气候变化导致的极端天气事件不但影响新能 源出力水平，也会危及输变电设备的安全运行，甚 至可导致多重故障的发生，破坏电网稳定性。
受全球气候变化的影响，近几十年区域极端天 气事件呈现“多发、频发、强发、并发”的态势， 由此引发的风光资源气候风险（例如低风速和低太 阳辐射同时出现的“无风无光”天气）将严重制约 风光发电的稳定性和可靠性，进而威胁地区供电安 全（Liu et al., 2023）。因此，在推进能源转型和制 定区域可再生能源规划过程中，需要对气象条件变 化影响带来的风光出力情况进行科学合理的定量 评估，避免高频次极端“无风无光”事件对区域生 产生活带来的严重影响。在此基础上开展风能、太 阳能等可再生能源的气候风险研究（尤其针对极端 “无风无光”事件），对于保障“双碳”目标下的能 源安全具有重要意义。 目前中国主流风机的切入风速一般为 3 米 / 秒， 根据单机容量的差异，额定功率的 10% 至 20% 对 应的风速约为 5 米 / 秒。光伏设施的发电效率主要 有 3 个阶段，在辐射达到 30 瓦 / 平方米时开始具 备发电能力，在 100 瓦 / 平方米时开始对电网进行 电能输出，在 200 瓦 / 平方米时约达到额定功率的 20%，因此光资源阈值设为 30、100 和 200 瓦 / 平 方米。因此，风光资源同时无出力或低出力的组合 事件可以分为无风无光、微风微光、微风少光三种 情况。
中国高频次（大于 90 次）无风和微风事件在 全年均有出现。其中，在秋季出现时间占比最大， 分别达到 18% 和 23%。在持续 4 小时无风事件中， 全年高频次无风和微风事件的发生地区主要位于新 疆塔里木盆地西部边缘地区、四川盆地西部以及云 南南部地区；而西藏、青海大部分地区和四川西部 地区在冬季风能资源丰富，持续 4 小时无风事件发 生频次整体较小（小于 10 次）。在全国尺度上，南 方地区持续 4 小时无风事件发生频次高于北方地 区，整体呈现西北、东南频次高，东北、西南频次 低的分布规律。 中国微光和少光事件出现较为集中的时间段 为秋冬两季，在冬季出现时间占比最 大，分别达到 56% 和 68%。无光事件仅在部分地 区、且出现不超过 5 次。持续 18 小时微光和少光 事件出现次数较高的区域主要位于新疆准噶尔盆地 一带、四川盆地和东部沿海地区。其中 持续 18 小时微光事件在冬季以准噶尔盆地周边地 区发生频次最高，区域平均频次达 55 次以上；东北黑龙江大兴安岭北部地区次之。整体上，微光和 少光事件发生频次在冬季呈现“北高南低”的分 布特征；而在春季则恰好相反，高频次地区集中分 布于长江流域以及东南沿海地区。在秋冬交替时， 高频次、大范围的微光和少光事件发生地区呈现由 长江中下游地区（西南电网东部和南方电网北部） 向东南沿海地区（南方电网东部和华东电网大部） 转移的特点。
组合事件中，无风无光事件在秋冬两季出现频 次较高，春夏季频次明显下降。秋季无风无光事件 的出现时间占比最高，达到 4%。持续 10 小时无 风无光事件的频次分布特征呈现比较明显的季节 差异，在空间分布上呈现东北、西南地区频次低， 东南、西北地区频次高的分布特征。其 中，西北地区的准噶尔盆地和塔里木盆地两处盆地 边缘地区成为无风无光事件的高频次发生地区，除夏季外，在春秋冬三季均呈现出较高频次，且高于 同季其他地区。需要注意的是，在秋冬两季，黄土 高原地区、华北平原西部和长江中下游平原地区无 风无光事件发生频次也达到 11 次左右，虽然低于 西北地区的盆地和山区，但这些地区所包括的省份 往往城市化程度较高，人口密度较大，冬季的电力 供应需求也较高。因此，如果这些地区出现较长时 间的无风无光，将会对当地电力安全带来较大的威 胁，甚至影响正常的生产生活，需要引起相关部门 的重视，推进电力结构的协同优化。
