3月15日，中央財經(jīng)委員會第九次會議召開，包括實現(xiàn)碳達峰、碳中和的基本思路和主要舉措等重要主題。會議指出，“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
全新提法，意味著新能源地位的進一步提升，未來的電網(wǎng)建設、常規(guī)電源發(fā)展、電力市場機制的建立都將服務于這一主題，也重申了可再生能源發(fā)電對于實現(xiàn)雙碳目標的中心作用。但未來處于主體地位的新能源，與作為能源互聯(lián)網(wǎng)中樞平臺的電力系統(tǒng)如何協(xié)同發(fā)展，仍面臨很多的問題和挑戰(zhàn)。
01、需要解決的關鍵問題
2020年，我國新能源總裝機取得突破性進展，全年新增裝機約1.2億千瓦，截至年底新能源裝機達到5.3億千瓦，比例超過24%，但離“主體”定位仍差距較遠。然而從當前形勢來看，新能源的發(fā)展并非坦途，至少面臨以下問題的挑戰(zhàn)：
圖1 我國電源裝機規(guī)模示意圖
（一）資源開發(fā)與送出問題
當前，新能源開發(fā)呈現(xiàn)出集中式與分布式并重的趨勢。
1.新能源基地接入與送出限制
要實現(xiàn)到2030年，中國風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上的目標，新能源開發(fā)重心必將繼續(xù)轉(zhuǎn)向西部地區(qū)，大基地、特高壓送出為其主要形式。電網(wǎng)公司加大了特高壓通道的建設力度，但新能源的超大規(guī)模發(fā)展，同時受新能源接入和送出系統(tǒng)安全穩(wěn)定約束，送出通道問題估計將持續(xù)困擾新能源的開發(fā)。
特高壓通道的輸送能力和新能源輸送比例經(jīng)常被詬病，但有其深層次原因，一方面是新能源設備發(fā)電小時數(shù)有限，另一方面受多方面的電網(wǎng)安全穩(wěn)定約束。其中一個重要的安全穩(wěn)定因素，是高比例電力電子設備系統(tǒng)短路比要求，一方面并網(wǎng)點短路容量與接入的新能源容量之比不得低于運行限值，另一方面直流送出通道也需滿足短路容量比要求。這其中隱含著一定悖論，接入和輸送大功率的新能源，需要送出側(cè)有較強的交流系統(tǒng)支撐，而在新能源基地配套一個強大的交流系統(tǒng)，會造成火電機組的增加和投資的無限制增長。
2.分布式新能源受資源限制。與集中開發(fā)方式相比，分布式開發(fā)方式更容易與新能源低能量密度特點相匹配，同時能夠?qū)崿F(xiàn)就地就近消納，降低能源大范圍傳輸（運輸）的高投入和高損耗，提升能源供應安全，緩解能源生產(chǎn)與負荷逆向分布的矛盾。近年來，分布式新能源特別是分布式光伏受到廣泛重視，逐漸成為重要的發(fā)展趨勢，但因受建筑屋頂以及中東部土地資源限制，經(jīng)過幾年的開發(fā)，優(yōu)質(zhì)的工商業(yè)項目競爭比較激烈。盡管2020年新增分布式光伏達到15.5GW，但其中戶用超過10GW。隨著各企業(yè)紛紛進入，分布式新能源開發(fā)難度可能繼續(xù)增加。
圖2引自：中國光伏行業(yè)協(xié)會，中國光伏行業(yè)2020年回顧與2021年展望
（二）電力系統(tǒng)發(fā)用電平衡與發(fā)電充裕度問題
新能源為主體的電力系統(tǒng)中，隨機性、間歇性的電源成為主力，而在用戶側(cè)隨著電動汽車、空調(diào)等間歇性負荷的比例日益增長，發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)“雙尖峰”特性日益明顯，兩方面擠壓火電、水電等常規(guī)電源，對于電力系統(tǒng)實時平衡提出了更大挑戰(zhàn)。
得州大停電和我國部分省份拉閘限電問題，引起了全社會的大討論。新能源比例增長到一定程度，在沒有其他調(diào)節(jié)機制的情況下，必然造成兩個極端：一方面是新能源富裕時段電力供過于求，火電壓出力問題更加尖銳；另一方面是負荷尖峰疊加新能源小發(fā)方式下，電力供應嚴重不足。沒有合適的市場機制，電力系統(tǒng)有效容量和電量之間失衡的問題將更加突出。
（三）電力系統(tǒng)整體安全穩(wěn)定問題
新能源為主體的電力系統(tǒng)，更加呈現(xiàn)高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量持續(xù)下降，調(diào)頻、調(diào)壓能力不足，加之直流系統(tǒng)電壓、頻率、電流耐受能力差，因電網(wǎng)擾動造成的直流系統(tǒng)故障可能頻發(fā)，導致連鎖反應造成系統(tǒng)失穩(wěn)的概率增大。
當前，雖然有技術手段在直流側(cè)進行慣量模擬，但尚無法在根本機理上進行解決。交流電力系統(tǒng)具有較強的“自愈能力”，簡單來說就是交流設備之間通過同步的交流電磁場進行強耦合，在功角、電壓發(fā)生擾動后，相互之間的作用力能將發(fā)生偏離的設備拉回平衡狀態(tài)，可以說交流系統(tǒng)能夠齊心協(xié)力尋找全局平衡狀態(tài)。而接入交流系統(tǒng)的直流設備，本質(zhì)上是電氣上的孤島，不能形成同步磁場的強耦合關系，無法成為電力系統(tǒng)功角和頻率穩(wěn)定的平衡器。針對局部直流系統(tǒng)的優(yōu)化控制，都是在外部信號驅(qū)動下的局部控制，并不能感受電力系統(tǒng)的全局變量（這種全局變量通過交流電磁場傳遞），無法像交流電源一樣為電力系統(tǒng)的“自愈”作出貢獻。
