構建新型電力係統的思考和建議

深化電力體製改革，構建以（yǐ）新能源為主體（tǐ）的新型電力係統，是（shì）黨中央基於保障國家能源安全、實現可持續發展、推動碳達峰、碳中和目標實施作出的重大決策部署，為新時期能源（yuán）行業以及相關產業發（fā）展提供了重要戰略指引，有利於（yú）加快我（wǒ）國構建清（qīng）潔低碳、安全高效的現代能（néng）源體係步伐，推動（dòng）經濟（jì）社會綠色轉型和高質量發展。

（作者：李鵬）

一、新（xīn）形勢下（xià）新能源發展的曆史機遇以（yǐ）及電力係（xì）統麵臨的挑戰

當前，我國正處（chù）於工業化後（hòu）期（qī），經濟（jì）對能（néng）源的依賴程度高，而（ér）我國能源消費以化石能源為主，2020年化石能源占一次（cì）能源比（bǐ）重達84%。碳達峰（fēng）、碳（tàn）中和目標下，我國能源結構將加速調整，清潔低碳發展（zhǎn）特征（zhēng）愈加突出。

（一）碳達峰、碳中和目（mù）標推動新能源向（xiàng）“主體能源”轉變

隨著經濟社會的轉型發展和（hé）能源利用（yòng）效（xiào）率的不斷提升，能源消費總量（liàng）將會在（zài）碳排放量達到峰值後（hòu）逐步下降，但電（diàn）能消費總量一直呈上升趨（qū）勢，預計將從2020年的7.5萬億千瓦時增長至2060年的15—18萬億千瓦時。

新能源將迎來（lái）跨越式發（fā）展的曆史機遇，成為電能增量（liàng）的主（zhǔ）力（lì）軍，實現從“補充能源”向“主體能源”的轉變。預（yù）計到2030年，風電、光伏（fú）裝機規模超（chāo）16億千瓦，裝機占比從2020年的24%增長至47%左右，新能源發電量約3.5萬億千（qiān）瓦時，占比從2020年的（de）13%提高至30%。

2030年後，水電（diàn）、核電等（děng）傳統非（fēi）化石能（néng）源受資源和站址約束，建設逐步放緩，新能源發展將進一步提速。預計到2060年，風電、光伏裝機規模超50億千瓦，裝（zhuāng）機（jī）占比超80%，新能源發電量（liàng）超9.6萬億千瓦時，占比超60%，成為電力係統的重要（yào）支撐（chēng）。

（二）新型電力（lì）係（xì）統麵臨的挑戰

新能源具有典型的間歇性特征，出力隨機波動性強。以電動汽車為代表（biǎo）的新型負荷尖峰化特（tè）征明顯（xiǎn），最大負（fù）荷與平（píng）均負荷之比持續提升。發電側隨機性和負荷側峰穀差加大將對傳統電力係統造成較大的衝擊，要實現（xiàn）構建以新能（néng）源（yuán）為主體的新型電力係統願景目標，我們還需要應對以下問題：

一是電力係統的可靠容量不足。風電、光伏（fú）因其自身出力特性，可靠性偏低。經研究，到2030年，在（zài）全國範圍內相（xiàng）對均（jun1）勻分布的情況下，新能源裝機超10億千瓦，每年將有30天以上出力低於裝機（jī）容（róng）量的10%，置信容量僅為1億千瓦。

假設峰值負荷約18億千瓦，水電裝機5億千瓦，可靠容量約（yuē）3.5億千瓦，核電（diàn）裝機3億（yì）千瓦，可靠容量約3億千瓦，風電、光伏（fú）可靠容量按1億千瓦、其他可（kě）再生電源可（kě）靠容（róng）量（liàng）按0.5億千瓦估列，再考慮（lǜ）可中斷負荷（hé）及電動汽車等可調節（jiē）容量約5億千瓦，那麽（me）電（diàn）力係統可靠容（róng）量缺口約5億千瓦，也就是說，對於穩定電源（yuán）（火電）的需（xū）求仍有（yǒu）5億千瓦。

二是傳統大電網難（nán）以滿足未來電力（lì）輸送需（xū）求。長期以來（lái），我國能源資源（yuán）與負荷呈逆向分布（bù），大電網是連接（jiē）三北地區等資源區與中東部負（fù）荷區的（de）重（chóng）要途徑。但隨（suí）著經濟社（shè）會的（de）發展，各地區用（yòng）電量需求與（yǔ）日（rì）俱增，預計到2030年，僅廣東、福建、浙江、江蘇和山東五省的全社會用電量就將達到3萬億千瓦時，未來可能會達（dá）到5萬億千（qiān）瓦時。

如果絕大部分從三北地區遠距離輸送，按照80%的比例測算，送電規（guī）模將達到4萬億千瓦時，這就需要建設約100條特高壓送電通道，且每（měi）條特高壓不受電磁環網製約，全年滿功率運行，無疑這將難以實現。

