特别策划丨高质效助推电力系统安全与发展——把握气候风险变量逐“绿”向新发力

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编者按：

全球气候变化背景下，各类极端天气气候事件正以更加频繁、强烈和复杂的形式冲击能源电力系统。国际能源署发布的《电力年中更新》报告指出，2024年上半年全球多地遭受强烈的热浪侵袭，电力需求大幅增加，电网安全稳定供电面临巨大压力。随着电力系统中新能源占比持续提升，“源网荷储”一体化运行与气象条件的关系愈加复杂交织，呈现出“发输配用储全环节、时间全尺度、地域全覆盖”的特征。气候风险已然成为影响能源安全的关键变量，也给以新能源为主体的电力系统带来了更大挑战。

如何在应对气候变化的同时，提升电力系统的韧性与适应性，优化资源配置，确保低碳目标与安全稳定运行兼得？这一关乎能源转型与国家安全的命题，正呼唤更加具有前瞻性的规划和更加科学的管理。

专家顾问：

国家气候中心正高级工程师 王阳

中国气象局公共气象服务中心正高级工程师 王丽娟

华北电力大学经济与管理学院教授 袁家海

国网能源研究院高级工程师 姚力

探

气候变化背景下

电力系统迎来关键“考题”

气候变化与能源供需之间的关系，远比我们想象得更为紧密。

12月7日凌晨，英国南部和西部300多万名居民的手机同时响起了长达10秒的刺耳警报声。这是冬季风暴“达拉”登陆前夕，英国气象局发出的最高级别红色预警。风暴肆虐间，20多万户家庭断电，铁路运行瘫痪，空中交通混乱，英国电力系统面临全面压力。袁家海表示：“在气候变化的大背景下，电力供应的‘看天吃饭’特性愈发明显，能源系统面临的复杂性和不确定性也在显著增加。”如今，气候变化对电力系统的影响早已不局限于某个单一环节，而是全面渗透到“发—输—配—用—储”的各个流程中。

极端天气与高影响天气对电力系统的双重挑战

随着全球气候变暖，降水、风速和光照等资源条件的波动性加剧，显著影响了水电、风电、光伏发电出力，而极端天气则会对发电设备造成破坏。例如，干旱削减水电出力，强风损毁风机设备，连阴天等高影响天气则大幅降低光伏发电效率。王阳强调：“过去，我们更多关注极端天气对电力系统的冲击，如台风、暴雪等，但如今连阴天、梅雨、沙尘、高温等高影响气象事件也在干扰电力系统供需平衡，其长期性和频繁性不容忽视。”这些变量的不确定性正随着气候变化加剧，对电力供给的可靠性提出了前所未有的挑战。

其次，电力基础设施的脆弱性也因气候变化显著提升。高温天气会导致输电线路的电阻增加，降低输电效率，同时增加线路弧垂或材料老化风险；暴雨、洪水等灾害可能淹没变电站，导致大范围停电；极端大风、暴风雪或飓风则可能直接摧毁输电塔架，延长故障恢复时间，增加事故处理成本，进而导致电价波动。11月中下旬，美国西北部等地区遭受“炸弹气旋”袭击，狂风暴雪致使电线杆倒塌，电网系统出现大面积瘫痪，超50万户家庭和企业停电，电价也出现约80%左右的增长。

值得注意的是，近年来，中国电力负荷“冬夏”双高峰特征日趋明显，温度变化进一步加剧能源供需矛盾。夏季的高温天气使空调负荷激增，冬季的低温天气又推高取暖负荷，刚性需求显著攀升。袁家海指出：“极端温度带来的负荷波动，往往超过现有电力系统的调节能力，供需失衡风险日益凸显。”