微风微光事件在四季均有发生，以秋冬季节 发生频次较高。秋季微风微光事件出现时间占比 最高，达 9%。从空间分布特征来看，平均风速越 低的区域（如新疆、四川盆地、中部和东南部等）， 其持续 10 小时微风微光事件发生的频次越高；而 平均风速越高的区域（如青藏高原、东北地区、内 蒙古东部地区、东南沿海地区等），其持续 10 小时 微风微光发生的频次越低。四川盆地周 边地区在一年四季微风微光事件的发生频次均较 高，原因在于该地区风光资源受盆地地形的影响较 大。此外，以黑龙江、吉林和辽宁为代表的东北地 区在冬夏两季微风微光事件发生频次高于春秋两 季。作为人口大省和中国重要的工业基地，东北地 区冬夏季节电能消耗较大，居民用电和工业生产用 电需求将高于春秋两季，这意味着冬夏季对风光发 电稳定出力的需求更紧迫。因此，相关部门须合理 配置与风光发电相匹配的储能设施及相对应的应 急措施，以应对在微风微光事件发生时可能出现的 用电高峰和电力供给低谷。
从最长持续时间来看，微风少光事件最长持续 时间的时空分布呈现出较为明显的条带状分布特 征，西北—东南一线最长持续时间较长，东北—西 南一线最长持续时间较短。从空间分布特征来看， 微风少光事件年最高持续时间超过 360 小时的地区 主要位于青藏高原东南部、四川盆地西部和重庆部 分地区，其中以山南、林芝、眉山、成都、德阳等 城市的持续时间最久。东南地区中，江苏、福建等 沿海省份的微风少光事件最长持续时间普遍在 240 小时左右，这意味着沿海地区的风光发电设施出力 将会在大部分时间内低于装机容量；特别是在冬夏 两季用电峰值较高的季节，受气候影响导致的风光 发电低出力将严重威胁当地能源供给稳定。相比之 下，以黑龙江、吉林为代表的东北地区和以山东、 山西为代表的华北平原地区微风少光事件年最高 持续时间在 120 小时以下，极端天气引起的风光发 电波动在这些地区的威胁相对较小。为调节气候条件造成的风光发电出力的不稳定，可通过区域协调 的方式，扩大空间尺度以缓冲风光发电的不稳定 性，并结合区域内风能和太阳能的不同分布特征调 节风光发电比例，发展以风能或太阳能为主的多能 耦合协同发电模式，最大程度减少极端天气对新能 源发电设施产能的影响。
全球气候变化带来的极端天气对风光发电的 影响是不容忽视的。一方面，极端天气可能导致 风光发电设备的损坏，影响发电设施的正常运行。 另一方面，极端天气也可能影响风光发电的电能质 量。本节梳理了极端天气对可再生能源系统的影 响，为风光发电的应对措施提供借鉴。
极端寒潮 / 低温
极端寒潮 / 低温天气对新能源运行影响主要有 两类：一、风机覆冰造成脱网。在空气湿度较高地 区（在我国以华中、西南较为常见），极端寒潮 / 低温天气会导致风电机组关键部位覆冰和冰冻；叶 片覆冰会造成叶片外形发生改变，增加风机阻尼系 数，严重时甚至造成风机无法启动；叶片由于冰载 不同导致受力不均，可能存在断裂风险；冰冻现象 也会影响机组其他关键部位正常运行和控制。二、 低温保护造成风机脱网。为防止主要零部件在低温 环境下受到损坏而影响风机寿命和出现安全事故， 风力发电机组通常需要配置低温保护（一般在零下 20-30 摄氏度之间），在环境温度过低时自动停止 运行（李宝聚等 , 2022）。
降雪
