吳寶英 南方電網能源發(fā)展研究院有限責任公司黨委書記、董事長
構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是電力行業(yè)落實實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標的重要任務。未來，新型電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)的功能定位和特性將發(fā)生重大調整，系統(tǒng)的發(fā)展也將面臨諸多挑戰(zhàn)和需要研究解決的問題。
發(fā)電側
以新能源為主體的電力供給體系加快形成
新能源逐步成為主體電源，電源裝機規(guī)模大幅增長，新能源裝機及發(fā)電量占比大幅提升。由于新能源容量替代率低，電源裝機規(guī)模將以數倍于電力需求的速度增長。預計，2030年我國風電、光伏電裝機15~17億千瓦，發(fā)電量超2.7萬億千瓦時，占總發(fā)電量約25%。2060年，我國風電、光伏等新能源發(fā)電裝機占比將達到70%以上，發(fā)電量占比60%以上，成為主體電源。根據規(guī)劃，2030年南方五省區(qū)風電、光伏裝機2.5億千瓦，水電裝機1.4億千瓦，核電裝機3700萬千瓦，非化石能源裝機占比提升至65%、發(fā)電量占比提升至61%。
電源結構發(fā)生重大調整。當前以火電為主的電源結構將發(fā)生根本性變化，煤電發(fā)展“雙控”，占比逐步下降，但短期內火電仍將是主體電源。電化學儲能逐步成為重要“電源”。
各類電源的定位作用發(fā)生轉變。新能源從提供電量補充逐步成為提供電量支撐的主體電源。水電和核電仍然是保障電力電量供應的基礎性電源。煤電將轉為以提供電力為主、電量為輔的備用保障電源。氣電主要作為調節(jié)性和保安電源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、緊急事故備用作用。儲能在電源側、電網側、用戶側同步發(fā)展、共同作用，提供可信容量，平抑新能源隨機性、間歇性，提升系統(tǒng)調相、調頻等性能。
能源流隨新能源資源優(yōu)化調整，電源布局呈現多元。經濟和能源逆向分布決定了我國“由西向東、自北向南”的總體能源流向，“電從遠方來”是保障東中部和南方地區(qū)電力供應安全的重要手段。海上風能作為開發(fā)重點在沿海地區(qū)就近消納，先進儲能、氫能、小堆等技術進步，用戶側電源迅速發(fā)展，為“電從身邊來”創(chuàng)造有利條件。新能源集中式與分布式開發(fā)齊頭并進，“新能源﹢”等多元協(xié)調開發(fā)新模式不斷涌現。
電源出力特性復雜多變。風電、光伏固有的間歇、波動出力特性，對電源側出力特性影響加大，愈發(fā)呈現復雜、多變的不穩(wěn)定態(tài)勢。
電源運行調度協(xié)調難度加大。協(xié)調多點、多樣、多變的電源與系統(tǒng)安全穩(wěn)定、可靠供電的矛盾難度加大，系統(tǒng)響應速度要求更快，運行方式安排、運行調度控制更加困難，智能運行調度更加重要。
技術創(chuàng)新有望加快氫能、核聚變、可燃冰等其他新能源種類開發(fā)利用?？芍獥l件下，僅靠風電光伏難以保障電力供需實時平衡和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，新能源開發(fā)應用技術研發(fā)力度加大，氫能、地熱、核聚變能、可燃冰等有望成為新能源重要組成部分。
電網側
數字電網是新型電力系統(tǒng)的核心
數字電網是新型電力系統(tǒng)的核心。數字電網依托強大的“電力﹢算力”，使電網具備超強感知能力、智能決策能力和快速執(zhí)行能力，支撐新型電力系統(tǒng)安全高效運行。
電網優(yōu)化資源配置平臺作用更加突出。電力是可再生能源最為便捷高效的利用方式，云大物移智鏈、智能一體化調控、大容量直流輸電、柔性互聯與控制、新材料等技術將在電網中廣泛應用，電網作為清潔能源資源優(yōu)化配置平臺的核心地位將不斷增強。
網架結構更加多樣復雜，逐步向“主干電網﹢中小型電網及微型電網”柔性互聯形態(tài)發(fā)展。主網架向“合理分區(qū)、柔性互聯、安全可控、開放互濟”的形態(tài)轉變，我國宜保持相對獨立的多個區(qū)域電網、區(qū)域電網通過直流輸電或柔性背靠背互聯的大格局?？鐓^(qū)聯網進一步加強，區(qū)域內各級電網協(xié)調均衡發(fā)展。配電網向交直流混合柔性電網﹢智能微電網等多種形式協(xié)同發(fā)展，促進分布式新能源高效就地消納。
電網更加安全綠色智能高效。輸電網防御事故風險的能力進一步提高，配電網更加穩(wěn)定可靠，電網對新能源消納支撐能力更強，各環(huán)節(jié)具備智能感知能力、實時監(jiān)測能力和智能決策水平。