国际能源署发布的报告显示，全球水电年容量系数已从1990年至2016年的平均38%降至2020年至2022年的平均36%，意味着全球水电每年少输出约240太瓦时电力。在持续高温天气下，光伏组件功率输出呈负温度系数关系，温度越高，输出功率越低，发电量也相应减少，居民生活和工业生产对用电的刚性依赖性却进一步加剧，供需矛盾尤为突出。

图为风电场 来源：千库网

长期趋势与短期波动共同加大电力系统不确定性

气候变化的长期趋势和短期波动叠加，加大了电力系统规划和管理的复杂性。

风电、光伏、水电等不同能源形式适宜性的影响难以精确预测，投资和布局的不确定性显著增加，这要求在电力规划中充分纳入气候变化情景与多元化假设，从而提高决策的科学性和前瞻性。

有研究指出，极端天气气候事件存在放大效应，通过全球供应链、国际贸易等渠道造成的经济损失在全球范围内会相互放大。以2021年全球经历的能源危机为例，欧美天然气、煤炭、石油等能源品价格飙升，电力价格也随之大幅上涨，其导火索之一就是欧洲地区遭遇极端天气，长时间的超高压异常天气导致海上风速大幅下降，风电供给能力下降近20%，多国对传统能源的需求激增，突然扩大的能源供需缺口引发能源价格上升，并外溢至世界其他地区。此外，美国劳伦斯伯克利国家实验室的阿马拉辛赫·佩里尔等学者研究发现，可再生能源的发电能力高度依赖于天气条件，极端天气气候事件导致新型电力系统供应的可靠性下降16%。

尽管多数极端天气会对电力系统造成不利影响，但就台风而言，不同强度的台风对风电场的影响各有利弊。一般而言，风电机组工作的风速范围是3米/秒至25米/秒，强度较弱的台风有助于增加发电量，热带风暴以上级别的台风则有可能造成风机叶片或塔筒损坏。但如果风电场不在台风涡旋最大风速范围内，风速通常达不到破坏风机的强度，仅受台风外围影响，则是风机满发的有利时机。

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”。

促

延伸全链条

气象服务护航电力系统稳运行

没有天然就稳定的电网。2008年，我国南方地区遭受持续性低温雨雪冰冻天气，安徽、江西等七省电力设施遭到严重破坏。10年后，2018年，我国南方地区先后经历4轮、持续一个多月的寒潮天气，但电力系统平稳运行，成功闯关。

今年9月，台风“贝碧嘉”影响华东沿海，由于提前应对得当，江苏如东H7海上风电场设备运行正常，且当天发电量达917万千瓦时，约为日常发电量的9倍。

电网系统稳定运行，是我国不断总结应急处置经验，在电网设计、运行控制、抗灾预防等方面持续发力的结果。其中，覆盖能源生产、供给、安全等全链条的气象服务保障也在一路护航。

聚焦能源生产，合理的规划选址是保证风能太阳能发电效率的基础。“大型风能、太阳能等气候资源开发利用项目在建设前，我们会开展资源评估和气候可行性论证，对风光资源规模、气象灾害发生频率和强度、省际资源差异、生态环境影响等进行综合考量。此外，重要输电线路规划也离不开气象条件分析。”王丽娟介绍。“双碳”目标对我国风能太阳能的发展规划提出了更高要求，今年6月，中国气象局联合六部门选取河北等地作为试点，以县域为单元开展风光资源普查，为日后准确摸清全国新能源资源底数，推动风光发电实现更大规模、更高比例、高质量发展提供支撑。

图为太阳能光伏电站 来源：千库网

围绕能源保供和电网安全，在极端天气气候事件多发、频发的背景下，更加高效及时的气象预报预警是保证新能源发电功率、开展电力负荷预测的基础，也是做好电力运营调度的关键所在。目前，我国已具备风能太阳能资源精细化监测评估和短临—短期—月—季—年全尺度、无缝隙的预报服务能力。

