全球各国正面临着诸多保持电力系统可靠性的挑战。随着新能源的快速增长、减排目标的要求，以及许多新技术的市场参与，电力系统正在发生深刻的变化；而为了适应变化，传统的监测以及其他确保可靠性的方式正在被重新评估。许多国家正在实施或考虑实施以下两项措施：一是改进季节性可靠性报告以管理潜藏的风险；二是在发生停电事故后发布官方分析报告，以确定原因并采取政策响应。
2023年2月17日，能源局发布了《关于完善电力系统运行方式分析制度 强化电力系统运行安全风险管控的通知》（通知） ，这一通知为增强电力系统可靠性、提前预知电力系统风险，迈出了坚实的一步。这份通知从系统层面，规定进行常规化运行方式分析以规避系统风险。具体而言，该通知要求电网企业每年进行三次系统运行方式分析，分别是：系统年度运行分析、迎峰度冬、以及迎峰度夏分析。除此之外，也要求对上一年度系统运行情况进行总结，分析“调管范围内电力安全事故（实践）情况”。这些分析将成为保障电力系统可靠性的基石，并且在电力系统转型的当下更加弥足珍贵。
睿博能源智库协同华北电力大学以及加州大学圣迭戈分校的研究人员，对东北电网冬季电网运行方式进行了前瞻性迎峰度冬建模分析，这一分析借鉴了国际上资源充足性分析的前沿方法。本报告旨在抛砖引玉，根据能源局在《通知》中提出的要求，以东北电网为例来阐释这些系统分析的一些方法，并对2021年东北的电力紧缺事故做了一些停电事后分析。
电力资源充足性分析制度简介
在国际范围内，许多国家和地区都要求相关机构进行常规化的短期电力资源充足性分析。其中最主要的两种包括：停电事故分析事后报告以及季节性系统充足性展望报告。其中，系统事故后总结通常指在大规模停电或其他系统事故后，受官方委托撰写发布的根本原因分析报告，以及有关完善政策和市场规则的讨论。这可以帮助决策者、市场参与者和终端用户理解政策影响，并合理研判危机成因。而季节性系统运行分析通常是指提前对季度性用电高峰进行预判，从系统安全性的角度进行分析，为可能到来的系统安全稳定风险做出预案。
在国际上，这些系统常规化的短期电力系统分析都对当地电力系统起到了至关重要的作用。在欧洲，2019年通过了立法， 更新了其短期电力系统充裕度分析的相关要求。目前，该政策要求“欧洲输电系统运行商合作协会”，即ENTSO-E，按照经过立法批准的分析方法，每年进行两次季度性电力系统充裕度分析。 与能源局这次发布的《通知》类似，每次季节性的展望不仅包括了对未来短期电力资源充裕度的评估，同时也涵盖了对上一季度的总结。在此基础之上，欧盟各成员国会调整未来一段时间的能源储备并采取必要措施。例如，为了准备2022-2023年的冬季能源供应短缺，欧盟的冬季电力系统充裕度分析就提出了可能发生风险最高的时间和国家、囊括了已经在进行的预案措施、并考虑了电力风险较大国家可以提前采取的措施。
此外，大型电力危机的事后总结报告也对提高电力系统可靠性有着不可或缺的作用。这些总结报告首先会描述事故的发生经过，然后会根据调度、运行数据，明确指出导致电力危机的根本原因，给未来改进电力系统指明重要方向。所有电力规划都是建立在一系列假定之上的。然而随着自然条件和电力系统的变化，这些假定可能会偏离现实，并最终导致无法预知的风险的发生。例如，2020年美国加州电力危机的事后总结报告发现了大规模停电并没有像人们之前预想的，发生在负荷高峰时，而是出现在净负荷（负荷减去风、光出力）高峰时。仅按照系统最高负荷制定的电力规划可能无法支持越发注重短时灵活性的新能源系统，而意识到这一点的政策制定者们随即调整了其规划流程，更加重视在净负荷高峰时获取足够的电力资源。总之，对电力危机的反思可以更好地指出目前电力系统本身及其规划的不足，并及时加以改进。
