吳寶英 南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院有限責(zé)任公司黨委書記、董事長(zhǎng)
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是電力行業(yè)落實(shí)實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和目標(biāo)的重要任務(wù)。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(diào)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(cè)
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(jī)規(guī)模大幅增長(zhǎng)，新能源裝機(jī)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(jī)規(guī)模將以數(shù)倍于電力需求的速度增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)，2030年我國(guó)風(fēng)電、光伏電裝機(jī)15~17億千瓦，發(fā)電量超2.7萬億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量約25%。2060年，我國(guó)風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝機(jī)占比將達(dá)到70%以上，發(fā)電量占比60%以上，成為主體電源。根據(jù)規(guī)劃，2030年南方五省區(qū)風(fēng)電、光伏裝機(jī)2.5億千瓦，水電裝機(jī)1.4億千瓦，核電裝機(jī)3700萬千瓦，非化石能源裝機(jī)占比提升至65%、發(fā)電量占比提升至61%。
電源結(jié)構(gòu)發(fā)生重大調(diào)整。當(dāng)前以火電為主的電源結(jié)構(gòu)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(nèi)火電仍將是主體電源。電化學(xué)儲(chǔ)能逐步成為重要“電源”。
各類電源的定位作用發(fā)生轉(zhuǎn)變。新能源從提供電量補(bǔ)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(yīng)的基礎(chǔ)性電源。煤電將轉(zhuǎn)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(diào)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(chǔ)能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)同步發(fā)展、共同作用，提供可信容量，平抑新能源隨機(jī)性、間歇性，提升系統(tǒng)調(diào)相、調(diào)頻等性能。
能源流隨新能源資源優(yōu)化調(diào)整，電源布局呈現(xiàn)多元。經(jīng)濟(jì)和能源逆向分布決定了我國(guó)“由西向東、自北向南”的總體能源流向，“電從遠(yuǎn)方來”是保障東中部和南方地區(qū)電力供應(yīng)安全的重要手段。海上風(fēng)能作為開發(fā)重點(diǎn)在沿海地區(qū)就近消納，先進(jìn)儲(chǔ)能、氫能、小堆等技術(shù)進(jìn)步，用戶側(cè)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(jìn)，“新能源﹢”等多元協(xié)調(diào)開發(fā)新模式不斷涌現(xiàn)。
電源出力特性復(fù)雜多變。風(fēng)電、光伏固有的間歇、波動(dòng)出力特性，對(duì)電源側(cè)出力特性影響加大，愈發(fā)呈現(xiàn)復(fù)雜、多變的不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)。
電源運(yùn)行調(diào)度協(xié)調(diào)難度加大。協(xié)調(diào)多點(diǎn)、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(yīng)速度要求更快，運(yùn)行方式安排、運(yùn)行調(diào)度控制更加困難，智能運(yùn)行調(diào)度更加重要。
技術(shù)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(fēng)電光伏難以保障電力供需實(shí)時(shí)平衡和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，新能源開發(fā)應(yīng)用技術(shù)研發(fā)力度加大，氫能、地?zé)?、核聚變能、可燃冰等有望成為新能源重要組成部分。
電網(wǎng)側(cè)
數(shù)字電網(wǎng)是新型電力系統(tǒng)的核心
數(shù)字電網(wǎng)是新型電力系統(tǒng)的核心。數(shù)字電網(wǎng)依托強(qiáng)大的“電力﹢算力”，使電網(wǎng)具備超強(qiáng)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(yùn)行。
電網(wǎng)優(yōu)化資源配置平臺(tái)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(diào)控、大容量直流輸電、柔性互聯(lián)與控制、新材料等技術(shù)將在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)作為清潔能源資源優(yōu)化配置平臺(tái)的核心地位將不斷增強(qiáng)。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加多樣復(fù)雜，逐步向“主干電網(wǎng)﹢中小型電網(wǎng)及微型電網(wǎng)”柔性互聯(lián)形態(tài)發(fā)展。主網(wǎng)架向“合理分區(qū)、柔性互聯(lián)、安全可控、開放互濟(jì)”的形態(tài)轉(zhuǎn)變，我國(guó)宜保持相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)通過直流輸電或柔性背靠背互聯(lián)的大格局?？鐓^(qū)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步加強(qiáng)，區(qū)域內(nèi)各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)均衡發(fā)展。配電網(wǎng)向交直流混合柔性電網(wǎng)﹢智能微電網(wǎng)等多種形式協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)分布式新能源高效就地消納。
電網(wǎng)更加安全綠色智能高效。輸電網(wǎng)防御事故風(fēng)險(xiǎn)的能力進(jìn)一步提高，配電網(wǎng)更加穩(wěn)定可靠，電網(wǎng)對(duì)新能源消納支撐能力更強(qiáng)，各環(huán)節(jié)具備智能感知能力、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力和智能決策水平。
