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日本多地遭遇寒潮,电力需求激增,电力系统缺陷暴露

据Nikkei报道,自上个月寒潮袭击日本许多地区以来,日本的电力需求量激增。但是,这种情况也暴露出了日本电力系统的缺陷,今后日本也将面临脱碳问题的挑战。

(图源:unsplash)

自上周以来,日本各地的电力公司容量系数(实际产量与最大产量之比)超过95%。通常情况下,电力稳定供应需要7%至8%的储备率。当储备率低于3%时,运营商就很难应对需求的突然波动。

由于供暖需求增加,日本今冬用电量同比增速超过10%。电力企业之间互相分电,上个月输电运营商跨区域协调组织(OCCTO)指示电力企业与周边地区至少分电140次,这是一个前所未有的数字。尽管采取了要求电力公司以最大输出功率运行、扩大连接地区的输电线路容量等各种措施,但过去几周,不少地区的容量系数暂时达到了98-99%。这也暴露了日本电力系统的问题。

首先,日本电力系统存在严重依赖液化天然气的风险。电力公司被迫依靠以液化天然气为燃料的电厂来应对需求高峰。在夏季,电力需求逐渐减少,但在冬季,由于气温较低,夜间电力需求仍然很高。因此,电厂继续燃烧液化天然气,结果库存迅速下降,这比大多数公司的预期计划还要早。

日本液化天然气供电厂多的原因有很多。核电站和燃煤电站启动或停止发电需要时间,而以液化天然气为燃料的电站在短时间内就能达到满负荷输出。此外,当需求发生变化时,它们也可以起到供电的作用。

此外,在所有化石燃料中,液化天然气排放的二氧化碳量最少,这种超低温气体作为一种为低碳化铺路的“过渡性燃料”而备受关注。日本依赖液化天然气的另一个原因是,自福岛事故后,许多核电站因安全措施收紧而不再运行了。

然而,围绕能源安全的问题依然存在。液化天然气进口后储存在接收站,日本国内的库存仅能维持两周,在接到新的订单后,运送液化天然气的船只往往需要两个月才能到达。

由于以石油为燃料的发电厂数量不断减少,今年冬天的情况更加严重。以石油为燃料的发电厂的平准化电力成本比以液化天然气为燃料的发电厂贵,但石油更容易采购、运输和储存。电力公司一直在使用石油燃料发电厂来满足用电量激增时的高峰需求,但由于成本较高,这些发电厂的运营时间往往受到限制。

随着政府推动电力市场的开放,固定成本高、产能系数低的石油燃料电厂陆续退役,这可能是过去一个月供需异常紧张的原因之一。一个长期以来的担忧变成了现实。电力市场的自由化使得发电能力难以维持。

另外,过去一个月,可再生能源的产量也有所下降。12月7日,当寒潮袭击日本九州岛西北部时,全岛的太阳能发电供应能力下降到3240兆瓦,比10天后天气晴朗时的5600兆瓦减少了42%。这减少的2360兆瓦相当于两座核电站的发电能力。

随着许多投资者在九州岛建设太阳能电站,可再生能源的间歇性正在成为控制能源系统的问题。西部岛屿上的输电公司九州电力公司偶尔会在晴天要求太阳能发电厂减少输出,因为该地区的电网无法吸收所有的电力。但在过去的一个月里,由于天气恶劣,太阳能电池板的供应能力几乎荡然无存。

供应能力的下降并不限于太阳能发电。九州电力公司通常利用太阳能发电的剩余电力进行抽水蓄能,将水库中的水提升到更高的水库,然后在电力需求增加时释放出来用于发电。但由于这么多天没有阳光照射,九州电力公司表示无法抽起足够的水。

日本各地的电力公司都感受到了太阳能发电间歇性的影响。为大东京地区供电的Tepco公司的太阳能发电量在晴朗的冬季有时会超过1000兆瓦。但在周二(1月12日),东京阴天时,全天几乎没有输出电力。过去几年,日本曾因自然灾害发生过区域性停电的情况:2018年日本北部北海道的地震以及2019年东京市旁边的千叶县发生特大台风灾害。

但在日本,围绕能源政策的讨论往往集中在零碳能源和能源市场自由化的好处上。这表示,我们应该更多关注日本电力是否能稳定供应,以及讨论如何以最小的成本同时实现这三个目标。过去一个月的情况已经表明了利用可再生能源的难度。为了使可再生能源成为主要的电力来源,日本需要开发更多的储能,如提高效率、扩大电力容量等。

此外,液化天然气燃料发电厂要想在能源系统中发挥核心作用,就必须解决上个月强调的燃料保障问题,使其更具弹性。日本全国划分为10个区域电网,每个电网都隶属于自己的公用事业部门,这是另一个必须解决的问题。从中长期来看,需要加强分布式可再生能源。此外,需要对输电线路进行重组,以使电力系统更加灵活。