模型和报告结果讨论
通过梳理媒体报导和官方通报，我们总结了导致2021年秋的东北电荒的可能因素。它们包括：经济复苏和电力需求激增、煤炭价格上涨和供应紧张、煤电上网电价机制、跨区电力输送的合同义务、以及风电出力的表现。这些可能因素为模型情景的设计提供了灵感。随后，在对2022/2023年冬季的迎峰度冬的研究中，我们通过建模进行了更细粒度的描述和分析，对这些潜在因素对东北电网资源充足性的实际影响进行了研判。
该模型包括 2022/2023 年冬季两个月内中国东北电网（包括内蒙古、辽宁、吉林和黑龙江）的资源充足性分析。 具体来说，该模型选取了 2022 年 12 月和 2023 年 2 月的四周，评估这八周内各种情况下中国东北电网的资源充足性。 该研究采用了机组承诺和经济调度 (UCED) 模型，该模型考虑了发电、用电和省际电力传输，以优化整个东北电网的资源配置。 这包括燃煤发电（热电联产和纯发电厂）、燃气发电、水电、核电、太阳能发电、储能和风能资源。 具体装机容量详见图1。 此外，该模型还根据当前特高压输电线路的电压和位置，考虑了各省之间的输电能力和线路损耗。
该经济调度模型模拟在高效的区域现货电力市场中，根据最低边际成本对所有资源进行平等调度。 虽然该模型与当前实际电网的运行模式不同，但它讨论了在理想情况下，电力系统如何有效利用现有资源，并实现具有成本效益的调度。 其他情景则评估了现实世界中各种因素对资源充足性的影响，如极端天气导致电力需求增加、可再生能源发电量减少，煤炭价格高涨导致燃煤发电量减少，以及优先向华北地区输电等。
该模型的结果表明，以 2022/2023 年冬季为例，如果东北部电网运行良好，并通过区域电力现货市场进行协调经济调度，有效利用资源，即使在极端天气条件下导致可再生能源发电量减少和电力需求增加，东北部电力系统也有足够的资源满足电力需求。 但是，如果在极端天气条件下再加上使系统缺乏灵活性的多种因素，东北电网将无法向全社会供电，从而导致大范围的电力配给甚至停电。 这些大规模的电力配给和停电主要发生在黑龙江省和辽宁省，而且往往发生在蒙东电网向这些省份输电相对较少的时期。
根据报告中的分析，我们认为燃煤发电的定价应尽快由区域电力市场决定。 与各省单独调度的模式相比，建立东北区域电力现货市场更适合作为所有资源公平补偿的基础。 区域电网可以更有效、更灵活地安排调度，鼓励在系统需要时利用可调度资源，并在太阳能和风能发电量高的时期，通过省际输电灵活利用更多的可再生能源发电。 辽宁省在《辽宁省加快建设清洁能源强省实施方案》中提出，要在 “十四五 “期间初步建成东北区域能源（电力）交易中心。 如果这个交易中心能够协调整个东北电网的电力资源调度，并据此制定合理的价格，燃煤发电挂帅的问题自然也就迎刃而解了。
根据国际经验和对东北地区和中国整体现状的理解，我们对东北电网地区做了迎峰度冬以及电力事故回溯分析，希望可以为今后的电力系统资源充足性评估起到借鉴作用。
在考虑电力可靠性问题时，电力系统的重点不仅应放在是否有足够的火力发电能力来满足高峰负荷，还应放在基于区域现货市场和省际电力传输的各种资源的优化利用上。 构成电力系统 “软件 “部分的市场机制和监管政策（如调度操作、政府法规、市场规则、商业模式和激励政策），与发电厂和输电线路等电力系统的物理组件（”硬件 “部分）同等重要。 只有这样，我们才能最大限度地发挥新能源系统的优势，实现包括电力可靠性和碳减排在内的多重政策目标。