中國儲能網訊：建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，既是能源電力轉型的必然要求，也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要途徑。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構建是一項復雜的系統(tǒng)性工程，應超前研判、全面分析電力生產結構改變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)帶來的變化與挑戰(zhàn)，深入研究電力低碳轉型路徑及轉型過程中的重大問題，力爭就技術形態(tài)、技術方向等關鍵問題形成廣泛共識。
中國工程院舒印彪院士科研團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期發(fā)表《構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)框架研究》，分析了電力系統(tǒng)轉型帶來的變化、問題及挑戰(zhàn)，闡述了新型電力系統(tǒng)的內涵、構建原則與思路；根據(jù)電力系統(tǒng)發(fā)展的技術特征、新能源接入規(guī)模，合理劃分新型電力系統(tǒng)的發(fā)展階段并針對性提出各階段的發(fā)展建議。文章認為，新型電力系統(tǒng)以新能源為電能供給主體，可滿足不斷增長的清潔用電需求，兼具高度的安全性、開放性、適應性；相關系統(tǒng)構建是一項系統(tǒng)性工程，應遵循電力系統(tǒng)的技術演進規(guī)律與特征，充分利用成熟技術、存量系統(tǒng)并深入挖掘潛力，同步著力研發(fā)新興技術，積極穩(wěn)妥并循序漸進實施重大轉型。
前言
碳達峰、碳中和目標的提出是國家重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體。在能源消費清潔低碳化的進程中，電力占據(jù)著能源體系的主導地位，同時電力系統(tǒng)發(fā)展面臨著艱巨任務?？紤]我國各類非化石能源資源稟賦以及開發(fā)利用的技術經濟性，大力發(fā)展新能源是必然選擇。建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，既是能源電力轉型的必然要求，也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要途徑。
能源電力行業(yè)技術資金密集，存在高度的路徑依賴，技術路線試錯成本極高。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一項復雜的系統(tǒng)性工程，應超前研判、全面分析電力生產結構改變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)帶來的變化與挑戰(zhàn)，深入研究電力低碳轉型路徑及轉型過程中的重大問題，力爭就技術形態(tài)、技術方向等關鍵問題形成廣泛共識。
針對于此，本文從一次能源、電源、網絡、負荷、平衡模式等方面著手，研究電力系統(tǒng)物質基礎、技術基礎將要發(fā)生的深刻變化，從電力可靠供應、新能源消納、電網安全運行等方面探討未來電力系統(tǒng)發(fā)展面臨的直接挑戰(zhàn)；闡述新型電力系統(tǒng)的內涵、構建原則和思路，劃分新型電力系統(tǒng)的發(fā)展階段，提出策略性發(fā)展建議，以期為電力行業(yè)中長期發(fā)展提供基礎參考。
電力系統(tǒng)轉型帶來的變化
電力系統(tǒng)實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的過程，伴隨著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉型升級，相關物質基礎和技術基礎持續(xù)深刻變化。
一是一次能源特性變化。電力系統(tǒng)的一次能源主體由可存儲和可運輸?shù)幕茉崔D向不可存儲或運輸、與氣象環(huán)境相關的風能和太陽能資源，一次能源供應面臨高度不確定性。
二是電源布局與功能變化。根據(jù)我國風能、太陽能資源分布，新能源開發(fā)將以集中式與分散式并舉，電源總體接入位置愈加偏遠、愈加深入低電壓等級。未來新能源作為主體電源，不僅是電力電量的主要提供者，還將具備相當程度的主動支撐、調節(jié)與故障穿越等“構網”能力；常規(guī)電源功能則逐步轉向調節(jié)與支撐。