三（sān）是電力（lì）係統轉動慣量以及長周期調（diào）節能力不足（zú）。光伏發電利用半導（dǎo）體的光電效應將光能轉變為電能，無轉動慣量，風（fēng）力發電轉動慣量也嚴重（chóng）不（bú）足，因此，當電力係統（tǒng）中大量的新能源機組替（tì）代常規電源時，係統頻率調節能力將顯著下（xià）降。另一方麵，目前的電化學儲能等技術隻能解決電力係統的短期調節問題，且受成本等因素製約，月度調節和季度調節還存在很大障礙。

而氫能、CCUS等技術在一定時期內很難取得突破性進展實現大規模（mó）應用，當局部地區出現極端天氣狀況時，高比例、大規模新能源的電力係統將麵臨長周期調節能力不足的挑戰。

二、新型電力係統的內涵、特征與關鍵技術展望

新型電力係統以新能源為主體，貫通（tōng）清潔能（néng）源供需各個環節，有利於體現清潔（jié）電力的多重價值，促進經（jīng）濟社會低碳轉型，是推動能源（yuán）革命落地的創新實踐。

（一）新型電力係統的內（nèi）涵

新能源成為主體能源隻是新型電力係統的基本特征，它有著更深（shēn）刻（kè）的內涵。

首先（xiān），新型電力係統是貫通清潔能源供給（gěi）和需求的橋梁。構建新型（xíng）電力係統的本質（zhì），是要（yào）滿足高占比新能（néng）源電網的運行需求，通過打通能源供需各個環節，實現源網荷（hé）儲高（gāo）效互動。

其次，新型電力係統是釋放電能綠色（sè）價值的有效途徑。新型電力係（xì）統有利於清潔能源的優化配置（zhì）和調度，通過（guò）綠色電力能源中介，引導能源生（shēng）產和消費產業鏈的綠色（sè）轉型，實現電（diàn）能綠（lǜ）色價值順利傳導至終端用戶。

（二）新型（xíng）電力係統的典型特征

新型電力係統的核心是新型，具（jù）有鮮明的特征：

數字技術賦能（néng）形成多網融合。物聯網時（shí）代的突出特征是機器社交，能源（yuán）真正的（de）終端用戶並不是（shì）個體（tǐ）的人，而是各類用能設備，能源網的終極形態一定是用能設備之間互聯互通和機器社交。未來能源網將以能源的（de）分（fèn）布式（shì）生（shēng）產和利用為突出特征（zhēng），在雲大物鏈（liàn）等數字化（huà）技術驅動下進化成自平衡、自運行、自處理的源網荷一體化智慧能源係統。

因此，能源不會（huì）單獨發展形成孤立的能源網，未來電力基礎設施將變（biàn）成一個平台，數字技術將深化能源網與政務網、社群網的融合互動，實現多網融合、共同發展。

用（yòng）戶側將深度參與電力係統的平衡。受限於新能（néng）源的出力特性，靈活性資源將是保障電力係統穩定運行的重要因（yīn）素，有效挖（wā）掘用戶側的靈活性、減少電力係統峰穀差、提（tí）高電源利用效率將成為經濟可（kě）行的重要措施。

源網荷儲互動將成（chéng）為新型電力係統運行常態，可中斷負荷和虛擬（nǐ）電廠得到普及應用（yòng），電力負（fù）荷將實現由傳統的剛性、純消費型向柔性、生產與消費兼具型轉變。

配電網將成為電力發展（zhǎn）的主導力量。構建新型電力係統的過程，實際上是一次配電網的革命。傳統電力係統通常骨幹（gàn）電網（wǎng）最為堅強，越到電網末（mò）端係統越脆弱。但是，新型電力係統中配電網將承擔絕大部分（fèn）係統（tǒng）平衡（héng）和（hé）安全穩定（dìng）的責任（rèn），絕（jué）大（dà）多數交易也將（jiāng）在（zài）配電網內完成。現有的（de）配電（diàn）網（wǎng）最終需要在物理層麵實現重構，成（chéng）為（wéi）電（diàn）力係統的主導力量。

電力交易將（jiāng）主導調度體係。未來，新型電力係統將以滿足用戶的交（jiāo）易需求為主，調度的主要目的是（shì）確保用最小的係統成（chéng）本完（wán）成用戶交（jiāo）易行為的實施。用戶與發電企業的直接交易將成為絕大部分電量的銷售模式，靈活性資源也將隨著現貨市場機（jī）製的逐步完善成為核心交易內容，並且大部分交易將在配電網內完成（chéng），隔（gé）牆售電將成為主要交易方式。

（三）新型電力係（xì）統的關鍵技術展望

構建新型電力係（xì）統是一項係統而長遠的工程，離不開科技創新與技術突（tū）破。

一是源網荷儲雙向互動技術。通過數字化技術賦能，推動“源隨荷動”向“源荷互動（dòng）”轉變，實現源網荷儲多方資源的智能友好、協同互動。

二是虛擬同步發電機技術。通過在新能源並網中加入儲能（néng）或運（yùn）行（háng）在實時限功率狀態，並優化控製方式為係統提供調頻、調壓、調峰和調相支撐，提升新能源並網友好性（xìng）。

