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一片云就能扰乱脆弱的新能源电网?
半岛体育官方网站-百家乐棋牌返水最高平台 2025最新2024年的欧洲杯决赛在西班牙队和英格兰队之间展开,随着中场休息的哨声响起,数百万英格兰球迷为了平复45分钟积蓄的紧张压力,不约而同冲进厨房烧水泡茶。此时,英国电网的电力需求在几分钟内激增超过1000兆瓦。还好,英国的电力工程师对此早有预料,各种备用电源立马满负荷运行,保证电网安全运行。
这种因热门电视节目导致电网用电量巨幅波动的情况是英国独有的现象,电力工程师给它取了一个名字“TV pickup(电视激增)”,这是英国茶文化与电网平衡的共同结果。
英国人喜欢喝茶,当大型体育赛事和热门电视剧到了广告时间段或大结局时,英国人都要来一杯热茶平复心情,而且他们用的开水壶功率也普遍较大,通常是2.5千瓦到3千瓦(我国的通常是1.5千瓦)。数百万个电热水壶同时开启时,电力需求能短时间内激增数百甚至数千兆瓦。在其他欧美国家,由于生活习惯不同,类似的浪涌(电路中出现的瞬间过电压或过电流现象)不太常见。
1990年世界杯半决赛英格兰点球大战中输给德国,爆发了2800兆瓦电力需求
如果仅仅是“电视激增”,英国电网还能应对。但近些年新能源的推广,给英国、乃至世界各国的电网都提出了新的挑战,甚至引发了大型停电事故。
4月28日中午,一场大停电席卷欧洲伊比利亚半岛。5秒钟内西班牙60%电力(15GW)供应中断,目前怀疑是西班牙西南部大型光伏电站脱网,继而更多发电站连续脱网,西班牙加泰罗尼亚地区与法国西南部之间本就稀少的几条互联线路因电网不稳全部自动断开。
此时,伊比利亚半岛电网已成孤岛(局部电网与主网脱离后发电设备仍为局部区域供电),失去外部电力支持后大雪崩已不可避免,接下来主要靠从西班牙进口电力的葡萄牙全国断电,法国和意大利的部分地区也被牵连停电。
这是欧洲历史上最大规模的停电事故,超5000万民众受影响,交通、通信、医疗等关键领域停摆。大量居民涌入商店抢购食品,却因无法使用电子支付系统面临困难,店员不得不使用纸笔记录现金交易。
场欧洲史上最严重的停电事件,无疑给正在推进能源转型的欧洲各国敲响了警钟。这不单暴露了欧洲电网在建设和安全技术上的不足,还引发了政治信任危机,因为就在大停电前六天,西班牙刚刚庆祝首次实现工作日完全由可再生能源供电,这被当成政府可再生能源政策胜利的里程碑事件,在短短几天后就成了在野党攻击的目标。
电力在电网中几乎是瞬间传输的,我们用多少就需要发电厂生产多少,因此我们每台用电设备在电网的另一头肯定连着某台或某几台发电设备,这些设备可能是传统的燃气轮发电机,也可能是风电、光电等新能源,还可能是各类储能电站。
由于电力的生产和消费都是即时的。如果电网的电力需求突然超出电力供应能力,发电机组转子受到的阻力会增大,转速逐渐降低,连带着整个电网的频率也会降低。各国电网都是针对特定频率的交流电设计的,对英国电网来说,交流电频率只能在49.5赫兹到50.5赫兹之间波动(50±0.5Hz),如果频率超出这个范围,很多电网设备就无法正常运行,为了维持电网整体安全,这些故障设备通常会通过主动同主网解列(通过人工操作或保护及自动装置动作,使电网中开关断开,从而让发电机脱离电网或使电网分成两个及以上部分运行的过程。
当发电厂遇到事故时,为避免故障扩大或对主网造成更大影响,会采取解列操作,主动与主网脱离,成为“孤岛”)。这种事故轻则导致局部停电,重则拖累整个电网崩溃。
在以重型旋转发电机(火电厂或核电厂的蒸汽轮机或燃气轮机)为主的传统电网中,即使遇到电力供需不平衡时,质量庞大转子具有的惯性也能吸收和平滑一部分波动,这被称为电网的转动惯量。
但这种电力波动问题是可再生能源最大的挑战之一。太阳光中的光子激发光伏板中的电子会产生直流电。风速变化会影响风力发电机电流的频率,为了避免这种频率变化带来的影响,通常风电会使用变流器将交流电转换为直流电。
这些再生能源产生的直流电需要用逆变器通过快速开关电路将直流电调制为特定频率的交流电才能接入电网。这种电子逆变器完全没有物理惯性,一旦遭遇电网扰动,更容易造成系统失稳——新能源占比提高,电网整体转动惯量下降,小幅波动更容易引发频率的大幅波动,进而触发电站自我保护,主动解列,发生更大的连锁反应。
造成这次伊比利亚半岛大停电的具体原因仍没有公布,初步迹象表明,高占比的可再生能源发电,区域互联不足、储能短板、常规电源支撑不足等导致系统惯性缺失,基础电路老化与智能化不足(40%以上的欧洲电路运行超过40年)都是引发此次停电事故的基础因素。在电力供需出现显著不平衡时,即便是一片乌云给光伏发电厂带来小小的初始扰动也可能诱发更大的停电。
2025年一季度,我国风电光伏发电累计装机达到14.82亿千瓦(其中风电5.36亿千瓦,光伏发电9.46亿千瓦),历史性的超过了火电装机总量(14.51亿千瓦)。
传统电网是基于原有火、水、核电等稳定电源建立的,随着新能源占比提高,电网整体的转动惯量也在快速下滑,这对电网的稳定运行提出了更高的挑战。因此,当前电力系统需要进行重大调整,使用包括虚拟惯量、错峰绿电交易、负荷响应和储能电站等措施来维持电网稳定运行。
前不久,在深圳,只要把自己的电动汽车连在特殊的充电桩上就有钱拿,因为他们接了虚拟电厂的订单,把电动汽车做了充电宝,一辆车1.5小时就能回馈电网30度电。
这种好事在上海、辽宁、广东、江苏、云南等地也有,今年,辽宁上线了首个全国产AI虚拟电厂,利用深度学习算法和多源数据融合技术,在毫秒级完成数据交互,实现电力价格精准预测与实时交易,并通过区块链技术构建省间电力交易智能通道。接下来全国各地将会组建更多虚拟电厂。
虚拟电厂不是真正的发电厂,而是通过信息技术和软件系统控制各类电源和分散的储能资源,平衡电网供需的“智能管家”。
用电高峰到来时,虚拟电厂发出要电的订单,电动汽车、各种储能电站、屋顶光伏甚至5G基站(每个5G基站都配有不小的蓄电池)开始“接单”反向放电。
工厂和家庭虽然不能放电,但他们也能“接单”,通过关闭机器和空调少用一些电。到了用电低谷期,虚拟电厂又会发出电价优惠的通知,吸引电动汽车来充电。
去年夏天,上海虚拟电厂就实现了20多次“消峰填谷”,灵活供电的能力已经媲美一台大型火电机组。
北京与新疆相隔3000多公里,光照时差有2个多小时,当北京华灯初上时新疆正沐浴在午后的阳光中。今年4月,新疆就通过错峰绿电交易卖给北京1200万度光电。
看出来了吧,虚拟电厂对外既可以作为“正电厂”向系统供电,也可以作为“负电厂”消纳系统的富余电力。5年内,你我家中的空调、电动汽车都可能是这张电力大网中的“贡献者”。
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