对风电的影响方面，降雪对风机的危害主要在 机舱部分，降雪飘落到机舱内部会影响齿轮箱、发 电机箱的稳定性和可靠性。当降雪附着在机舱与设 备散热孔处时，会阻碍风机内部的空气循环系统与 散热系统的正常工作，导致机舱散热受阻，内部设 备运行效率和使用寿命会降低，严重时甚至会导致 部分组件起火。风速风向仪上的传感器也会受到降雪影响，导致测风数据失真，影响风机的准确偏航 变桨，最终影响风电机组的发电量。对光伏发电的 影响方面，当降雪量较大时，积雪覆盖光伏组件表 面，会对太阳辐射造成一定的遮挡，从而减少光伏 组件接收到的太阳辐射。因此在降雪期间和雪后一 定时间，对光伏系统有功出力将受到显著影响（鞠 冠章等 , 2022）。
极端高温
对于风力发电来说，极端高温主要会影响设备 散热、加速电气设备老化，因此风电机组均配置高 温保护（定值一般在 40-50 摄氏度）。同时，由于 风力发电具有“极热无风”的特点（即高温时段 风速较小），导致风机经常处于无风待机状态，因 此风力发电非常容易受到极端高温环境的影响（李 宝聚等 , 2022）。温度对于光伏发电的影响也较大， 极端高温会使光伏板的输出功率下降，光伏电池的 工作温度每提高 1℃，功率输出减少 0.4-0.5%。此 外，极端的高温天气会造成光伏核心组件的失效， 降低组件的可靠性，并加速光伏电池老化速度，影 响使用寿命。
极端大风
当风速过大时，风机会因为超出切出风速而停 机①。若达到切出风速风电机组仍在运行，可能会 发生塔架倒塔、叶轮飞车等事故。风速较大时，风 电场基本处于满发状态，若风速持续增大超过切出 风速，那么风电场出力将在短时间内由满发迅速下 降，对局部地区电压及全省频率调整造成较大影响。
强对流、强降水、连阴雨
强对流导致的阴雨天气对光伏发电影响较大， 长时间强降水使得太阳辐照度长期处于较低水平， 发电出力较小。若是因短时强对流天气形成的局部 降水，会造成降水过程前后的光伏出力预测难度加 大、预测精度降低。除此之外，强降水带来的洪涝 灾害，有可能造成光伏电站附近产生塌方险情，或 者造成光伏组件和电气设备泡水报废，甚至还有触 电风险。此类影响在南方地区较为常见，水面光伏 项目较容易受此影响。
雷电
雷电通过对电气设备产生危害来影响风光发 电的稳定，其途径包括通过直击雷、雷电波入侵、 雷电感应和过电压几个方面发生雷击事故。风力发 电站通常位于开阔地带，其风机叶片的最高点可达 上百米，被雷击的概率与其高度平方值成正比，因 此完全暴露在直击雷的威胁下，因此更易受到雷电 灾害的影响。另一方面，风机内部多种电子集成元 件都集中在一个较小的区域内，雷击造成的电涌会 对机组造成严重危害。同时，一旦遭受雷击，还可 能发生风机叶片爆裂、通信元件烧毁等灾害性后果 （张潜玉 , 2015）。
沙尘暴、雾、霾
局地大雾或沙尘天气通过遮挡阳光降低光伏发 电出力。由于对雾霾和沙尘浓度、可见度、起雾起沙 和飘散时间的预测难度较大，因此会影响光伏功率预 测精度。除此之外，这些天气现象会使光伏组件上 出现灰尘或者污渍，从而进一步削减组件接收的 太阳辐射强度，减少发电量；而且灰尘遮蔽还可 能造成热斑问题②，在影响发电量的同时还会构成 显著安全隐患，清扫不及时可能导致污闪等事故 的发生。
日食
日全食期间，光伏出力会在短时间内快速下 降，对电网实时运行产生巨大冲击。但日食属于发 生概率较小的极端气象事件，且易预测，虽对光伏 电站来说会产生一定的发电损失，但对于电网来 说，若提前做好充分准备，对电网安全稳定影响不 大（李宝聚等 , 2022）。 常见的极端天气类型和影响总结可见表 5.2。 实际生活中，除了低温、大风等单一气象要素异常 的极端天气以外，也时常会出现多个气象要素同时 出现异常的组合极端天气。例如，寒潮就是超强冷 空气的入侵过程，其显著特征为风速增大、气温骤 降、阴天辐照度下降等，所以会同时影响风力和光 伏发电。特别是当寒潮入侵时，通常伴随风速增大， 风电出力增大，但在西北和东北地区容易造成风机 的大风切出和低温保护。另一种常见的组合极端天 气是台风，台风常伴随强风暴雨过程，台风过境前 后风速呈明显增加趋势，可大幅提升过境期间的风 电出力。然而，台风风速若超过切出风速，也可造 成风电切出，使得风电场出力急剧降低直至零出 力。另外，台风伴随的降水过程将使光伏发电严重 降低，其产生的洪涝灾害和大风也会造成台风登陆 地区新能源发电设备损坏，以及配电网的破坏。
