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今年夏天，四川各地持續高溫，電力供需緊張形勢進(jìn)一步加劇。在大家的印象里，四川水資源豐富，擁有多座巨型水電站，水電裝機容量和發(fā)電量，均居全國第一的水電大省，為何會(huì )在夏季出現電力缺口？

今年極為異常的高溫干旱，是最主要的直接原因。嚴峻的高溫干旱災害性天氣，讓四川面臨歷史同期最高的極端高溫、歷史同期最少的降水量、歷史同期最高的電力負荷三“最”疊加的局面。

來(lái)源：veer圖庫

Part.1

現代人的世界，離不開(kāi)電

電能作為現代社會(huì )的運行基礎，廣泛應用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。發(fā)電站將風(fēng)能、水能、煤炭中貯存的化學(xué)能等類(lèi)型的能量轉換為電能，利用電網(wǎng)傳輸到千家萬(wàn)戶(hù)，人們再按照自己需求將電能轉換成別的能量。舉個(gè)例子，遠方的發(fā)電站生產(chǎn)出的電力傳輸到了你家里，你再用電來(lái)照明（電能轉換成光能），做飯（電能轉換成熱能），洗衣服（電能轉換成機械能）。

圖片來(lái)源：參考文獻1

目前的發(fā)電模式有一個(gè)很重要的特點(diǎn)：消耗多少就生產(chǎn)多少。發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電功率是根據電網(wǎng)另一端的用電功率實(shí)時(shí)調整的，到晚上大家要開(kāi)燈了，發(fā)電機的發(fā)電功率會(huì )根據電網(wǎng)的參數實(shí)時(shí)調整，發(fā)電功率和用電功率處在一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡當中。

四川省內的電站，采用水利發(fā)電的裝機量是總發(fā)電裝機量的百分之八十二，而徑流式水電站（河里流過(guò)多少水就發(fā)多少電，沒(méi)有存水的水庫）又占到水電總裝機的百分之六十。水利發(fā)電站的發(fā)電功率受制于河流水量的大小。

豐水期水流較大，水電站如果將流過(guò)的水全部用于發(fā)電，電量消耗不完，因此出現了能量多余，只能將一部分水直接放走。而在枯水期，水流太小，將所有流過(guò)的水用于發(fā)電也無(wú)法滿(mǎn)足電力需求，導致能量缺乏。

徑流式水電站在實(shí)際運行時(shí)，不可避免地會(huì )遇到以上兩種情況，導致發(fā)電能力有時(shí)候被浪費了，有時(shí)候又不能滿(mǎn)足用電需求。

圖片來(lái)源：作者

輸電線(xiàn)路，效率高但規劃建造需要時(shí)間。我國的電能輸送技術(shù)目前可以說(shuō)是藍星最強（國家電網(wǎng)：低調，低調），在電網(wǎng)的設計初期，會(huì )考慮到各地的用電量需和發(fā)電站的發(fā)電功率，規劃合適的布局，盡可能最大化的利用發(fā)電站的發(fā)電能力，減少能源的浪費。然而，要是遇到幾十年一遇的極端情況的話(huà)，設計的電網(wǎng)也會(huì )有沒(méi)能力招架的時(shí)候。

Part.2

電網(wǎng)系統的后盾——儲能技術(shù)

當電網(wǎng)沒(méi)能力招架了怎么辦？這時(shí)候就需要儲能設施出場(chǎng)救急了。儲能設施是干什么的呢？打個(gè)比方，它相當于一個(gè)小金庫，把平時(shí)多出來(lái)的電能存到儲能設施里，有需要的時(shí)候再取出來(lái)用。這樣才是能量利用率最高的解決辦法。儲能系統種類(lèi)繁多，各有特色，主要有抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、電化學(xué)儲能、超級電容器儲能。

目前世界上裝機容量最多的電網(wǎng)儲能設施是抽水蓄能電站，在用電低谷時(shí)，抽水蓄能電站利用網(wǎng)的多余發(fā)電量，將水從低處的水庫抽取到高處的水庫儲存起來(lái)；到用電高峰期時(shí)，再利用抽到高處水庫中的水進(jìn)行發(fā)電。這樣一來(lái)，平時(shí)多余的電能讓抽水蓄能電站儲存起來(lái)，在發(fā)電站無(wú)法滿(mǎn)足用電需求時(shí)，再由抽水蓄能電站發(fā)電，分擔發(fā)電站的壓力。

