4月28日，欧洲伊比利亚半岛发生大规模停电事故。在全球能源转型持续深入推进的背景下，该事件究竟是偶然现象，还是带有某种阶段性的必然？
现代电网具有天然的脆弱性
作为现代社会最重要的能源基础设施之一，电网的安全稳定运行关乎国计民生，实为“国之大者”。但现代电网已经发展为由物理电力和信息通信构成的复杂耦合网络系统，具有与生俱来的脆弱性。
现代电网已经成为有史以来规模最大的人造网络系统，而电网具有超大规模网络内生的级联故障风险。以我国为例，到2023年底，我国仅220千伏及以上的输电线路就已超过92万千米，电网运营线路总里程超过350万千米，形成多达数百万节点的复杂拓扑结构。稍有不慎，高度互联特性就会使得局部故障扩散、放大至区域甚至跨区电网，造成不可估量的损失。
电网受实时平衡的物理约束，对电压、频率的扰动极为敏感。为保障电力供应，电力系统需遵循严格的能量守恒定律，发电与用电必须实现毫秒级动态平衡。国内外案例显示，电压偏差超过±10%或频率偏差超过±0.5赫兹，都可能导致设备故障或系统不稳定，严重者甚至可能导致部分电网解列或大面积停电。
电网设备绝大多数直接暴露于自然环境中，对环境变化的敏感性极高，倍增其系统的脆弱性。极端天气、地质灾害，以及高空电磁脉冲、山火等灾害，都可能导致输电线路断裂、设备损坏、系统失衡。这些环境灾害既会直接给输电线路、杆塔、变电站等电网基础设施造成物理破坏，也会因为高温、雷电等造成电网设备过载或绝缘失效，增大运行压力，提升故障率，还会通过引发电网负荷的突变导致更频繁的电网频率和电压的扰动，威胁系统运行的稳定性。
能源绿色转型进一步加剧现阶段电网的脆弱性
欧美发达国家的电网普遍建成于20世纪70年代到90年代，新兴经济体的电网系统主体建成于21世纪初。这意味着现阶段全球主要的电网在设计、规划、建造时主要着眼于火电、水电、核电等稳定电源。随着近些年电源侧绿色革命的快速推进，特别是可再生能源的大规模发展，电网正经历着深度的变革，同时面临越来越复杂的挑战。
可再生能源接入电网的比例越来越高，电网稳定运行的难度飙升。可再生能源发电具有间歇性、波动性。与传统的燃煤发电、燃气发电、水电乃至核电相比，风、光等自然因素几乎完全超出人类的控制。当出现突变时，为确保系统平衡，电力调度中心必须能够立刻找到替代电源，否则就可能出现失控风险。随着可再生能源接入电网的比例不断升高，风电和太阳能发电的波动性传导给电网频率和电压的影响也就越来越大，调频和稳压的难度呈指数级上升。测试数据显示，当午间时段云层遮挡导致光伏电站发电骤降30%时，附近变电站电压瞬间下跌8.7%。如果缺乏可靠的调频稳压能力，不仅电网自身的稳定运行会受到冲击，而且接入电网的精密仪器也会因此损坏。
近年来，电网装载了越来越多的电子设备，在提升智能化、灵活性的同时，也带来了难以避免的“副作用”。首先是电网的系统惯量下降。传统发电设备具备转动惯量，电力系统依靠大量的设备惯性维持电网频率的稳定性。但与可再生能源深度嵌合的电子设备无法提供旋转备用惯量，使得电网在频率振荡时失去有效的缓冲能力，因频率失控而导致崩溃的风险越来越大。其次是电子设备在运行过程中可能产生高频谐波，与其他电网设备发生共振，导致设备损坏。再次是电子设备的稳定运行依赖远程数字控制系统，物理设施与数字系统的深度融合为电网的安全运行增加了新的风险场景。数字控制系统响应延迟、控制参数设置失配、控制系统遭受远程篡改等，都可能引发电网运行失稳。
大停电是西葡能源转型失衡发展的一种必然
解决能源绿色转型给电网带来的挑战，最根本的是要依靠电网技术的持续创新突破，建立面向新形势、应对新挑战的电网管理、运行、监管体制机制。当务之急是要进一步加大投资，加快电网级储能建设，把原本立足于接入集中式、稳定电源的传统电网，升级改造为新型韧性智慧电网，足以消纳更大规模的、泛在的、波动性强的兼具产消一体特征的可再生能源。国际能源署的研究显示，为实现气候目标，到2030年全球电网投资规模需达到平均每年6000亿美元，而配电网的数字化和现代化建设将是投资的重点。
在能源绿色转型加快推进的条件下，传统电网具有不容忽视的结构性脆弱，已成为影响能源转型深入发展的关键问题。如果缺乏对电网建设的足够投入，缺乏对建设新型电力系统的清晰认识和准确把握，则电网出现频繁振荡，引发供电失稳，乃至出现不同程度的解列，导致局域甚至更大范围的停电，不仅不是偶然事故，反而更是能源转型进程中源网荷储各环节发展失衡的必然结果。
至此，可以聚焦西葡两国的具体情况从而回答开头的问题。第一，两国电力系统中，可再生能源的占比已经超过八成，事故发生时接近100%，电网处于脆弱的顶点。第二，与欧洲电网整体水平相似，两国电网基础设施运行超过30年，老化严重，缺乏有效应对可再生能源超高比例接入的物理保障。第三，传统电源退出过快，而电网级储能规模不够，电力系统实时平衡能力下降。加上有待西葡两国相关部门详细调查的其他技术性原因，共同引发了此次事故。表面上看具有某种偶然性，但实际上恰是能源转型失衡发展所酝酿的系统危机的一次集中体现。
此次大停电事故对我国具有不可多得的样本意义。一是要重新审视能源快速转型过程中传统电源在电力系统运行中的重要作用，先立后破的原则不能丢。二是要坚持全局观念和系统思维，从整体安全和全局最优的角度，持续增强新能源发展与能源和经济系统整体转型的匹配度。三是全球能源转型已经进入“无人区”，出现的新问题、新挑战没有前车之鉴可以参考。要进一步加快科技、监管、市场机制、投融资等全方位创新，面向国家能源转型遇到的问题探索创造性的解决方案，加快构建新型能源体系、建设新型电力系统。在此过程中，以切实的成就，为全球能源转型提供中国经验、中国方案、中国智慧。
（作者单位：国网能源研究院有限公司）
