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IEA《电力系统转型:电力安全的挑战与机遇》

作者:李天枭 来源:李导聊天室 发布时间:2020-11-05 浏览:
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中国储能网讯:2020年10月,国际能源署(IEA)发布《电力系统转型:电力安全的挑战与机遇》报告。清华大学李天枭博士对报告摘要进行了翻译,转载如下:

前言

电力是所有现代经济的一个组成部分,支持从医疗保健、银行到交通等一系列关键服务。因此,电力的安全供应至关重要。电力行业正在经历根本性变革:脱碳与可再生能源的快速增长、数字化扩大了网络攻击的范围,以及气候变化导致更多极端天气事件。为此,政府、行业和其他利益相关方将需要通过更新政策、法规和市场设计来改进其确保电力安全的框架。

本报告调查了电力部门正在进行的多种转型,这将导致未来的一个新系统。在这份报告中,电力安全的三个关键方面首次得到了解决:具有更多可变可再生能源的能源转型、网络风险和气候影响。此外,还探讨了新技术和需求方面的反应以及其他部门电气化的作用。所有这些变化的例子和案例研究都来自世界各地的电力系统。本文描述了评估和提供电力安全的现有框架,并提供了最佳实践和建议,以指导政策制定者适应当前的各种趋势。

执行摘要

安全的电力供应对我们社会的繁荣至关重要,对全天候的数字经济也是不可或缺的。最近Covid-19大流行造成的困难提醒我们,电力在我们生活的各个方面都至关重要,从保持医疗设备工作和IT系统可用,到适应远程工作和视频会议。确保安全可靠的电力供应对所有国家都至关重要。

虽然目前电力仅占最终能源消耗总量的五分之一,但它所占的比例正在上升。在符合《巴黎协定》的路径中,如国际能源署可持续发展方案(SDS),这一趋势将会加速,到2040年,电力将超过石油成为主要能源来源。在国际能源署的《世界能源展望》中,在短短20年内,电力需求将增长约50%,增长主要集中在新兴和发展中经济体。

展望未来,预计电力将在供暖、制冷、交通以及通信、金融和医疗等许多数字化集成领域发挥更大作用。强有力的电力安全措施的需要将成为现代经济正常运转的先决条件。所有这些都将电力安全置于能源政策议程的最高位置。

电力行业格局已发生巨大的变化,从一个特点是集中式的垂直整合的系统和数量相对较少的大型电厂转向一个由各种规模发电设备组成的市场,其中很多都是使用可变可再生资源。与此同时,数字技术的作用正呈指数级增长。新的数字技术在帮助管理这些更复杂的系统的同时,也为经济提供了新的机会,但它们也使电力系统面临网络威胁。虽然各国政府和工业界正在采取措施减缓气候变化,但必须优先考虑使电力系统基础设施适应气候变化的影响,以保持其稳健性和弹性。

这些趋势要求采取更广泛、涵盖范围更广的方法来保障电力安全:将技术、经济和政治层面的行动结合起来,目标是在同时包含能源转型、网络威胁和气候影响的背景下,最大限度地提高短期和长期安全程度。这是第一次一份报告同时考虑这三个方面。

一、能源转型中的电力安全

清洁能源的转变将给世界各地的电力系统带来重大的结构变化。可变的可再生能源发电在过去的十年里已经激增。随着太阳能光伏和风能成为最便宜的电力资源,并有助于实现气候变化的目标,这一趋势将继续下去,甚至还会加速。根据IEA的可持续发展预测,到2040年,可再生能源在总发电量中所占的年均比例将达到45%。

可变可再生资源的快速增长将有助于缓解传统燃料的安全担忧,但它将要求电力系统的灵活性迅速提高。另一方面,如今提供了绝大多数灵活性的传统发电厂,正在停滞不前或衰退,尤其是那些使用煤炭和核能的发电厂。在需求方面,电气化将增加电力需求,而技术和数字化正使消费者在更分散化的系统中发挥更积极的作用。

面对这些变化,确保电力安全的传统框架将不再足够。政策制定者和系统规划者面临的挑战是更新政策、法规和市场设计特点,以确保电力系统在其清洁能源转型过程中保持安全。

一些国家的经验表明,可变的可再生能源可以可靠地纳入电力系统。世界许多地区的许多国家和地区利用不同的方法和灵活的资源成功地完成了这项任务。它们为世界留下了一整套工具和经验教训,供政策制定者将其整合到工具箱中。

最佳利用现有的灵活性资产并确保在需要时保留这些资产应该是策略优先事项。这将需要市场和监管改革,以更好地奖励各种形式的灵活性,并对可调遣物资退役计划的影响进行审慎、充分的评估。

