溫控負荷要占到全網(wǎng)負荷的60%-70%左右，將全省用電負荷推升至6500萬千瓦，較2021年最大負荷上漲25% [6]。

 3  入川輸電通道容量偏小

四川是外送大省，與外省的聯(lián)絡線主要是單向的外送輸電線路。目前四川外送電能力達到了3000萬千瓦左右，例如復奉直流、賓金直流、錦蘇直流、德寶直流、雅中-江西、白鶴灘-江蘇等多條線路。

圖3 四川電網(wǎng)主要網(wǎng)絡通道示意圖 | 圖源：四川電力交易中心平臺


其中，500千伏德陽—寶雞直流輸電工程（德寶直流）是四川電網(wǎng)為數(shù)不多可雙向輸電的直流外聯(lián)通道，季節(jié)性調整運行方向，夏秋季四川電網(wǎng)向西北電網(wǎng)輸送富余水電，春冬季西北電網(wǎng)向四川電網(wǎng)輸送新能源和部分火電，以此實現(xiàn)兩地資源 “豐枯互濟”。為緩解四川缺電問題，陜西寶雞送四川德陽的直流輸電通道滿功率運行，再加上來自南方電網(wǎng)、甘肅和湖北等的共計八條支援線路，入川的省外每日支援電量已達1.32億千瓦時、支援電力約600萬千瓦。即便如此，相對于外送通道，入川電力通道明顯偏小。

 4  火電和新能源容量難以補足缺口

據(jù)《四川日報》，8月22日，水電大幅減發(fā)的情況下，四川省內67座火力發(fā)電廠迅速補位，當日發(fā)電出力達到了1275萬千瓦，占當日省內電網(wǎng)最大負荷約25%。但是，火電實際出力較額定容量偏小，僅提供了全部裝機容量三分之二的有效出力，分析原因，可能與四川煤電長期虧損下機組性能不能保持最好狀態(tài)、部分煤電機組按照豐水期處于計劃檢修狀態(tài)、嚴重干旱導致冷卻水不足、本地煤炭資源供應能力有限和煤質不高、部分機組為避免高溫故障而不能滿負荷運行等因素有關。但即使全部火電機組滿負荷運行，即再增加550萬千瓦出力，也難以完全彌補電力缺口。

同時，高溫干旱時風力較小，風電整體出力不足。雖然光伏發(fā)電與日間用電負荷高度契合，但高溫會影響光伏的發(fā)電效率，因此723萬千瓦的新能源裝機的實際出力水平可能僅在300萬千瓦左右。也就是說，四川省內除水電外的本地電源實際出力在1600萬千瓦左右。

相比之下，雖然重慶也受高溫侵襲，但其火電為主、少量水電的電力供給能力并未出現(xiàn)大幅削減，最大用電負荷2600萬千瓦左右，在依托西南電網(wǎng)的情況下，缺電狀況相對較輕。這并非是鼓勵多建火電來保障供電安全，其背后的深層次教訓是要通過多元化手段來強化電力系統(tǒng)可靠供應能力。

綜上，四川本地電源供應能力約4400萬千瓦，入川支援電力約600萬千瓦，即四川供給側供電能力為5000萬千瓦，能勉強滿足常規(guī)夏季時的用電需求，但距離此次高溫季最大負荷6500萬千瓦還有近1500萬千瓦的硬缺口（往年電力缺口在200萬千瓦左右）。因此，不得不啟動四川省突發(fā)事件能源供應保障一級應急響應，企業(yè)減產、讓電于民。

總結來看，持續(xù)高溫干旱，一方面大幅推高了電力需求，另一方面又使得水電為主的四川電網(wǎng)電力供應能力腰斬，火電和新能源受限于規(guī)模難以補足用電缺口，而作為清潔能源外送基地能夠支援四川的線路能力有限。作為事件的觸發(fā)器和放大器，持續(xù)高溫干旱天氣激化了四川重慶的電力供需失衡局面，直接導致了嚴重缺電。

