新型電力系統(tǒng)不僅受到來(lái)自新能源大規(guī)模接入的挑戰(zhàn)，還受到日趨嚴(yán)格的環(huán)境約束、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、社會(huì)參與者行為等因素的制約。愿景中的新型電力系統(tǒng)與非電能源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等非電力環(huán)節(jié)之間的邊界條件不再一成不變，不能再按封閉系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與調(diào)度，需要將其納入信息-物理-社會(huì)范疇內(nèi)的能源系統(tǒng)（CPSS in Energy）框架，在”雙碳”變革與能源低碳轉(zhuǎn)型的視野下優(yōu)化新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑。
“我國(guó)處于工業(yè)化發(fā)展階段，電力需求還將剛性增長(zhǎng)”“電力行業(yè)轉(zhuǎn)型目標(biāo)是打造零碳電力系統(tǒng)”“我國(guó)應(yīng)走能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可再生能源發(fā)展并行之路”……上述聲音是記者參加8月14日舉辦的2021國(guó)際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇暨第六屆紫金論電國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)聽到的。該論壇由中國(guó)工程院主辦，中國(guó)工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部、國(guó)網(wǎng)電科院（南瑞集團(tuán)）、智能電網(wǎng)保護(hù)和運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承辦。
在業(yè)內(nèi)專家看來(lái)，電力行業(yè)不僅要在能源生產(chǎn)側(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的“清潔替代”，還要在能源消費(fèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)“電能替代”，承接工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域轉(zhuǎn)移的能源消耗和碳排放。目前，在碳達(dá)峰和碳中和背景下，電力行業(yè)亟需加速構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
電力是能源轉(zhuǎn)型“主戰(zhàn)場(chǎng)”
目前，我國(guó)處于工業(yè)化發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展任務(wù)艱巨，電力需求還將剛性增長(zhǎng)。在業(yè)內(nèi)專家看來(lái)，要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，能源領(lǐng)域重任在肩。
“實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)，必須堅(jiān)持‘立足國(guó)情，安全發(fā)展，科學(xué)創(chuàng)新，務(wù)求實(shí)效’的原則，認(rèn)識(shí)到能源消費(fèi)是核心，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是關(guān)鍵，化石能源是重點(diǎn)，節(jié)能提效是抓手，現(xiàn)代化能源體系建設(shè)是目標(biāo)。”中國(guó)工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部主任蘇義腦表示，電力行業(yè)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的“主戰(zhàn)場(chǎng)”，新型電力系統(tǒng)是我國(guó)現(xiàn)代化能源體系的重要板塊。
中國(guó)工程院院士、中國(guó)華能集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)舒印彪表示，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入推進(jìn)，我國(guó)能源消費(fèi)總量將在2030年前后達(dá)峰。能源消費(fèi)達(dá)峰后，電力需求仍將保持增長(zhǎng)。我國(guó)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型目標(biāo)是打造零碳電力系統(tǒng)，從深度低碳到零碳，建議保留一定規(guī)模的火電，發(fā)電量占比不超過(guò)10%，產(chǎn)生的碳排放通過(guò)CCUS（碳捕獲、利用與封存）技術(shù)移除?！盎痣娨l(fā)揮托底和應(yīng)急保障作用，解決新能源發(fā)電長(zhǎng)周期、季節(jié)性波動(dòng)帶來(lái)的保供問(wèn)題?！?
中國(guó)工程院院士、國(guó)網(wǎng)電科院名譽(yù)院長(zhǎng)薛禹勝指出，“雙碳”變革是中國(guó)既定的戰(zhàn)略目標(biāo)，其實(shí)施路徑需要滾動(dòng)優(yōu)化，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)最重要的支撐之一。但是，新型電力系統(tǒng)不僅受到來(lái)自新能源大規(guī)模接入的挑戰(zhàn)，還受到日趨嚴(yán)格的環(huán)境約束、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、社會(huì)參與者行為等因素的制約。
他表示，愿景中的新型電力系統(tǒng)與非電能源系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等非電力環(huán)節(jié)之間的邊界條件不再一成不變，不能再按封閉系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃與調(diào)度，需要將其納入信息-物理-社會(huì)范疇內(nèi)的能源系統(tǒng)（CPSS in Energy）框架，在”雙碳”變革與能源低碳轉(zhuǎn)型的視野下優(yōu)化新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑。
加速構(gòu)建零碳電力系統(tǒng)
實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，是加速構(gòu)建零碳電力系統(tǒng)的過(guò)程。舒印彪表示，從碳達(dá)峰到碳中和，歐盟約70年，美國(guó)、日本40年左右，我國(guó)僅有30年時(shí)間。我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，能源結(jié)構(gòu)偏煤，能源利用效率偏低。2020年，我國(guó)非化石能源比重15.9%，清潔能源發(fā)電占比36%，煤炭消費(fèi)比重57%，高于世界平均水平30個(gè)百分點(diǎn)。“電力行業(yè)二氧化碳排放占37%，幾大發(fā)電企業(yè)均提出2028年之前碳達(dá)峰，這要求我們‘十四五’期間嚴(yán)控新增煤電，‘十五五’期間不能新增煤電。煤電要轉(zhuǎn)變職能，要從以前提供電量，向提供電力輔助服務(wù)轉(zhuǎn)變?！?
