工业革命以来，温室气体浓度增加导致全球气候变暖已成为不争的事实，尤其是近年来的极端天气频发，引起了国际社会的广泛关注。根据联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）第六次评估报告的结论：人类活动——主要是通过温室气体排放——明确地导致全球变暖，2011-2020年全球地表平均温度比1850-1900年高出约1.1℃；气候变化已经引起全球各个地区发生众多极端天气事件。根据《经济学人》杂志的数据，2023年全球气温上升明显，气候变化的风险得到越来越多国家的认同。
中国是全球气候变化的敏感区和影响显著区。中国气象局气候变化中心编著的《中国气候变化蓝皮书（2023）》显示：20世纪中叶以来，中国区域升温率高于同期全球平均水平。2022年，中国气候风险指数为1961年以来第五高值，高温和干旱风险指数均为1961年以来的最高值。2023年上半年，以高温干旱为特征的极端天气气候事件频发。2022年冬至2023年春季，云南省经历了自1961年以来最强干旱，直到2023年6月9日后降雨才逐步增多。自2022年夏季开始，四川地区经历了近十个月的干旱；2023年6月进入主汛期后，该地区仍有42个国家级气象观测站显示旱情。2023年，鄱阳湖较历史同期均值提前103天进入枯水期，较2022年提前17天（注：2022年为特大干旱年）。2023年夏季，全国有15个省份都经历了不同程度的热浪袭击，华北、淮北地区更是早在6月即经历了40℃的高温天气。以北京为例，仅6月份北京就发布1次高温蓝色预警、7次高温黄色预警、3次高温橙色预警和1次高温红色预警。面对气候变化和极端天气的挑战，电力部门正在经历根本性变化。国际能源署（International Energy Agency,IEA）发布的《气候适应力：2021年电力安全部分》报告指出：气候变化将直接影响电力系统的各个环节，改变发电潜力和效率，考验输配电网络的物理弹性，并影响需求模式。根据中国电力企业联合会（以下简称“中电联”）发布的《中国电力行业年度发展报告2023》：截至2022年底，水电、并网风电、并网太阳能装机占全国全口径发电装机容量45.6%，发电量占全国全口径发电量29.2%。无论从装机量还是发电量来看，水电、风电、太阳能发电（以下简称“水风光”）已成为我国电源的重要组成部分；并且该占比还会逐渐提高，将最终成为发电主体。然而，在目前的技术条件下，水风光等可再生能源具有“靠天吃饭”的特点，其电力电量随气候条件变化而波动，极端天气条件下出力更是“大起大落”。例如，2021年5月，由于沙尘暴导致风电、光伏大面积停摆，山西电力市场一度触发电力市场现货熔断机制；2021年9月，因电煤紧缺等原因导致东北电网电力供应持续紧张，与此同时风电骤减进一步增加了电力供应缺口；2022年夏季，四川遭遇60年一遇的极端天气，持续高温干旱导致来水锐减、水电发电量大幅下降，省内出现严重电力短缺；2023年初，干旱等原因导致云南、贵州的水电蓄能仅为常年平均水平的70%。尽管煤电和核电在基础设施良好的中国受气候变化和极端天气的影响较小，但是根据世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）的研究：气候变化正在导致水资源的稀缺；依赖淡水来冷却设备的火力发电厂中有33%位于高度缺水的地区，另有15%的核电站也位于高度缺水的地区，而未来20年中，将有25%的核电站所处的地区进入高度缺水状态。中国的煤电大省，如内蒙、山西、山东、广东，亦或面临水资源短缺问题。根据IEA发布的相关数据，我国发电行业2017年取水量占全国总取水量的7%，其中80%用于煤电行业，同时大量燃煤电厂位于水资源短缺地区。随着“沙戈荒”配套项目的推进，位于水资源短缺地区的项目比例会进一步提高。尽管以化石能源为主的电力结构可确保电力的安全稳定供应，但随之而来的二氧化碳排放会引发气候变化并增加极端天气频率，进而加剧气候危机、水资源短缺，进入恶性循环。二、气候变化会导致电网输配电能力的变化和特定的物理损害长期来看，气候变化会影响输配电设备的运行极限和使用寿命；此外，大风、洪水等极端天气也会短时间内造成严重的问题。IEA援引第三方研究表明，相对于1990-2010年的参考期，21世纪中叶，气温上升可能会使美国夏季电网的平均输电能力降低5.8%。美国能源部电力办公室也表示，迪克西山火、飓风“艾达”(Ida)和德克萨斯州寒潮等事件说明，美国现有的能源基础设施将无法承受极端天气的持续影响。类似地，中国已多次发生冻雨导致输配电线路覆冰进而影响供电的事件；2021年，河南“7·20”特大暴雨更是造成该省近1/3的电力设施受损。近年来，我国经常出现“迎峰度夏”和“迎峰度冬”的电力供需紧张局面。根据中电联对2022年全国电力供需情况的分析：7、8月，我国出现了近几十年来持续时间最长、影响范围最广的极端高温少雨天气，叠加经济恢复增长，拉动用电负荷快速增长；12月，贵州、云南等少数省份受前期来水偏枯导致水电蓄能持续下滑等因素影响，叠加寒潮天气期间取暖负荷快速攀升，电力供需形势较为紧张。