數字電網為網源荷互動提供堅強保障。隨著分布式電源、儲能、電動汽車等大量接入，綜合能源、車網協(xié)同等服務多樣化發(fā)展，需求響應、虛擬電廠等大范圍應用，數字電網成為重要的網源荷互動平臺。
數字電網推動能源網互聯互通。數字電網以電能為紐帶，以電力大數據為基礎，以互聯網技術為支撐，推動區(qū)域能源網絡互聯互通，實現能源優(yōu)化互補。
需求側
以電能為核心的
綜合能源消費體系逐步建立
經濟平穩(wěn)向好﹢“新電氣化”推動電力需求穩(wěn)步增長，電能占終端能源消費比重大幅提升。我國經濟穩(wěn)中向好、長期向好、持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，電力需求將穩(wěn)定增長，增速前高后低，分布仍將呈現東部增量大、中西部增速快的特點。預計2035年前后全國電力需求總體達峰，東部地區(qū)將率先趨于飽和。終端用能電氣化水平將大幅提升，預計，2030年我國電能占終端能源消費比重達33%；2060年我國工業(yè)、交通領域電氣化有望提升至50%以上，建筑領域提升至75%以上，電能占終端能源消費比重達到60%以上。
負荷特性不確定性增大。三產及居民用電比重持續(xù)提升，擴大峰谷差和尖峰負荷規(guī)模。分布式電源、儲能、虛擬電廠、電動汽車反向放電等逐步推廣，部分負荷將由“純用戶”轉變?yōu)椤半娏Ξa消者”，平抑峰谷差。
能源利用效率逐年較大幅度提高。節(jié)約能源成為經濟社會發(fā)展的重要考量，單位能耗持續(xù)下降。需求響應交易模式更加豐富，能源利用效益大幅提高。
從單一供用電模式向電熱冷氣綜合能源模式轉變。電網將與多種基礎設施網絡高度融合，從“源隨荷動”向“源荷互動”的綜合能源模式轉變。
電力市場在平衡用電質量與用電成本中發(fā)揮重要作用。除保障性用戶外，更多用戶將直接或間接參與市場交易，以市場手段平衡好用戶電能質量與成本之間的關系。
構建以新能源為主體的
新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定風險增大。風光發(fā)電大規(guī)模替代常規(guī)機組將使系統(tǒng)總體有效慣量減小，抗擾動能力降低，電網承受較大潮流波動壓力，頻率控制難度加大。風光發(fā)電機組容易大規(guī)模脫網，引發(fā)嚴重的連鎖故障，電力電子裝置大量應用增加次同步振蕩風險。
電力供應保障難度增加。風光發(fā)電“靠天吃飯”特征明顯，電力支撐能力不足，影響供電可靠性。極端氣候狀況下，風光發(fā)電出力極不穩(wěn)定甚至停機，加大電網供需失衡風險。
電源主體利益協(xié)調難度增加。新能源成為主體，將改變傳統(tǒng)發(fā)電市場格局，煤電、氣電等化石能源發(fā)電利用效率降低。
電力總成本提升。海上風電、光熱等發(fā)電成本目前仍較高，新能源接入及跨區(qū)調劑需要加大電網投資，還需配套相當規(guī)模的調節(jié)性電源和兜底保障電源，電力總成本將提高。
新能源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護的協(xié)調發(fā)展要求更高。大規(guī)模風光發(fā)電開發(fā)需要大量土地資源，對環(huán)境會產生一定消極影響，生態(tài)環(huán)境保護將是新能源開發(fā)的重要考量因素。
需要研究的重點課題
構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一個復雜、漸進的系統(tǒng)工程，大量的技術、經濟、機制、政策等課題需要研究：
理清全社會各行業(yè)、各領域承擔的角色、責任及具體任務。
研究不同發(fā)展階段合理電源結構，各類電源主體之間的利益平衡等。
研究“以新能源為主體”邊界條件下，新能源發(fā)展對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、頻率電壓控制影響及解決方案。
研究抽水蓄能和儲能的功能和作用，新能源與儲能合理配比及儲能發(fā)展方式等。
研究適應“雙高”特征的電力系統(tǒng)并網、輸電、調節(jié)、控制技術以及需求響應、虛擬電廠、碳捕捉封存與利用技術等。
研究建立適應新型電力系統(tǒng)的中長期電力市場、現貨電能量市場、輔助服務市場、碳交易市場。
研究電力成本以及其與經濟社會協(xié)調發(fā)展的關系。
研究“新電氣化”總體發(fā)展規(guī)劃，以及綠色工業(yè)、綠色建筑、綠色交通等重點領域再電氣化實施路徑。
加大力度研究氫能、核聚變、可燃冰等新能源品種開發(fā)應用，以及提高風光發(fā)電效能技術、設備等。
研究配套的制度、標準、機制、政策等。
（本文首發(fā)于中國電力報2021年4月26日第7881期第三版）
