文/王靖

提要:面对日益频繁的极端天气,电力公司不但需要在战术层面提高电网的可靠性,还需要在战略层面增强电网韧性。

洪水、台风、林火、地震……全球重大天气事件日益频繁,影响也愈发恶劣。然而,多数电力公司尚未准备好面对新现实和随之而来的运营压力。埃森哲全球数字电网研究采访了200多名电力公司高管,其中近九成(87%)的受访电力公司高管表示,其所在地区的恶劣天气事件正在不断增多;有90%的被访高管相信,极端天气将给公司造成更大的财务风险;但仅有不到四分之一(24%)的高管认为其所在公司已为应对极端天气事件的挑战做好了充分准备。

多年来,电力公司主要专注于确保电网可靠性。的确,可靠性不管是在当下还是未来都至关重要。无论是维修供电线路或电线杆,维护或升级电气设备,还是培训和派遣员工处理常规停电,可靠性都是基本能力。但仅靠这一战术已无法满足电力公司和整个社会的需求。电力公司亟须将增强电网韧性上升到战略层面(见图一)。

迄今为止,电力行业还未对韧性做出标准且被广泛认可的定义。电力公司应率先制定适当的激励措施、指标和模型,为监管机构、客户和电力公司之间的协作奠定基础。为此,电力公司必须以数据和数字技术为驱动,制定全新的前瞻性综合战略,侧重提升能源效率和使用可再生能源。埃森哲认为,韧性电网主要表现在以下四个方面:第一,可尽量降低极端天气事件对系统性能的影响,并减少事件发生之前、中、后受影响的客户数量;第二,提升公司对极端天气事件的适应能力,维护安全并限制对性能的进一步影响;第三,可快速高效地恢复供电,并尽可能减少停电持续时间;第四,可在数天到数月内将系统韧性恢复到事件前的水平(见图二)。

埃森哲认为,规划和执行这种战略需要电力公司专注于三大战略举措:建立韧性基础;构建韧性电网;以及推动创新,打造可行的新兴韧性服务。

建立韧性基础

在战略层面,电力公司领导层应将韧性思维纳入公司愿景和业务规划。电力公司应该明晰韧性的作用并将其融入企业运营、治理和流程中,并建立明确的内部职权制度,合理分配责任。

电力公司还应主动推进与利益相关者之间的交流和学习,推进彼此对韧性风险的认识。电力公司还应听取利益相关者的意见,并在此基础上做出有关未来韧性需求的决策。例如,电力公司若想铺设韧性电网之路,就必须与当地政府合作,共同确定关键设施,就解决方案达成一致意见并获得所需投资的批准。

在多数情况下,韧性都只能在特定事件中评估。而确定合适的极端天气场景以及经济和安全等关键领域所需的韧性水平是起点。从这一起点开始,开发增强分析工具包,以对天气和资产风险进行建模。通过使用标准的“平均恢复时间”或其他类似指标,电力公司还需更加精确地阐明这些模型中的故障恢复时间。

美国爱克斯龙(Exelon)电力公司拥有200多万根木质电线杆,每年的预防性维护和更换活动费用高达数千万美元。传统做法是对所有电线杆和检查区域不加区分地进行检查,但这种方法维护效率低下并可能损害电网韧性。埃森哲携手爱克斯龙使用机器学习和自然语言处理等技术,充分利用数据识别特定区域的风险,制订个性化的检查计划,优化维护周期,提高资本投资效率,有效降低维护成本。这种方法同样可以应用于其他资产,从而进行有针对性的维护和升级,构建更具韧性的电网。

构建韧性电网

当企业建立韧性基础后,就具备了制定韧性战略决策所需的数据、工具和框架。下一步的重点在于构建系统操作和恢复效率的灵活性。95%的受访高管认为,使用分布式发电是长期提升韧性的关键。随着分布式发电部署的不断增加,需有效利用分布式发电提供的灵活性,否则韧性挑战将变得更加严峻。

要想将分布式发电转变为韧性资产,公司必须对规范、运营政策、电网可见性和控制做出重大改变。为此,公司需要通过配电操作进行本地电频和电压调节。如果要大规模利用灵活的分布式发电操作,新的传感器和控制系统以及保护系统的改变(如微电网有此要求)将至关重要。

利用电网灵活性需要强大的通信基础架构,从而提升电网可见性和控制所需的高带宽、低延迟通信。部署传感器可跨越式提升可见性,从而对配电系统实现有效管理。

荷兰能源基础设施公司Gasunie构建了数字化天然气运输管理系统,旨在更好地管理荷兰的天然气电网。该公司携手埃森哲,联合为其控制室规划了新的IT构架,有助于保障最终用户的准确信息、满足运营需求并提供安全可靠的天然气运输。这一新系统集成了Gasunie的地理信息系统,使用单一资产数据源(包括管道、压缩机和阀门)创建了系统的电网模型,作为现实网络的数字孪生。这一最先进的新系统为Gasunie在未来实现能源优化、数字维护和运营管控等计划奠定了坚实基础。

