3月20日日食將使德國(guó)電網(wǎng)面臨兩次大停電威脅

最緊急的時(shí)段從上午9點(diǎn)30分開(kāi)始：3月20日的時(shí)候德國(guó)將會(huì)是漆黑一片。日食將使數(shù)百萬(wàn)計(jì)的光伏面板失去陽(yáng)光照射，這就有可能導(dǎo)致電網(wǎng)斷電。

盡管德國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)爆炸式增長(zhǎng)已成為歷史，但本周德國(guó)可再生能源署卻再次慶祝光伏發(fā)電的強(qiáng)勁增長(zhǎng)，而這一切都是建立在德國(guó)的慷慨補(bǔ)貼基礎(chǔ)之上。

“德國(guó)目前光伏發(fā)電裝機(jī)容量約3800萬(wàn)千瓦，在夏季陽(yáng)光明媚的中午，光伏發(fā)電量甚至可以占到最大用電量的一半以上，”位于柏林的綠色電力促進(jìn)組織解釋道，“特別是在南部德國(guó)，光伏已經(jīng)成為當(dāng)?shù)刂е噪娫粗弧?rdquo;

但是今年的3月20日，這一支柱可能會(huì)被折斷，因?yàn)檫@一天德國(guó)和整個(gè)歐洲將經(jīng)歷一個(gè)日食過(guò)程，大量光伏發(fā)電設(shè)備將停止運(yùn)行，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商擔(dān)心會(huì)影響供電的安全穩(wěn)定。

因此，從一年多前開(kāi)始，很多公司都在為此次日食做準(zhǔn)備。而具體的危害程度如何就要取決于當(dāng)天的天氣。要是當(dāng)天多云或者大霧，那么保持電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定就要相對(duì)容易些。“要是3月20日這天陽(yáng)光普照，那電網(wǎng)面臨的壓力就非常大了。”某德國(guó)大型電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商員工對(duì)《世界報(bào)》說(shuō)道。

(一)4/5的太陽(yáng)將被遮住

盡管在德國(guó)上空，北半球初春這一天發(fā)生的天空奇觀并不是完全的日全食，月球影子只遮住約80%的太陽(yáng)，但是在這樣的部分陰暗情況下太陽(yáng)能發(fā)電量將急劇下降。

奧登堡能源與氣象系統(tǒng)研究所受電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商委托開(kāi)展了相關(guān)研究，研究表明，在日食開(kāi)始的約德國(guó)時(shí)間上午9:30左右，光伏發(fā)電出力可能瞬間降至1000萬(wàn)千瓦。要是當(dāng)天是大晴天的話，其影響就相當(dāng)于10座核電站同時(shí)退出運(yùn)行。

而在兩個(gè)半小時(shí)之后，太陽(yáng)會(huì)在中午12點(diǎn)左右從月亮后面鉆出來(lái)，這時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題就更為嚴(yán)重。因?yàn)樵谔?yáng)的突然照射下，短時(shí)間內(nèi)升高至2000萬(wàn)千瓦的光伏發(fā)電出力將進(jìn)入電網(wǎng)。

對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，這就相當(dāng)于20座核電站短時(shí)間內(nèi)接入電網(wǎng)。如此短時(shí)間內(nèi)這樣大規(guī)模電力的接入與切除，這在歐洲電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)歷史上是史無(wú)前例的。

因?yàn)榈聡?guó)四大輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商TenneT，Amprion，50 Hertz和TransnetBW也不能太指望從國(guó)外進(jìn)口電力，因?yàn)橹苓厙?guó)家到時(shí)候也沒(méi)有陽(yáng)光。意大利太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量已經(jīng)高達(dá)1800萬(wàn)千瓦，到時(shí)候意大利也會(huì)為本國(guó)的電力供應(yīng)安全發(fā)愁。法國(guó)和西班牙在日食時(shí)也分別會(huì)失去500萬(wàn)千瓦的太陽(yáng)能電力。

(二)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的挑戰(zhàn)史無(wú)前例

總部位于布魯塞爾的歐洲輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟(ENTSO-E)因此在一次新聞發(fā)布會(huì)上表示，這將是一場(chǎng)“史無(wú)前例的挑戰(zhàn)”。在整個(gè)歐洲范圍內(nèi)，要是3月20日當(dāng)天天氣晴朗的話，預(yù)計(jì)將有高達(dá)3500萬(wàn)千瓦的太陽(yáng)能電力從電網(wǎng)漸次退出，這樣的電力規(guī)模相當(dāng)于150至200座中等規(guī)模的常規(guī)發(fā)電站。

“此前也發(fā)生過(guò)日食，”歐洲輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟在新聞發(fā)布會(huì)草稿中寫(xiě)道，“但是由于光伏發(fā)電裝機(jī)的快速增長(zhǎng)，我們現(xiàn)在確實(shí)面臨很現(xiàn)實(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。”因此歐洲各個(gè)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商也從一年以前就開(kāi)始為迎接這次日食著手準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)措施。