3

川渝地區(qū)需提前部署

應對未來的持續(xù)缺電風險

此次四川電力緊缺事件反映出，即使是水電這種相對可靠的可再生能源，仍會使得電力系統(tǒng)遭遇較大的氣候風險，未來新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)更大。川渝地區(qū)的水電雖然仍有很大的技術可開發(fā)規(guī)模，但基本都是要納入國家統(tǒng)籌開發(fā)體系下，主要用于外送調度，留給自身的電力指標有限，未來本地新增用電需求主要靠新能源和火電來滿足，預計未來會形成 “水電為主，火電、新能源并舉” 的電力格局。

考慮到用電負荷慣性增長和未來氣候風險持續(xù)加劇，川渝地區(qū)的電力供應安全存在較大挑戰(zhàn)，未來缺電風險還可能持續(xù)放大，尤其是極端天氣會放大需求預測與實際狀況的偏差。

例如，美國得州電力可靠性委員會預設的最極端情景的需求，比去年實際情況低了14%，四川高溫時最大用電負荷同比增速遠高于歷史增速。因此，需要更加嚴格和透明的綜合規(guī)劃，從電源、電網(wǎng)、用戶側、應急管理、市場機制等方面多措并舉，快速提升電力系統(tǒng)安全調節(jié)能力和資源充裕度。

電源建設方面，“十四五” 期間川渝地區(qū)水電裝機將繼續(xù)增加約1000萬千瓦，并著力提升電站的蓄水調節(jié)能力；充分發(fā)揮四川的天然氣資源優(yōu)勢，新增600-1000萬千瓦調峰氣電機組；大力發(fā)展可再生能源，預計新增裝機規(guī)模1200萬千瓦以上，特別是加快發(fā)展分布式光伏，實現(xiàn)用戶自己可以發(fā)電用電的“藏電于民”效果，另外，屋頂光伏可以降低夏季室內溫度、減少空調負荷的使用，部分緩解電網(wǎng)供電壓力。

電網(wǎng)建設方面，已有輸電線路應試驗完善受端與送端電網(wǎng)的雙向輸電技術，像德寶直流既能從四川向外輸電、也能將電力送入四川；加大入川電力通道開發(fā)，尤其是西南電網(wǎng)內部的互聯(lián)互濟和西北送西南的電力通道建設。

需求側方面，深挖需求側靈活響應能力、培養(yǎng)電力用戶節(jié)電能力，例如企業(yè)在用電高峰期錯峰生產、居民空調負荷短時中斷供電為電力系統(tǒng)提供緩沖時間，到2025年形成占最大負荷5%左右的常態(tài)化需求響應資源，并儲備突發(fā)事態(tài)下大規(guī)?？芍袛嘭摵蓱闭{度資源，例如計劃性停電對生產經(jīng)營過程安全影響不大的行業(yè)（如服裝業(yè)、紡織業(yè)、家電制造、家具、造紙等）可在嚴重缺電時根據(jù)有序用電指令暫停生產。

應急管理方面，結合發(fā)用電形勢和不同風險事件態(tài)勢，不斷完善應急響應預案，對有序停用電順序、應急供電措施、醫(yī)療和交通等重要部門供電保障等方面做詳盡部署，做到快速、科學、高效、合理地應對能源電力短缺事件。

特別指出的是，美國得克薩斯州寒潮停電事件和我國四川高溫停電事件暴露出同一個重大問題，即缺少靈活的區(qū)域電力互聯(lián)機制，在本地電力供給能力不足時無法獲得外來電的支援。

在2021冬季風暴期間，美國得州發(fā)生嚴重停電事故，主要是由于天然氣、煤炭和核電站缺乏應對極端天氣的防范措施，進而發(fā)生供電故障 [7]。同時，得州電網(wǎng)作為一個獨立的電網(wǎng)，與其他兩個州電網(wǎng)的互連有限，因此很難從相鄰地區(qū)獲得支援。此次事件進一步證明了區(qū)域電力系統(tǒng)一體化在應對極端天氣事件的重要性。