安徽響水澗抽水蓄能電站

（圖片來(lái)源：新華社）

風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)電功率波動(dòng)很大，而且很迅速。風(fēng)刮一會(huì )兒停一會(huì )兒，或是云朵把太陽(yáng)遮了一會(huì )兒，兩者的發(fā)電功率跟過(guò)山車(chē)似地波瀾起伏。這也是現在的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電能量利用率不高的重要原因，波動(dòng)太快導致電網(wǎng)無(wú)法承受。（電網(wǎng)：我的小心臟受不了這種波瀾）。有效提高這些電能利用率的辦法，也是建造儲能設施。在發(fā)電功率冗余的時(shí)候把電能存起來(lái)，然后發(fā)電功率不足時(shí)輔助放電，把發(fā)電功率給“熨平”，這樣電網(wǎng)才能承受。

（圖源：作者自制）

抽水電站能勝任這個(gè)工作嗎？不行，對于光電和風(fēng)電來(lái)說(shuō)，抽水蓄能電站的反應速度總是“慢半拍”，沒(méi)辦法滿(mǎn)足要求。抽水蓄能電站儲備能量通常需要幾天的時(shí)間，而且建設抽水蓄能電站對環(huán)境的要求也比較高。因此目前的抽水蓄能電站幾乎都用于在電力系統處于較大載荷時(shí)分擔發(fā)電壓力。

化學(xué)電池目前最有希望滿(mǎn)足上述要求，化學(xué)電池的充放電切換迅速，反應極快。生活中最常見(jiàn)的儲能設備就是化學(xué)電池了。手機、平板、電動(dòng)汽車(chē)的儲能設備都是化學(xué)電池。不過(guò)電池的性能雖好，大規模使用還是會(huì )面臨成本問(wèn)題。以平時(shí)使用的手機充電寶為例，在不考慮損耗的理想情況下，需要7.5個(gè)容量一萬(wàn)毫安時(shí)的充電寶才能存下一度電。這還是使用了能量密度很高（當然，價(jià)格也很感人）的鋰離子電池的情況下。

Part.3

電池技術(shù)的發(fā)展——沒(méi)有摩爾定律可言

摩爾定律是英特爾創(chuàng )始人之一戈登·摩爾的經(jīng)驗之談，其核心內容為：集成電路上可以容納的晶體管數目在大約每經(jīng)過(guò)18個(gè)月到24個(gè)月便會(huì )增加一倍。換言之，處理器的性能大約每?jì)赡攴槐?，同時(shí)價(jià)格下降為之前的一半。

在電池行業(yè)，這句話(huà)可以這么說(shuō)：大約每?jì)赡觌姵啬芰棵芏确环?，或是同等的能量密度下價(jià)格降低一半，當然，這在電池行業(yè)簡(jiǎn)直是天方夜譚。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展二十多年來(lái)，一直集中在通信、消費電子以及電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，在應用規模更大的儲能電池行業(yè)，由于鋰電池的成本高、且難以應對穿刺、沖撞以及高低溫等特殊環(huán)境，大規模儲能電池的應用始終停留在實(shí)驗階段。電池技術(shù)的發(fā)展，還有很長(cháng)的路要走。

（圖片來(lái)源：參考文獻2）

目前，國內外儲能技術(shù)的主要研究方向都是電化學(xué)儲能，一些新技術(shù)在實(shí)驗室階段也取得了可喜的進(jìn)展。不過(guò)，新技術(shù)從實(shí)驗室走向實(shí)用階段，還有很遠的路要走。當儲能技術(shù)和輸電技術(shù)發(fā)展到一個(gè)全新的水平時(shí)，我們有望擺脫對化石能源的重度依賴(lài)。每一次能源行業(yè)的重大進(jìn)展，都將人類(lèi)帶到了一個(gè)全新的發(fā)展階段，未來(lái)會(huì )是如何，技術(shù)的進(jìn)步會(huì )給我們這些普通人的生活帶來(lái)什么樣的變化呢？讓我們拭目以待。

參考文獻:

[1]Hosein, Stefan & Hosein, Patrick & Kattick, Walter & Ratan, Varma. (2016). Web application for power grid fault management. 1-5. 10.1109/ICIAS.2016.7824052.

[2]吳皓文, 王軍, 龔迎莉,等. 儲能技術(shù)發(fā)展現狀及應用前景分析[J]. 電力學(xué)報, 2021, 36(5):10.

[3]朱雪艷. 四川省水電站棄水成因及應對分析[J]. 產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新研究, 2019(9):2.

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