气候变化导致的极端天气事件不但影响新能 源出力水平，也会危及输变电设备的安全运行，甚 至可导致多重故障的发生，破坏电网稳定性（鞠冠 章等 , 2022），气象风险已成为新型电力系统安全 保供最为核心和关键的变量。因此，提高电力系统 对极端天气事件的应对能力，对降低风光发电能源 安全风险、提高风光资源利用效率和优化区域风光 发电产业结构具有重要意义。电力系统对极端天气 通常有六点应对措施： 第一，从硬件角度对电网和发电设施进行改 造和优化。对于已经建成的电站，考虑经济性的 同时，合理地加固基础设施，定期对发电站与输 电线路开展“无死角”隐患排查工作，及时进行 设备维修和更换，降低老旧设备比例；对于规划 中的设施，提高配电网和发电站的建设标准，优化设计，加强线路元件强度和架空线路电缆化， 提高防雷、防风、防雨、防冻、抗高温能力，降低 配电线路在极端天气下的故障率，从而降低多重 故障的发生概率，缩小灾害导致的故障规模，提 高配电网韧性。
第二，加强极端天气的监测、预报与预警。极 端天气信息的实时监测对于后续的预测预警具有 重要意义，为了及时准确地观测到极端天气，建议 电力部门加强和气象部门合作，在新能源电站集中 地区安装气象测量设备，大力开展极端天气下新能 源预测技术研究。在灾害发生前及时采取调控措 施，制定大规模停电应急预案和预警系统，及时投 入备用设备、接入备用能源或调整潮流以限制故障 扩展。对部分微网采用离网运行方式，保证其中关 键负荷的供电，配合储能装置提高整个孤岛内的可 控性。 第三，提升极端天气下电力系统的供电能力。 极端天气的发生将显著影响新能源出力水平，而与 此同时，极端天气发生时居民用电需求通常会攀 升，因此，保障电力系统的紧急供电能力极为重 要。在规划设计和电网运行中，必须从源、网、荷、 储等环节协同发力，在电源侧增加快速调节电源比 例，在电网侧增加区域或省级电网间的互济能力， 同时配套建设具有一定储能时长的储能设备，提升 极端特殊情况下电网的供电能力。
第四，做好极端天气下电网事故预案和应急处 置。建议编制事故预案时应考虑极端天气可能带来 的影响，做好新能源出力短时内大幅降低、同一输 电通道多回线路同时故障、电网解列甚至失去部分 负荷等极端情况的应急处置预案。同时，完善应急 响应机制，提升调度运行人员的应急处置能力。此 外，还要优化故障后的恢复策略，对重要负荷优先 恢复供电，逐步达到原有正常运行方式；提高故障 修复水平，缩短故障修复时间；采用负荷转供和投 入备用等方式尽快恢复一部分负荷的供电。 第五，促进各种能源的协同发展。确保煤电这 一能源供给“压舱石”的协同配套作用，同时以可 再生能源为基本导向，逐渐构建气电、抽水蓄能以 及储能等多元化、灵活的资源发展形式，建设多能 互补的新型综合能源系统。 第六，建立能源系统的区域互联。完善不同区 域间输电网络建设，加强地区间的电力调配能力， 降低联合系统的最大负荷，平时可以使跨省电力交 易更加方便快捷，当某地出现极端气候时，周围影 响较小的地区可以及时向受灾中心输送电力。 在“双碳”战略目标下，随着新能源渗透率的 逐步提高，极端天气对电网运行的影响越来越大， 如何精确地对极端天气进行预测预警、提高电力系 统抵御极端事件的韧性、构建安全稳定的新型电力 系统是电力系统进一步的研究方向。