歐洲各個(gè)輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在原則上達(dá)成共識(shí)，就要說(shuō)每個(gè)輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商必須將太陽(yáng)能電力中斷產(chǎn)生的影響控制在自己所在的區(qū)域范圍內(nèi)，也就是說(shuō)，柏林50Hertz輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商必須負(fù)責(zé)維持德國(guó)東部電網(wǎng)的穩(wěn)定，多特蒙德的Amprion輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商必須負(fù)責(zé)維持德國(guó)主要工業(yè)區(qū)的電網(wǎng)穩(wěn)定，TenneT負(fù)責(zé)維持德國(guó)中部從巴伐利亞州到石勒蘇益格-赫爾斯泰因州狹長(zhǎng)地帶的電網(wǎng)穩(wěn)定。

(三)日食期間保持不間斷電話聯(lián)系

與此同時(shí)，歐洲各國(guó)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將在日食發(fā)生期間保持密切聯(lián)系：”在日食發(fā)生之前和發(fā)生過(guò)程中，我們計(jì)劃在各大電網(wǎng)控制中心之間召開(kāi)持續(xù)的電話會(huì)議“，歐洲輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟表示。此外，各大電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將會(huì)在這一天向調(diào)度控制室投入更多人力。

原則上，德國(guó)擁有足夠的發(fā)電站來(lái)平抑光伏電力的進(jìn)入和退出，而讓電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商擔(dān)憂的是，電力交易商和電站運(yùn)營(yíng)商在緊急時(shí)間段里不能確保發(fā)電計(jì)劃達(dá)到必要的精確度。

一般說(shuō)來(lái)，市政電力公司和區(qū)域供電商必須一直以15分鐘為節(jié)點(diǎn)保持電力需求和電力供應(yīng)之間的”平衡組“實(shí)現(xiàn)平衡。要是承擔(dān)平衡組義務(wù)的某個(gè)單元沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行，為了簡(jiǎn)便而按照小時(shí)平均值向電網(wǎng)發(fā)電，那么在日食的關(guān)鍵幾個(gè)小時(shí)內(nèi)這就可能引起系統(tǒng)過(guò)載。

這其中的風(fēng)險(xiǎn)就存在于德國(guó)電力交易規(guī)則中：因?yàn)樵?月20日前一天，市場(chǎng)參與者只能按照小時(shí)平均值進(jìn)行下一天的電量供應(yīng)交易。而更為準(zhǔn)確的、對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行至關(guān)重要的以每15分鐘為一個(gè)節(jié)點(diǎn)的交易要到前一天下午16時(shí)才開(kāi)始。要是平衡容量(或叫做調(diào)峰容量)不足的情況太晚才被發(fā)現(xiàn)，那么電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商將來(lái)不及按照《能源經(jīng)濟(jì)法》緊急條款13.2的規(guī)定啟動(dòng)備用電站。

在電網(wǎng)技術(shù)層面，日食有別于日常太陽(yáng)起落的地方就在于速度。幾乎所有的太陽(yáng)能發(fā)電出力在短時(shí)間內(nèi)消失，不久之后又很快在中午時(shí)分恢復(fù)發(fā)電。在這種特殊情況下，電力市場(chǎng)與15分鐘平衡間隔之間的界面是否與技術(shù)上的電網(wǎng)控制相適應(yīng)，這還存在很大不確定性。

在不利的情況下，可能電力系統(tǒng)中沒(méi)有足夠的調(diào)節(jié)容量來(lái)使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50赫茲;比較糟糕的情況是，電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)保護(hù)機(jī)制被激發(fā)，出現(xiàn)區(qū)域性停電事故;在最糟糕的情況下，這種區(qū)域性停電升級(jí)至全歐洲范圍的大停電事故。根據(jù)緊急事故處置方案，為保持電網(wǎng)穩(wěn)定，電網(wǎng)首先要切除大型工業(yè)用戶用電負(fù)荷。在此期間，也不能完全排除需要對(duì)整個(gè)地區(qū)或多個(gè)小城市在部分時(shí)段停止供電的可能性。

(四)德國(guó)全境將增加調(diào)節(jié)容量

電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)應(yīng)對(duì)好此次日食過(guò)程信心十足，他們已經(jīng)與位于波恩的聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)署達(dá)成共識(shí)，將增加3月20日全德國(guó)的調(diào)節(jié)容量。

那么到底情況會(huì)有多嚴(yán)重，只有等到更加可靠的天氣預(yù)報(bào)出來(lái)之后，人們才能提前幾天知道。其中的不確定性就在于不知道當(dāng)天是否有大霧、揚(yáng)塵或者雪花覆蓋在太陽(yáng)能板上面，因?yàn)檫@些會(huì)限制發(fā)電量的情況很難提前預(yù)知。

“日食帶來(lái)的問(wèn)題非常形象地表明，隨著電力系統(tǒng)中間歇性和分布式電源的大量增加，要保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行將面臨越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。”歐洲輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟表示。

然而，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商從經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)并不多：下一次影響全歐洲的日全食要11年后，也就是2026年8月12日才會(huì)出現(xiàn)。

【本文編譯自德國(guó)《世界報(bào)》2月20日經(jīng)濟(jì)專欄作家Daniel Wetzel的文章，原標(biāo)題為Am 20. M?rz droht Deutschland der doppelte Blackout】