數(shù)字電網(wǎng)為網(wǎng)源荷互動(dòng)提供堅(jiān)強(qiáng)保障。隨著分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等大量接入，綜合能源、車網(wǎng)協(xié)同等服務(wù)多樣化發(fā)展，需求響應(yīng)、虛擬電廠等大范圍應(yīng)用，數(shù)字電網(wǎng)成為重要的網(wǎng)源荷互動(dòng)平臺(tái)。
數(shù)字電網(wǎng)推動(dòng)能源網(wǎng)互聯(lián)互通。數(shù)字電網(wǎng)以電能為紐帶，以電力大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐，推動(dòng)區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化互補(bǔ)。
需求側(cè)
以電能為核心的
綜合能源消費(fèi)體系逐步建立
經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)向好﹢“新電氣化”推動(dòng)電力需求穩(wěn)步增長(zhǎng)，電能占終端能源消費(fèi)比重大幅提升。我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)中向好、長(zhǎng)期向好、持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，電力需求將穩(wěn)定增長(zhǎng)，增速前高后低，分布仍將呈現(xiàn)東部增量大、中西部增速快的特點(diǎn)。預(yù)計(jì)2035年前后全國(guó)電力需求總體達(dá)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(yù)計(jì)，2030年我國(guó)電能占終端能源消費(fèi)比重達(dá)33%；2060年我國(guó)工業(yè)、交通領(lǐng)域電氣化有望提升至50%以上，建筑領(lǐng)域提升至75%以上，電能占終端能源消費(fèi)比重達(dá)到60%以上。
負(fù)荷特性不確定性增大。三產(chǎn)及居民用電比重持續(xù)提升，擴(kuò)大峰谷差和尖峰負(fù)荷規(guī)模。分布式電源、儲(chǔ)能、虛擬電廠、電動(dòng)汽車反向放電等逐步推廣，部分負(fù)荷將由“純用戶”轉(zhuǎn)變?yōu)椤半娏Ξa(chǎn)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(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要考量，單位能耗持續(xù)下降。需求響應(yīng)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(zhuǎn)變。電網(wǎng)將與多種基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)高度融合，從“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”的綜合能源模式轉(zhuǎn)變。
電力市場(chǎng)在平衡用電質(zhì)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(chǎng)交易，以市場(chǎng)手段平衡好用戶電能質(zhì)量與成本之間的關(guān)系。
構(gòu)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(fēng)險(xiǎn)增大。風(fēng)光發(fā)電大規(guī)模替代常規(guī)機(jī)組將使系統(tǒng)總體有效慣量減小，抗擾動(dòng)能力降低，電網(wǎng)承受較大潮流波動(dòng)壓力，頻率控制難度加大。風(fēng)光發(fā)電機(jī)組容易大規(guī)模脫網(wǎng)，引發(fā)嚴(yán)重的連鎖故障，電力電子裝置大量應(yīng)用增加次同步振蕩風(fēng)險(xiǎn)。
電力供應(yīng)保障難度增加。風(fēng)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(fēng)光發(fā)電出力極不穩(wěn)定甚至停機(jī)，加大電網(wǎng)供需失衡風(fēng)險(xiǎn)。
電源主體利益協(xié)調(diào)難度增加。新能源成為主體，將改變傳統(tǒng)發(fā)電市場(chǎng)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(fēng)電、光熱等發(fā)電成本目前仍較高，新能源接入及跨區(qū)調(diào)劑需要加大電網(wǎng)投資，還需配套相當(dāng)規(guī)模的調(diào)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(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展要求更高。大規(guī)模風(fēng)光發(fā)電開發(fā)需要大量土地資源，對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定消極影響，生態(tài)環(huán)境保護(hù)將是新能源開發(fā)的重要考量因素。
需要研究的重點(diǎn)課題
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、漸進(jìn)的系統(tǒng)工程，大量的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、機(jī)制、政策等課題需要研究：
理清全社會(huì)各行業(yè)、各領(lǐng)域承擔(dān)的角色、責(zé)任及具體任務(wù)。
研究不同發(fā)展階段合理電源結(jié)構(gòu)，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(duì)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(chǔ)能的功能和作用，新能源與儲(chǔ)能合理配比及儲(chǔ)能發(fā)展方式等。
研究適應(yīng)“雙高”特征的電力系統(tǒng)并網(wǎng)、輸電、調(diào)節(jié)、控制技術(shù)以及需求響應(yīng)、虛擬電廠、碳捕捉封存與利用技術(shù)等。
研究建立適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的中長(zhǎng)期電力市場(chǎng)、現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、碳交易市場(chǎng)。
研究電力成本以及其與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)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(diǎn)領(lǐng)域再電氣化實(shí)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(yīng)用，以及提高風(fēng)光發(fā)電效能技術(shù)、設(shè)備等。
研究配套的制度、標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)制、政策等。
來源：南方能源觀察
首發(fā)于《中國(guó)電力報(bào)》2021年4月26日第三版