另一方面，電力系統(tǒng)仿真是進行安全穩(wěn)定分析的重要工具，為電力系統(tǒng)規(guī)劃、方式安排提供重要的依據(jù)。但隨著新能源接入造成計算節(jié)點激增，以及新能源功率具有隨機特性，給設備建模和系統(tǒng)仿真帶來重大挑戰(zhàn)，“新能源為主體的電力系統(tǒng)”越來越難用傳統(tǒng)的方法進行分析。
（四）價格疏導機制缺失
國家對于降電價的總基調(diào)，限制了有利于新能源發(fā)展的市場機制設計，國外經(jīng)驗表明新能源開發(fā)與消納的高投入將導致終端電價的上升，以低能源成本為約束的能源轉(zhuǎn)型具有較大難度。當前，輔助服務市場和現(xiàn)貨市場機制作用發(fā)揮有限，對于多種形式的儲能準入以及電力系統(tǒng)靈活性資源的激勵不足；電價上限較低，電力短缺情況下容量稀缺價值無法體現(xiàn)，扭曲了容量價值，制約了發(fā)電機組有效容量方面的投資；碳交易市場流動性低，CCER抵消份額小，制約新能源低碳價值發(fā)掘。
02、現(xiàn)實路徑
構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，體現(xiàn)了用系統(tǒng)思維解決新能源發(fā)展問題的思路，就此提出幾點不成熟的路徑建議：
1.建立更為健全的市場機制。一是將不同電源的多種價值顯性化，促進電源發(fā)展的合理匹配。新能源、儲能、常規(guī)能源在邊際成本、減碳價值和容量價值方面差別較大，僅靠電能量價格無法綜合反映，不利于多電源的平衡發(fā)展。需要建立和完善容量市場、碳交易市場并形成良性循環(huán)，客觀尊重能源轉(zhuǎn)型規(guī)律，允許向用戶側(cè)進行合理成本疏導，既保證電量的充足，又保證容量的充裕度，實現(xiàn)能源電力低碳發(fā)展和安全發(fā)展兼得。二是將現(xiàn)貨市場作為重要的平衡手段。由于新能源的隨機性和間歇性，以大電網(wǎng)調(diào)度為主的集中平衡方式可能不再適用。隨著新能源電力、電量占比持續(xù)快速增長，新能源廣泛參與中長期交易、現(xiàn)貨市場交易是大趨勢。盡快完善現(xiàn)貨市場交易機制并擴容，發(fā)揮新能源廠站分散預測和分曲線報價的優(yōu)勢，通過中長期交易+現(xiàn)貨市場并軌協(xié)同，有效進行分時供需平衡；建立日內(nèi)實時平衡機制和放開價格浮動，有效對偏差部分進行削減，是促進電力平衡的重要手段。
2.多種新型儲能方式協(xié)同發(fā)展。電網(wǎng)調(diào)峰手段多種多樣，以新能源強制配儲能的方式，也許能快速提升新能源的調(diào)節(jié)性能，也能快速培育和壯大電化學儲能行業(yè)，但容易造成資源錯配，造成新能源發(fā)電成本高企。長期來看，利用輔助服務市場、容量市場，在市場環(huán)境下將新能源電站適當納入偏差考核，促進新能源企業(yè)通過配置儲能設備、加強出力預測或開展發(fā)電權交易進行自我平衡，更有利于降低新能源發(fā)電的系統(tǒng)平衡成本。在電力電子設備比例較高的新型電力系統(tǒng)中，應重視抽水蓄能、火電靈活性改造、調(diào)峰氣電、壓縮空氣儲能等交流靈活性資源開發(fā)，提升系統(tǒng)調(diào)峰能力的同時，兼顧交流系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的增強。
3.通過能源數(shù)字化帶來電力系統(tǒng)運行與交易重構。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，主體更加多元，能源生產(chǎn)具有不確定性，能源流向更加多樣，需要利用數(shù)字化、智能化技術對運行與交易進行支撐。首先，在電網(wǎng)運行仿真方面，新能源電站激增造成計算維度的指數(shù)級增加，以及間歇性能源和電力電子設備帶來更大的隨機性和復雜性，引入云大物移智鏈技術，將傳統(tǒng)分析方法與人工智能方法結合，可能成為新型電力系統(tǒng)模擬仿真和安全裕度計算的發(fā)展方向。其次，通過全面信息的感知、海量數(shù)據(jù)庫的建立以及知識發(fā)現(xiàn)，在全網(wǎng)一盤棋的電力市場中，交易主體的關聯(lián)性比其他商品市場更強，獲得更多的數(shù)據(jù)和信息，并依靠人工智能生成最優(yōu)的決策，是未來電力市場交易的生存之道。
4.建立協(xié)商共建的社會共識。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)目標已經(jīng)設定，但具體發(fā)展路徑肯定是見仁見智。由于專業(yè)分工和在系統(tǒng)中的站位不同，源網(wǎng)荷儲側(cè)有著不同的利益訴求和觀點表達。當前電源結構和電力體制同時發(fā)生深刻變化，需要設備企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)和政府協(xié)同一致，形成系統(tǒng)意識和安全穩(wěn)定意識，就技術創(chuàng)新、市場機制和信息共享等方面形成共識，搭建新能源健康發(fā)展的社會環(huán)境。
