新型電力系統(tǒng)不僅受到來自新能源大規(guī)模接入的挑戰(zhàn)，還受到日趨嚴格的環(huán)境約束、市場競爭、社會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)進行規(guī)劃與調(diào)度，需要將其納入信息-物理-社會范疇內(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。
“我國處于工業(yè)化發(fā)展階段，電力需求還將剛性增長”“電力行業(yè)轉(zhuǎn)型目標是打造零碳電力系統(tǒng)”“我國應(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國際工程科技發(fā)展戰(zhàn)略高端論壇暨第六屆紫金論電國際學(xué)術(shù)研討會聽到的。該論壇由中國工程院主辦，中國工程院能源與礦業(yè)工程學(xué)部、國網(wǎng)電科院（南瑞集團）、智能電網(wǎng)保護和運行控制國家重點實驗室承辦。
在業(yè)內(nèi)專家看來，電力行業(yè)不僅要在能源生產(chǎn)側(cè)實現(xiàn)對化石能源的“清潔替代”，還要在能源消費側(cè)實現(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”
目前，我國處于工業(yè)化發(fā)展階段，經(jīng)濟發(fā)展任務(wù)艱巨，電力需求還將剛性增長。在業(yè)內(nèi)專家看來，要實現(xiàn)碳達峰和碳中和目標，能源領(lǐng)域重任在肩。
“實現(xiàn)‘雙碳’目標，必須堅持‘立足國情，安全發(fā)展，科學(xué)創(chuàng)新，務(wù)求實效’的原則，認識到能源消費是核心，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是關(guān)鍵，化石能源是重點，節(jié)能提效是抓手，現(xiàn)代化能源體系建設(shè)是目標?！敝袊こ淘耗茉磁c礦業(yè)工程學(xué)部主任蘇義腦表示，電力行業(yè)是實現(xiàn)我國能源轉(zhuǎn)型的“主戰(zhàn)場”，新型電力系統(tǒng)是我國現(xiàn)代化能源體系的重要板塊。
中國工程院院士、中國華能集團有限公司董事長舒印彪表示，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入推進，我國能源消費總量將在2030年前后達峰。能源消費達峰后，電力需求仍將保持增長。我國電力行業(yè)轉(zhuǎn)型目標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10%，產(chǎn)生的碳排放通過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)電長周期、季節(jié)性波動帶來的保供問題。”
中國工程院院士、國網(wǎng)電科院名譽院長薛禹勝指出，“雙碳”變革是中國既定的戰(zhàn)略目標，其實施路徑需要滾動優(yōu)化，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)則是實現(xiàn)“雙碳”目標最重要的支撐之一。但是，新型電力系統(tǒng)不僅受到來自新能源大規(guī)模接入的挑戰(zhàn)，還受到日趨嚴格的環(huán)境約束、市場競爭、社會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)進行規(guī)劃與調(diào)度，需要將其納入信息-物理-社會范疇內(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)
實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，是加速構(gòu)建零碳電力系統(tǒng)的過程。舒印彪表示，從碳達峰到碳中和，歐盟約70年，美國、日本40年左右，我國僅有30年時間。我國產(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，我國非化石能源比重15.9%，清潔能源發(fā)電占比36%，煤炭消費比重57%，高于世界平均水平30個百分點?！半娏π袠I(yè)二氧化碳排放占37%，幾大發(fā)電企業(yè)均提出2028年之前碳達峰，這要求我們‘十四五’期間嚴控新增煤電，‘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?！?
認為“十五五”期間控制化石能源的任務(wù)嚴峻的還有中國工程院院士、西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院名譽院長邱愛慈。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年全國非化石能源發(fā)電量占比僅為35.85%，這說明“十五五”期間必須限制化石能源裝機和利用小時數(shù)，并且上調(diào)風(fēng)、光可再生能源裝機增長比例，才能達到2030年非化石能源發(fā)電量占比50%的目標。“2030年至2040年，煤電發(fā)電量處于平臺期，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)歷碳達峰、深度低碳、零碳三個階段?！笔嬗”敕治觯谝浑A段是2021-2030年碳達峰階段，電力系統(tǒng)在2028年前后進入峰值平臺期。這一階段，工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域電氣化進程快速推進，電力需求持續(xù)增長，新增電力需求全部由清潔能源滿足。新能源裝機達到17億千瓦，發(fā)電量占比升至28%，水電、核電發(fā)電量達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)實現(xiàn)深度低碳，電力需求增速放緩，新能源裝機達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)，新能源裝機達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%。
在邱愛慈看來，我國應(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)型目標的新型電力系統(tǒng)：第一階段是對現(xiàn)有電力系統(tǒng)進行改造升級，第二階段是多類型的大規(guī)模儲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)定等問題逐漸突出，表明電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行受到威脅，亟需發(fā)展彈性電力系統(tǒng)。”邱愛慈認為，彈性電力系統(tǒng)是應(yīng)對風(fēng)險的重要手段之一。
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15年的發(fā)展建設(shè)，最終達到建設(shè)彈性電力系統(tǒng)的預(yù)期目標：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小時恢復(fù)，關(guān)鍵重要負荷不停電。
“目前，我國彈性電力系統(tǒng)發(fā)展仍將面臨嚴峻挑戰(zhàn)，需要充分考慮新能源發(fā)電間歇性、波動性的影響，發(fā)展彈性電力系統(tǒng)需要多方形成共識，多學(xué)科交叉，久久為功?！鼻駩鄞确Q。
邱愛慈表示，按照“三步走”的戰(zhàn)略，到2025年，構(gòu)建彈性電力系統(tǒng)的評價指標體系，推進彈性電力系統(tǒng)圖相關(guān)標準的制定，提升決策科學(xué)性；到2030年，統(tǒng)籌推進彈性電力系統(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)計算平臺；到2035年，推進彈性電力系統(tǒng)項目的示范應(yīng)用，最終實現(xiàn)彈性電力系統(tǒng)建設(shè)目標。
