Nature子刊丨可再生能源对电力系统天气脆弱性的影响

01摘要

风能和太阳能等依赖天气的可再生能源（WD RES）的高渗透率引发了人们对异常天气条件下电力系统安全性的担忧。可再生能源系统在全球停电事件中的作用已被讨论，但仍存在争议。在这项研究中，我们发现，尽管WD-RES不可调度且对天气敏感，但在高渗透率的WD-RES电网中，停电强度和极端天气脆弱性得到了缓解。在高渗透率的WD-RES电力系统中，WD RES对停电的因果影响通常会降低，而WD RES并不是极端天气条件下停电的主要原因。我们的研究结果为可再生能源集成和电力系统安全的争论做出了贡献，为电力系统弹性的研究提供了指导，并为未来雄心勃勃的高渗透率可再生能源目标提供了参考。

02图表简介

a–c，RES1−RES4电网中受影响客户数量（a）、需求损失（b）和停电持续时间（c）的概率和回归。RES1、RES2、RES3和RES4分别代表WD-RES（风能和太阳能）渗透率水平（0–10%）、（10–20%）、（20%，30%）和（30%，40%）。绿点和曲线是RES1的概率和回归函数，粉红色的是RES2，蓝色的是RES3，红色的是RES4的事件概率。采用对数刻度。例如，在a中，x=5和y=-0.29的点意味着超过105个受影响客户的停电概率为10-0.29（51.29%）。在所有对数-对数图中，由于决定系数很高（R2>0.96），受影响的客户数量和需求损失量显示幂律符合线性回归（log（y）=a×log（x）+b），如a和b所示，而指数关系（log（y=a×e（b×log（x）））存在于c所示的停电持续时间中（补充表1和表2和表3提供了详细的回归参数）。不同WD-RES渗透率水平之间存在停电强度差异。一般来说，渗透率较高的WD-RES类别在左下角有概率点，这意味着严重程度的停电事件较少。

概率P（X1≥X2，Y1≤Y2），其中X和Y分别表示WD-RES水平和停电强度。受影响客户较少的概率在（最小，最大）范围内，分别为（56.80%，78.68%）、第一和第三四分位数（66.23%，69.81%）和中位数68.00%。需求损失较低的概率在以下范围内（52.25%，73.65%），第一和第三四分位数（61.01%，64.67%）和中位数62.89%。停机时间缩短的概率在第一和第三四分位数（58.84%，62.11%）和中位数60.47%的范围内（52.09%，69.37%）。在所有概率都高于50%的情况下，穿透率较高的WD-RES电网更有可能降低停电强度。

天气稀有指数的范围从0到5，0是最极端的。最小稀有指数是GHI、风速、相对湿度和温度稀有指数（min（RG、RW、RH、RT））中的最小值。蓝点和红点分别表示天气诱发事件和非天气诱发事件。灰色虚线曲线表示罕见概率，没有任何特定的天气脆弱性。如果事件集没有任何特定的天气漏洞或保持天气中立，概率点将遵循灰色虚线曲线。两组的点都位于灰线的左侧，这意味着当天气较为罕见时，停电事件会更多。换言之，天气诱发和非天气诱发的事件集都显示出对极端天气的脆弱性。

03 参考文献
Liu Y , Qin Z , Yang X ,et al.High-Voltage Manganese Oxide Cathode with Two-Electron Transfer Enabled by a Phosphate Proton Reservoir for Aqueous Zinc Batteries[J]. 2022.

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