因此，跨省跨區(qū)電力互聯(lián)，是我國電力轉型 “一盤棋” 的重要環(huán)節(jié)，可以將西部清潔能源輸送到東中部用電中心，實際上，不同省份的用電高峰存在或季節(jié)、或日期、或時點的時間差，這就為尖峰電力的短時省間互補平衡提供了可操作空間。通過建立更加靈活的區(qū)域電力市場，提高區(qū)域電力資源的互聯(lián)互通，發(fā)揮區(qū)域間更大空間范圍、更短時間尺度的電力平衡能力，對保障電力安全供應的作用和效果要遠優(yōu)于當前這種單一的省級平衡模式。

從更為長遠和宏觀的層面來看，由于川渝地區(qū)擁有豐富的水力資源，具備建設新型電力系統(tǒng)的先天優(yōu)勢，除了上述提到的短期電力發(fā)展安全舉措并沿時間線持續(xù)推進之外，還需要在產業(yè)結構調整、多能源互聯(lián)和應急資源儲備等方面不斷深化完善。

具體來講，加快經(jīng)濟結構優(yōu)化調整，不要盲目擴大高耗能行業(yè)規(guī)模，例如鋼鐵、水泥、焦化、平板玻璃等行業(yè)會占用大量的清潔水電資源，加重能源供應負擔，轉而發(fā)展市場前景更為廣闊的醫(yī)藥、航天、通信、信息等高新技術產業(yè)和服務業(yè)，會逐步升級產業(yè)用電結構，使得電力消費的經(jīng)濟產出效率更高。

但當電力消費轉向服務業(yè)和居民用電的時候，也會使其負荷曲線更加尖峰化。服務業(yè)和居民都有明顯的時段性集中用電特性，例如上午的9時至11時、下午的14時至16時、夜晚的19時至23時，會使得用電負荷起伏變化、且會在短時間內抬高用電負荷。如果由火電來完全滿足每天僅三四小時的尖峰負荷會付出很高的成本，這時候利用需求響應、能效電廠（即通過實施一攬子節(jié)電計劃和能效項目，節(jié)約出一部分的用電空間）、分布式電源（可以自發(fā)自用，不用依賴電網(wǎng)供電）和儲能資源（比如電動汽車的充放電）的開發(fā)部署，可以低成本地實現(xiàn)電力平衡。因此，電力供應應急保障應優(yōu)先采用成本低、見效快的需求響應措施，提升電力系統(tǒng)的保供能力
圖4 電力應急供應保障措施時間表

多能源互聯(lián)是為了提升能源系統(tǒng)的清潔性、靈活性、抗風險性，例如將可再生能源轉化為電能，多余電能通過電制氫轉化為可以大規(guī)模、長時間儲存的能源
（如氫、氨、甲醇等）
，既能減少對化石能源的消耗、提升能源電力系統(tǒng)清潔度，也能將平時多余的可再生能源儲存起來，通過氫氣發(fā)電、甲烷發(fā)電、天然氣摻氫發(fā)電等方式用于應急時期的能源供應，實現(xiàn)靈活消納多余可再生能源和儲備應急資源的雙贏。
 參考文獻：
（上下滑動可瀏覽）

1.袁家海. 中國電力供應安全的經(jīng)濟分析與保障路徑研究[R]. 北京: 2020.

2.四川電力交易中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計 https://pmos.sc.sgcc.com.cn/pxf-information-public/#/pxf-information-public/layout

3.重慶市經(jīng)濟和信息化委員 http://jjxxw.cq.gov.cn/zwgk_213/jytafhgk/202206/t20220616_10819753_wap.html

4.四川水利發(fā)電 http://www.scslfd.com/go.htm?k=xing_ye_zi_xun&url=details&id=17976&ourl=wenzi_list

5.澎湃新聞 https://m.thepaper.cn/baijiahao_19717922

6.人民網(wǎng) http://sc.people.com.cn/BIG5/n2/2022/0821/c379470-40089586.html

7.https://energy.utexas.edu/ercot-blackout-202

制版編輯 | 姜絲鴨



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