除了灵活性以外,电网的恢复战略同样必须加以重视。事实上,恢复战略可进一步提升灵活性。其实电力公司已经具备了强大的系统恢复能力,可以有效支持计划性和非计划性停电。92%的受访高管表示,他们在一定或较大程度上使用事件指挥系统方法进行应急响应;89%的受访高管表示,他们与应急机构、土地所有者等第三方共同开展了培训课程;93%的电力公司已经在一定程度上与其他电力公司达成了共享重要资产的协议。

在紧急情况下,系统恢复实践通常遵循预定的优先级顺序,在维护公共安全和员工安全的基础上,优先处理关键资产,并从高电压降到低电压进行工作,以最大限度增加每一步恢复的客户数量。在对这种大型系统进行优化时,由于存在数据差距和计算限制,对实际损失的恢复往往难以实现最优解。数字孪生解决方案可以支持电力公司在事件发生之前制定多种可能的恢复方法,以便事件发生时根据系统的实际损坏情况选择相应的方法。

电力公司深知,极端天气事件发生时的供应链完整性同样建立在恢复效率的基础之上。理想情况下,供应商能够在短时间内交付大量标准化零件,或者可以从邻近的电力公司借用零件。但是当供应链因范围更广的区域性天气破坏而中断时,或者其他韧性问题扰乱全球供应链时,以上假设就可能被推翻。比如新冠疫情暴发时,即使是基本组件的供应链也可能迅速瓦解。在这种情况下,电力公司必须共同努力,确保在重新采购到零件之前提高稀缺供应的利用效率。电力公司可进一步达成互助协议,将工作和资产管理系统的访问权限扩展到第三方,从而对所有规划人员和现场工作人员的信息访问权限进行标准化设置。此外,电力公司可能需要发掘新的人力资源,例如,让退休员工重返临时岗位以支持核心劳动力。

在经历了“威尔玛”等一系列飓风之后,美国佛罗里达电力照明公司(FPL)的领导层在10年间投资了30亿美元打造更具韧性的电网。FPL用新的混凝土和钢质电线杆替换了传统的木质电线杆,安装了新的传感器,并引入可提供电网状态信息的全新分析方法。此外,FPL还创建了一个5级强化应急运营中心和最先进的诊断中心。三年前,FPL的服务区域遭到了飓风“艾尔玛”的严重影响,导致断电客户数量达到其历史最高水平,但FPL在随后的10天内为440万客户恢复了供电服务。尽管“艾尔玛”比以往的飓风威力更大,但FPL所提升的电网韧性大大缩短了停电恢复时间。当FPL要求埃森哲就其风暴响应工作提供即时反馈时,统计数据说明了一切:遭受飓风“威尔玛”袭击期间,FPL有12 500根电线杆被吹倒;而在飓风“艾尔玛”袭击期间则降到了2 500根。

探索新兴韧性解决方案

在无法使用传统方法提供韧性的情况下,电力公司需要开发和拓展新服务模式。部分电力公司在向客户提供韧性解决方案时面临着重大技术限制,例如,为相对偏远的农村提供服务。电力公司应与客户和其他公司合作开发的新解决方案,从而充分满足客户预期的韧性需求。

除此之外,在全球新冠疫情常态化已成定势的情况下,电力公司也在全面了解疫情对其员工、客户和运营造成的影响。针对疫情传播,电力公司的初步响应措施侧重于确保安全工作实践和保持运营绩效,但同时还要应对极端天气事件,以保障电力的可靠输送。例如,在飓风等重大事件发生时,在人口疏散时还要保持社交距离,客户的安全风险将大幅增加,因此,电力公司需要变更应急响应和恢复工作的优先级顺序。电力公司应评估其疫情响应措施,并针对极端天气场景对其进行压力测试。

例如,在新冠疫情限制下,针对极端天气事件的员工团队和恢复计划;针对供应链中断进行建模,为降低风险制定战略;控制中心和事件指挥中心的人员配备方案。

“未来控制中心”是所有电网运行的核心,可以进行电网监测、分析和控制,并支持资产健康评估和为标准运行和突发事件做好规划(见图三)。此外,控制中心集成并管理分布式能源,并有助于应急响应和停电管理。控制中心应用智能技术提升操作员的问题解决能力和整体绩效,实现性能改善,体验提升,集成了工程和维护数据,可与支持人员和现场人员实现较高水平的协作,从而帮助操作员预测风险并加快事件发生后的恢复速度。

增强电网韧性的工作也许十分艰巨,但却无法避免。极端天气事件已不再是偶然现象,而是会经常性地影响电网运行,给电力公司造成更大的财务风险。因此,电力公司应将韧性纳入公司职责范围,否则会将自身和客户置于危险境地。依据韧性的三大要素(基础、电网和新兴解决方案)制定和执行公司的韧性战略,将助力电力公司做好充分准备,更加从容应对不可预测且影响重大的天气事件及其带来的财务影响和其他危机。

着眼全局,即刻行动,增强电网韧性必将成为电力行业实现增长的重要举措。

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