三是長周期儲能技術。長（zhǎng）時（shí）儲能與大型風光項目的組合將大概率替代傳（chuán）統化石能源，成為基礎負載（zǎi）發電廠，對零碳電力（lì）係統中後期（qī）建設（shè）產生深遠的影響。

四是虛擬電廠技術。源網荷儲（chǔ）一體化項目的推廣應用，以及分布式能源、微（wēi）網、儲能的快速發展為虛擬電廠提供了豐富（fù）的資源，虛擬電廠將成為電力係統平（píng）衡的重要組成。

五是其他技（jì）術。新能源直流（liú）組網、直流微電網、交直（zhí）流混聯配電網等技術的研發與突破，將有助於實現更高比例（lì）的（de）新能源（yuán）並網（wǎng），為電（diàn）力係統的安全穩定運行（háng）提供保（bǎo）障。

三、構建新型（xíng）電力係統的思路與建議

落實碳達峰、碳中和目標（biāo），電力（lì）行業責任（rèn）重大，構建以新能源為主體（tǐ）的新型電力係統是時代賦予的責任和（hé）使命，需要電源（yuán）、電網、用戶等產業鏈各方的共同努力，要以大力發展新能源為基礎，以增加係統靈活性（xìng）資（zī）源為保障，推動（dòng）分布（bù）式、微電網與大電網融合發展，構築堅強電網，加強技術創新和推廣應用，實現發電、輸配和電力消（xiāo）費係統（tǒng）協同融合、共同發展（zhǎn），助力電（diàn）力行業（yè）率先碳中和。

大力發展新能源。堅持集（jí）中式與分布式並（bìng）舉，有序推進三北地區等資源（yuán）富集（jí）區（qū）新能源開發以及中（zhōng）東部負（fù）荷地區分布式能源建設，加大新能源產業開發力度。

同時，推動新能源產業與傳統水電、環保、農業等融合發展，構建生態能源體係，推廣水風光互補、漁光農光互補、光伏治沙等新業態，探索多能互補、智慧協同的能源生態發展道路。

增強係統靈活性資源。鼓勵新能源項目配置一定規（guī）模的（de）煤電、水電（diàn）、儲能等調節性資源，通過（guò）“新能源+調（diào）節（jiē）性電源”的模式提高新能源出力的穩定性。

積極推（tuī）動具備條（tiáo）件的（de）火電項目進行靈活性改造，努力為（wéi）係統提供經濟可（kě）行、規模較（jiào）大的調節能力。以增加清潔能源消納、增強調頻調峰能力為目標（biāo），科學有序發展抽水蓄能、電化學儲能項目。加強可調節負荷、虛擬電（diàn）廠等技術的研究和應用，實現源網荷一體化協（xié）同發展。

推動（dòng）分布（bù）式、微電網與（yǔ）大電網融合發展。加強數字技術（shù）應用，通過配電（diàn）資產的深度鏈（liàn）接（jiē）構（gòu）建基於傳統電（diàn）網物理架構的數字電網。支持分布式可再生能源+儲能係統建設，通過就近取材、就地（dì）消（xiāo）納，擺脫對大電網的依賴，形成多個獨立（lì）微網，各個微電網之間互相備用支撐，實現“綠能”身邊（biān）取。

研究顯示，當風（fēng）電、光伏發電量占比超（chāo）過30%至40%時，大電網係統的頻率、電（diàn）壓、功角穩定極限及高（gāo）昂的成本決定了其消納新能源的天花板。因此，分布式、微電網與大電網的（de）融合發展將成為未來電力係統的重要支撐。

加快技術創新和推廣應用。加強新能源功率預（yù）測、虛擬（nǐ）同步發（fā）電機、柔性直流（liú）輸電、分布式調相機（jī）等技術研（yán）發，充（chōng）分挖掘（jué）工業（yè）大用戶、電動（dòng）汽車等需求側響應資源，通（tōng）過電（diàn）源、電網以及用戶側技術創新提高新能源消納（nà）利用（yòng）水平（píng）和保（bǎo）障電力係統安全穩定。

同時（shí），儲能、虛擬電廠和（hé）直流微網等技術具有（yǒu）削峰填穀、調頻調壓作用（yòng），是支（zhī）撐新能源跨越式發展的重要技（jì）術手段（duàn），建（jiàn）議國家層麵統（tǒng）籌謀劃，出台相應的頂層設計文件（jiàn），加強產業引導（dǎo），加大技術攻關，積極推（tuī）動相關技（jì）術標準的製定，助（zhù）力行業（yè）科學、規範（fàn）、有序發展。

（作者供職於國家電力投資集團有（yǒu）限（xiàn）公司。本文（wén）出自中國能源研（yán）究（jiū）會“‘十四五’能源發展與大氣汙染（rǎn）防（fáng）治及應對氣候變化目（mù）標協同研究”項目。）