“面向公众的气象灾害预警和能源电力行业气象灾害预警不同。”王丽娟介绍，对于公众而言，6级（10.8米/秒至13.8米/秒）风已算强风，但其不会对风力发电造成破坏；35℃通常是发布高温预警的标准，但对光伏发电而言，光伏发电组件工作温度超过25℃后光伏发电输出功率即会造成一定损耗。“因此，我们正致力于形成更加精细化、有针对性的能源电力气象灾害预警体系。”

当下，各地气象部门立足实际，积极探索——河南省气象部门加快推进“气象数据要素×”，构建电网气象“一张图”的可视化协作模式，全省电网因气象原因故障率平均降低约10%，抢修业务平均用时降低46%。在“西电东送”北通道上的山西，省气象局联合电网企业成立电力气象研究中心，集智攻关气象灾害风险机理研究，研制并应用山西电网自然灾害监测预警平台后，全省电网气象原因故障率平均降低10%左右，山火原因故障率同比下降67%。

从资源规划到电网调度，从灾害预警到风险防控，气象服务已深度融入我国能源体系的各个环节，为“双碳”目标提供了强有力的保障。当前，我国能源气象服务正向更精细、更智能的方向迈进，在风光资源开发、极端天气应对、智能电网建设等方面展现出日益重要的支撑作用，稳步迈向高效可靠的发展新局面。

谋

多方协同

加快提升电力系统气候韧性

气候变化的挑战与机遇交织，为“能源+气象”领域带来了广阔的合作前景。随着新能源在电力系统中比重的不断提升，气象服务的重要性愈加凸显。

姚力表示，风光相关气象要素预测的精度直接影响了新能源发电预测的可信度和电力系统的运行效率。当前，气象部门通过多尺度气象预测服务、气象灾害预警发布以及联合攻关电力气象关键技术等方式，为电力系统的规划和运行提供了重要支撑。特别是精细的风、光、水资源预测和重大灾害天气预警信息，有效助力水电新能源并网发电和电网安全运行，成为现代电力系统不可或缺的一部分。

然而，由于风光资源的随机性和波动性，新能源发电预测的不确定性仍在制约其并网稳定性。姚力认为，“未来，气象部门与电力行业可在新能源资源技术经济可开发量评估、极端天气致灾机理研究、人工智能气象预报及新能源发电预测等方面继续深化合作，进一步提升新能源消纳能力和电网运行效率。”

风能和太阳能在小时和季节尺度上波动性较高，但通过风光互补技术可显著平抑小时变化并减少季节性波动，从而提高能源系统稳定性。图/王晨鹏

在中长期电力规划中，将气候因素纳入核心考量已成为必然选择。袁家海指出，应充分评估气候变化对电力系统的影响，着力推进气候适应性电力规划。一方面，结合中长期气候预测，优化电力资源配置；另一方面，根据区域气候特点开展气候与电力规划的融合研究，以提升电网的抗风险能力和适应性。这些努力不仅是应对气候变化的重要举措，更为实现“双碳”目标提供了有力支撑。

能源安全关乎经济社会发展全局。大力发展新能源是推动绿色低碳转型的必然选择，气象服务在保障电力系统安全稳定中的作用尤为关键。未来，气象部门需进一步提升气候资源的精细化监测和评估能力，建立影响能源供需的极端天气气候事件早期预警系统，完善构建适应需求的能源天气和气候服务体系。同时，加强与电力行业的互动合作，打通双方在数据、算法、模型等领域的“孤岛”，形成业务闭环，共同解决在新型电力系统建设过程中面临的关键科学问题和技术难题。

气候变化既是挑战，也是推动能源系统变革的契机。在气象服务的精准支持下，电力行业正在向低碳转型与高韧性发展的目标迈进。这不仅关乎能源供给的安全，更是助力“双碳”目标的重要实践。展望未来，唯有在政策、技术与机制上实现更高水平的协同，才能奏响绿色发展与能源安全的交响乐章。

（作者：王婉 刘丹 责任编辑：张林）

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