毋庸置疑，气候变化对用电的影响越来越突出。根据国网能源研究院发布的《中国电力供需分析报告2023》：今年全国最大电力负荷将出现在夏季，约为13.7亿千瓦，比上年增长6.5%；冬季全国最大负荷将出现在12月，达12.8亿千瓦左右，夏冬“双高峰”特征显著。能源基金会支持的多项研究也表明，个别省份夏季最大日空调制冷负荷占全社会最高负荷的近40%，个别区域电网冬季用电负荷已与夏季基本持平。据某电力行业专家估计，目前70%的电力系统风险来源于气候变化与极端天气。为应对上述各类气候变化问题，电力部门既需要设计自上而下的规划与战略，也需要形成自下而上的机制与技术，同时还需要完善“事前预警-事中响应-事后复盘”的闭环体系，以建设气候适应型电力系统。一、将气候变化与极端天气因素纳入电力系统的顶层设计与战略规划已有超过四分之三的国际能源署大家庭国家在其国家气候适应战略和计划中考虑了电力系统受到的气候影响及其气候弹性。2022年5月，我国生态环境部等17部门联合印发《国家适应气候变化战略2035》，明确要求提高能源行业气候韧性。传统的规划中，电力系统电源备用及风险防范，主要把极端天气作为偶发因素处理，而较少考虑由能源转型过程中遇到的新型风险。要进一步提高能源电力规划对气候的适应性，把风险防范落实到优化能源结构、布局之中。应协调电力、煤炭、天然气、气象等相关部门，推动电力系统风险研究认知从“事后解读型”向“前瞻研判型”快速转变。气候方面，应提供高精度、长时间的水风光资源预测、气温预测、极端天气事件预警等关键信息，用以指导电力调度。电力方面，要积极发展智能化、数字化技术，以应对源网荷储多重不确定性的挑战。在机制层面：一是统筹协调各类电源供应能力，保障电力系统容量充裕性；二是加强大电网“互济互保、互联互通、互供互备”，并同时开展跨省跨区电力应急支援能力建设；三是充分挖掘需求侧调节潜力，整合电源、电网与储能资源；四是加快电力市场建设，优化价格机制形成，以“无形之手”来助推电力系统安全稳定运行。事前需加强气象预报，研判和模拟极端天气影响下的电力供需形势与经济社会影响，根据发生频率、影响程度等维度分级分类评估风险，制定相应的电力保供预案。事中应实时监测气象与电力指标，根据已有预案调配源网荷储资源和跨省跨区电力资源，实现快速响应、有效应对和经济处置。事后要总结经验、补足短板，定期分析事前预警方案、事中响应措施的有效性与合理性，并迭代升级。一方面，常态化处理气候因素对电力系统的影响；另一方面，将复盘结果用于指导电力系统规划、推动电力市场建设、甚至完善基础设施建设等方面。当前，电力系统正在剧烈变化——可再生能源渗透率的提高给传统电力调度模式带来严重挑战；与此同时，气候变化导致极端天气强发、频发，使得电力系统供需两侧变得更加难以预测，峰谷差被进一步拉大。而依靠化石能源保供的思路又面临着加剧气候变化和水资源稀缺的风险。这一系列困难，在时间、空间等多个维度上，对新型电力系统提出了更高的要求。电力系统要加强科技创新的力度，一方面要提高电力系统的灵活性和智能化水平，另一方面要提高对气象要素变化的预测水平，同时要深化以灵敏的价格信号为基础的电力体制改革，通过构建新型电力系统、更好地适应气候变化。 致谢：该文章得到了中电联和国家气候中心有关专家的帮助与支持。1.IPCC, 2023: Climate Change 2023: Synthesis Report.
2.The Economist, 2023.7.29: Are heatwaves evidence that climate change is speeding up?
3.The Economist, 2023.10.11: The global backlash against climate policies has begun
4.中国气象局，2023.7.8：《中国气候变化蓝皮书2023》
5.IEA, 2021.4: Climate Resilience, IEA, Paris
6.中国电力企业联合会，2023.7.7：《中国电力行业年度发展报告2023》
7.中国能源报，2021.5.3：因新能源出力远低于预期，超过市场预设的调节速率和调节范围电力现货 首次启动熔断机制
8.世界气象组织，2022.10.11：气候变化陷能源安全于风险
9.中国能源报，2023.7.10：发展清洁高效煤电不可忽视水资源压力
10.U.S. DOE Office of Electricity，2022.1.12：DOE Launches New Initiative From President Biden’s Bipartisan Infrastructure Law To Modernize National Grid
11.中国电力报，2023.5.11：预计今年全国电力供需平衡偏紧——国网能源研究院与国家气候中心发布研究报告