然而,在未来,需要在扩大太阳能和风能的同时开发新的额外灵活性资源,特别是在面临强劲电力需求增长的新兴和发展中经济体。面对更大的供需波动性,保持可靠性将需要对网络和灵活资源(包括需求侧、分布式和存储资源)进行更大、更及时的投资,以确保电力系统在任何时候都足够灵活和多样化。

值得注意的是,目前的投资趋势不支持这种需要,因此需要尽早加以改进。电网尤其值得关注,自2015年以来,电网投资已经下降了16.3%。网格还需要长期的规划,有很长的施工前置时间,经常面临社会接受问题。

建立新的资产以提供所需的充足性和灵活性将需要更新市场设计。增加对可再生能源的依赖,将增加对技术的需求,以提供灵活性和充足性的系统。这将包括存储、互联、许多地区的天然气发电厂,以及数字化带来的需求侧响应。还需要更新规划办法,采用更先进的概率分析,以说明并使所有现有技术都能作出充分的贡献。

二、加强网络弹性

数字化为电力系统和清洁能源转型提供了许多好处。与此同时,并网能源和设备的快速增长扩大了潜在的网络攻击范围,而整个系统的互联性和自动化程度的提高也给网络安全带来了风险。

电力系统受到网络攻击的威胁是巨大的,而且还在不断增长。威胁行动者在实施袭击方面正变得越来越老练。一次成功的网络攻击可能导致设备和流程失去控制,进而造成物理破坏和广泛的服务中断。

虽然全面预防网络攻击是不可能的,但电力系统可以变得更有网络弹性——抵御、适应和迅速恢复事件和攻击,同时保持关键基础设施的连续性运作。政策制定者、监管机构、公用事业和设备供应商必须发挥关键作用,确保整个电力价值链具有网络弹性。

世界各国政府可以通过一系列政策和监管方法,从高度指令性方法到以框架为导向、以绩效为基础的方法,增强网络弹性。规范性更强的方法有允许更精简的合规监控的优势,但它们在跟上不断演变的网络风险方面可能面临挑战。较少指令性的、基于框架的方法允许不同司法管辖区采用不同的方法和执行速度,但它们提出了一个问题,即如何建立一个连贯而有力的跨国家的方法,以实现切实有效的影响。在考虑风险的全球性质时,执行战略应适合各国的情况。

三、加强气候变化适应能力

电力系统正面临着气候变化带来的越来越大的压力。不断上升的全球气温、更加极端和多变的降水模式、不断上升的海平面和更加极端的气候事件,已经对电力安全构成了重大挑战,增加了气候造成破坏的可能性。

虽然人们普遍认识到这些趋势和相关风险,但迄今为止,只有17个“国际能源署成员国”将电力系统气候适应能力的具体行动纳入其国家适应战略。其中,只有6个覆盖了整个电力价值链。

增强电力系统对气候变化的适应能力带来多种好处。更具弹性的电力系统可以减少气候影响造成的损害和损失,带来的效益大于成本。此外,部署适应气候变化的电力系统有助于发展中国家应对气候灾害的直接威胁,并确保可靠的电力供应。气候适应能力还有助于清洁能源转型,使更多的电气化解决方案成为可能,并加速向可再生能源技术的转型,这些技术往往对气候变化非常敏感。

有效的政策措施在增强气候适应能力方面发挥着重要作用。气候适应能力的好处和气候影响的代价在电力价值链上的分布往往不均匀。这不可避免地提出了一个问题:谁应该负责提供弹性措施并为此买单。应对气候变化的政策措施可以鼓励企业采取应对措施,从而防止潜在的“市场失灵”。

在电力安全政策中,应对气候变化的能力应得到更高的重视。在许多国家,电力部门在应对气候变化方面的承诺水平和进展仍然落后。将气候适应能力纳入能源和气候政策的主流,可以向私营部门发出强烈信号,激励企业在规划和运营中考虑气候适应能力。

四、行动框架

上述三个领域需要不同的安全响应。应适用以下总体原则:

1)制度化:建立明确的责任、奖励和规则;

2)识别风险:定期进行全系统风险分析;

3)管理和降低风险:提高整个电力供应链的准备工作;

4)进度监控:对经验进行跟踪、记录和分享;

5)响应和恢复:应对中断或攻击并获取经验教训。

五、合作实现安全的能源转型

如果我们要成功实现清洁能源转型,电力安全比以往任何时候都更加重要。除了确定世界各地已经在进行的最佳实践和创新之外,政府和其他利益攸关方为了确保安全、建立现有框架和开发方法而作出的新的和更新的回应,将使电力系统实现亟需的变革。

我们许多人都面临着类似的挑战。政策制定者、监管机构和运营商可以借鉴其他国家和地区的经验。国际能源署将处于这种合作的核心。

关键字:能源转型

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