認(rèn)為“十五五”期間控制化石能源的任務(wù)嚴(yán)峻的還有中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院名譽(yù)院長(zhǎng)邱愛(ài)慈。她表示，依據(jù)“十四五”期間電力規(guī)劃初步研究成果的邊界條件，到2025年全國(guó)非化石能源發(fā)電量占比僅為35.85%，這說(shuō)明“十五五”期間必須限制化石能源裝機(jī)和利用小時(shí)數(shù)，并且上調(diào)風(fēng)、光可再生能源裝機(jī)增長(zhǎng)比例，才能達(dá)到2030年非化石能源發(fā)電量占比50%的目標(biāo)。“2030年至2040年，煤電發(fā)電量處于平臺(tái)期，2040年后煤電發(fā)電量加速下降?！?
“電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型經(jīng)歷碳達(dá)峰、深度低碳、零碳三個(gè)階段?！笔嬗”敕治?，第一階段是2021-2030年碳達(dá)峰階段，電力系統(tǒng)在2028年前后進(jìn)入峰值平臺(tái)期。這一階段，工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域電氣化進(jìn)程快速推進(jìn)，電力需求持續(xù)增長(zhǎng)，新增電力需求全部由清潔能源滿足。新能源裝機(jī)達(dá)到17億千瓦，發(fā)電量占比升至28%，水電、核電發(fā)電量達(dá)13%、7%。第二階段是2031-2050年的深度低碳階段，電力系統(tǒng)碳排放在平臺(tái)期后快速下降，采用CCUS部分移除后降至峰值10%左右，電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度低碳，電力需求增速放緩，新能源裝機(jī)達(dá)44億千瓦，發(fā)電量占比升至53%。第三階段是2051-2060年的零碳階段，電力系統(tǒng)從深度低碳發(fā)展為零碳電力系統(tǒng)，新能源裝機(jī)達(dá)52億千瓦，發(fā)電量占比升至61%，煤電、氣電發(fā)電量降至7%、3%。
在邱愛(ài)慈看來(lái)，我國(guó)應(yīng)走能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可再生能源發(fā)展并行之路，即低碳和零碳并行。在保證安全的前提下，分兩階段構(gòu)建適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的新型電力系統(tǒng)：第一階段是對(duì)現(xiàn)有電力系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，第二階段是多類型的大規(guī)模儲(chǔ)能和氫能作為靈活電源。
讓電力系統(tǒng)更有“彈性”更加安全
“能源轉(zhuǎn)型下，供應(yīng)安全、新能源消納、系統(tǒng)穩(wěn)定等問(wèn)題逐漸突出，表明電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅，亟需發(fā)展彈性電力系統(tǒng)?！鼻駩?ài)慈認(rèn)為，彈性電力系統(tǒng)是應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的重要手段之一。
據(jù)介紹，能源轉(zhuǎn)型下的彈性電力系統(tǒng)建設(shè)需采取“三步走”的戰(zhàn)略，經(jīng)過(guò)15年的發(fā)展建設(shè)，最終達(dá)到建設(shè)彈性電力系統(tǒng)的預(yù)期目標(biāo)：在極端事件攻擊下，電力系統(tǒng)7天全面恢復(fù)，核心區(qū)域電網(wǎng)48小時(shí)恢復(fù)，關(guān)鍵重要負(fù)荷不停電。
“目前，我國(guó)彈性電力系統(tǒng)發(fā)展仍將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需要充分考慮新能源發(fā)電間歇性、波動(dòng)性的影響，發(fā)展彈性電力系統(tǒng)需要多方形成共識(shí)，多學(xué)科交叉，久久為功?！鼻駩?ài)慈稱。
邱愛(ài)慈表示，按照“三步走”的戰(zhàn)略，到2025年，構(gòu)建彈性電力系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，推進(jìn)彈性電力系統(tǒng)圖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，提升決策科學(xué)性；到2030年，統(tǒng)籌推進(jìn)彈性電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，核心裝備的研發(fā)，構(gòu)建彈性電力系統(tǒng)計(jì)算平臺(tái)；到2035年，推進(jìn)彈性電力系統(tǒng)項(xiàng)目的示范應(yīng)用，最終實(shí)現(xiàn)彈性電力系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。
