什么是电网弹性？

自然灾害、网络攻击、设备故障及其他原因都可能导致停电。电网运营商能够限制停电范围、缩短停电时间、减轻影响的程度，决定了电力系统的弹性水平。

电网弹性和电网可靠性是密切相关的两个术语：

• 电网可靠性衡量的是电网在正常条件下维持能源供应并满足客户需求的稳定程度。

• 电网弹性关注电网承受、适应中断并从中恢复的能力。

两者虽有重叠，但具有弹性的电网不一定可靠，反之亦然。对弹性的投入通常通过缩短停电时间和提升系统健壮性来提高长期可靠性。

电网弹性反映了多种技术、环境和运营因素在压力下如何相互作用，以维持发电和输电。决定电网弹性的因素包括 以下内容：

• 现有基础设施

• 电网复杂性与设计

• 需求增长

• 能源转型

• 运营灵活性

• 气候变化

• 网络安全

能源基础设施包括发电厂、变压器、输电线路以及其他用于发电、输电和配电的物理设备。老旧的发电和输电系统更容易受到干扰事件的影响。

冗余有限的集中式电网更易于管理，但往往存在关键脆弱点。相反，分散式或分布式电网增加了冗余，但设计、运营和维护更为复杂。

需求增长会加剧关键基础设施的压力，并可能降低电网弹性。例如，AI 驱动的数据中心建设兴起，导致能源需求相应增加。

高峰需求增长在极端条件下对发电和输电能力造成压力，尤其带来弹性挑战。

向可再生能源的转型为系统运行和管理增添了另一个变量。太阳能和风能等间歇性能源需要采取应对措施，如储能、需求响应和灵活发电，以补偿其不稳定的电力输出。

运行灵活性是电网根据电力供需变化快速调整发电、负荷和潮流的能力。这对于可再生能源整合至关重要，因为它能平衡间歇性能源可能带来的波动。

气候变化导致天气模式日益不稳定、自然灾害和极端天气事件频发，这些都可能扰乱电力供应。极端寒冷和高温事件都在不同地区日益考验电网弹性。 2024 年 1 月创纪录的低温导致得克萨斯州停电，原因是发电、燃料供应和电网运行承受巨大压力。

野火、洪水和强风暴都是影响电网弹性的严重气候风险。气温飙升和热浪导致空调使用增加，加速了电力公用事业的需求增长。城市热岛效应（即温度高于周边地区的已开发区域）进一步加剧了与制冷相关的问题。

数字电网技术的广泛采用使电力系统更容易受到网络攻击。电网运营商需要强大的网络安全措施，以最大程度减少攻击面，并在不断变化的威胁形势下保持电网弹性。

由于多种因素共同作用，2026 年成为电网弹性的关键一年。电气化程度提高、数据中心建设以及经济增长导致需求激增。与此同时，老化的基础设施和与气候变化相关的自然灾害频发，阻碍了电网满足更高需求的能力。

通过先进技术升级（例如使用可再生能源和核能的可持续性计划）来改造电网并非没有挑战。两者都是资本密集型的，且将可再生能源整合到传统基础设施中在物流上也十分复杂。

与间歇性可再生能源不同，核电站可以连续运行，对短期天气变化的敏感度较低。然而，核能的安全性及其他问题仍存在持续争议。

在长期能源来源投入使用之前，需要短期的弹性解决方案来应对 2026 年的挑战。

现代电网弹性由 AI、可再生能源和分布式网络等关键技术驱动。以下 四种方法是提高电网弹性的主要途径：

• 智能技术

• 物理基础设施改进

• 分布式发电

• 储能

电网运营商和其他利益相关者可以通过采用智能电网技术，为能源资产管理引入自动化。预测性分析模型有助于预测威胁，并为电网运营商提供反应或进行预测性维护的时间。相量测量单元 (PMU) 等先进传感器可以实现自动停电检测和态势感知。

在电网充分现代化的情况下，自感知和自愈系统可以在检测到中断时重新规划电力路线，并维持对客户的供电。智能技术集成可以帮助组织使其自身具备获得基础设施相关资助机会、赠款计划以及其他合作关系的资格。

“硬化”电网指的是使其更能抵御物理中断。解决方案包括气候适应性对策，如加高海堤、植被管理、关键资产迁移、使用耐火材料以及将电力线埋入地下。

电网运营商可以使用柔性交流输电系统 (FACTS) 来平衡不稳定的电力输送，而无需建设新的基础设施。FACTS 帮助老化的电网适应可再生能源，而无需新建工程。

智能技术和物理改进都为能源提供商提供了通过战略性投资将气候风险转化为商业机会的可能。

分布式发电 (DG)  是通过小规模本地网络提供电力，而非通过大型集中式电网。分布式能源 (DER) 通常侧重于可再生能源，可包括太阳能电池板、风力涡轮机和储能系统。

DER 可以为单个家庭供电，也可以连接到微电网——一种独立运行的、为大学或医院园区等 区域供电的电网。微电网和热电联产 (CHP) 系统可以连接并为更广泛的电网做出贡献，同时也可以手动或自动隔离（即“孤岛运行”），以在停电期间保持正常运行。

DG 系统可以通过补充电网提供的电力或完全替代其服务区域的电力，来帮助缓解电力需求。然后，电网运营商可以将资源集中用于未被 DER 服务的其他客户。 运营 DER 的实体可以通过将多余的电力出售给更大的电网来获利。

储能系统是电网现代化的关键组成部分。客户和公用事业公司可以在中断期间维持电力供应并平衡波动。电池储能系统 (BESS) 可以部署在住宅、商业和公用事业规模上，在停电期间提供备用电源，并提供频率调节、电压支撑和削峰填谷等电网服务。

长时储能技术将供电时间从几分钟延长到几小时甚至几天，从而放大了上述益处。储能系统可改善微电网的运行表现，提高系统适应能力，并帮助电网运营商迅速恢复电力服务。

电网弹性的关键绩效指标 (KPI) 使组织和利益相关者能够评估其计划的有效性。这些洞察可以引导进一步改进并最大化效率。

电网弹性 KPI 包括以下指标：

• SAIDI（系统平均中断持续时间指数）：衡量每个客户的平均累计停电持续时间。

• SAIFI（系统平均中断频率指数）：衡量每个计量周期（通常为每年）的平均停电次数。

• CAIDI（客户平均中断持续时间指数）：衡量停电后恢复供电的平均时间。SAIDI、SAIFI 和 CAIDI 传统上是可靠性指标，但通常被用作电网弹性的代理指标。

• 关键负荷性能：电网在遭受停电等不利影响之前能够承受的最大需求限值。

• 基础设施硬化指标：可包括埋入地下的电力线里程、加高的海堤、升级的设施以及经耐候处理的发电容量（兆瓦）。

• 微电网数量与容量：表明微电网在其服务区域内对主电网的补充效果。

• 威胁建模：利用预测性分析展示极端天气事件对电网的影响。

• 资产脆弱性评估：识别面临中断风险的关键基础设施。

• 客户损害函数 (CDF)：由美国国家可再生能源实验室 (NREL) 通过其落基山 国家图书馆 (NLR)  计划并借助美国能源部 (DoE) 资助开发。该函数衡量有无弹性投资情况下的停电成本差异。

迄今为止，电网弹性 KPI 尚无通用标准，但针对衡量计划有效性的新系统正在研发中。2026 年发表于 Science Direct 的一篇论文提出了一系列以 DER 为重点的新 KPI，旨在更聚焦地审视弹性相关的具体发展。