三是網絡規(guī)模與形態(tài)變化。西部、北部地區(qū)的大型清潔能源基地向東中部地區(qū)負荷中心輸電的整體格局不變，近期電網規(guī)模仍將進一步擴大。電網形態(tài)從交直流混聯(lián)大電網向微電網、柔直電網等多種形態(tài)電網并存轉變。
四是負荷結構與特性變化。能源消費高度電氣化，用電需求持續(xù)增長。配電網有源化，多能靈活轉換，“產消者”廣泛存在，負荷從單一用電朝著發(fā)/用電一體化方向轉變，調節(jié)支撐能力增強。
五是電網平衡模式變化。新型電力系統(tǒng)供需雙側均面臨較大的不確定性，電力平衡模式由“源隨荷動”的發(fā)/ 用電平衡轉向儲能、多能轉換參與緩沖的更大空間、更大時間尺度范圍內的平衡。
六是電力系統(tǒng)技術基礎變化。電源并網技術由交流同步向電力電子轉變，交流電力系統(tǒng)同步運行機理由物理特性主導轉向人為控制算法主導；電力電子器件引入微秒級開關過程，分析認知由機電暫態(tài)向電磁暫態(tài)轉變；運行控制由大容量同質化機組的集中連續(xù)控制向廣域海量異構資源的離散控制轉變；故障防御由獨立“三道防線”向廣泛調動源網荷儲可控資源的主動綜合防御體系轉變。
電力系統(tǒng)面臨的問題與挑戰(zhàn)
（一）電力供應保障
一是保障供應充裕的基礎理論面臨挑戰(zhàn)。在全球氣候變化、可再生能源大規(guī)模開發(fā)的背景下，可再生能源資源稟賦在長期演化過程中會發(fā)生顯著變化。電源、電網的規(guī)劃決策面臨資源稟賦和運行雙重不確定性且具有明顯的路徑依賴性。上述特征為傳統(tǒng)資源稟賦評估與規(guī)劃理論帶來重大挑戰(zhàn)。
二是新能源小發(fā)時保障供應難度大。隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展，可控電源占比下降，新能源“大裝機、小電量”特性凸顯，風能、太陽能小發(fā)時保障電力供應的難度加大。在碳中和階段，火電占比將進一步下降，新能源裝機規(guī)模持續(xù)提升，而負荷仍將保持一定增長，實時電力供應與中長期電量供應保障困難更加突出。
三是罕見天象、極端天氣下的供應保障難度更大。日食等罕見天文現(xiàn)象將顯著影響新能源出力；隨著全球變暖、氣候異常的加劇，颶風、暴雪冰凍、極熱無風等極端天氣事件不斷增多增強，超出現(xiàn)有認知。罕見天象與極端天氣具有概率小、風險高、危害大的特征，在新能源高占比情景下的影響極大，推高供電保障成本。
（二）系統(tǒng)平衡調節(jié)
一是供需平衡基礎理論面臨挑戰(zhàn)。隨著新能源占比的持續(xù)提高，供需雙側與系統(tǒng)調節(jié)資源均呈現(xiàn)高度不確定性，系統(tǒng)平衡機制由“確定性發(fā)電跟蹤不確定負荷”轉變?yōu)椤安淮_定發(fā)電與不確定負荷雙向匹配”。供需雙側運行特性對氣候等外部條件的依賴性較高，針對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建立的供需平衡理論亟需發(fā)展完善。
二是日內調節(jié)面臨較大困難。新能源出力的隨機波動性需要可控電源的深度調節(jié)能力予以抵消，電力系統(tǒng)現(xiàn)有的調節(jié)能力已基本挖掘殆盡，近期仍需更大的調節(jié)能力以滿足新能源消納需求。遠期新能源成為主力電源后，依靠占比不斷下降的常規(guī)電源以及有限的負荷側調節(jié)能力難以滿足日內消納需求。
三是遠期季節(jié)性調節(jié)需求增大。新能源發(fā)電與用電存在季節(jié)性不匹配，夏、冬季用電高峰期的新能源出力低于平均水平，而春、秋季新能源大發(fā)時的用電水平處于全年低谷?，F(xiàn)有的儲能技術只能滿足日內調節(jié)需求，在新能源高占比情景下，季節(jié)性消納矛盾將更加突出。
（三）安全穩(wěn)定運行
一是穩(wěn)定基礎理論面臨挑戰(zhàn)。新能源時變出力導致系統(tǒng)工作點快速遷移，基于給定平衡點的傳統(tǒng)Lyapunov 穩(wěn)定性理論存在不適應性。新能源發(fā)電有別于常規(guī)機組的同步機制及動態(tài)特性，使得經典暫態(tài)功角穩(wěn)定性定義不再適用。高比例的電力電子設備導致系統(tǒng)動態(tài)呈現(xiàn)多時間尺度交織、控制策略主導、切換性與離散性顯著等特征，使得對應的過渡過程分析理論、與非工頻穩(wěn)定性分析相協(xié)調的基礎理論亟待完善。
二是控制基礎理論有待創(chuàng)新。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的控制資源主要是同步發(fā)電機等同質化大容量設備。而在新型電力系統(tǒng)中，海量新能源和電力電子設備從各個電壓等級接入，控制資源碎片化、異質化、黑箱化、時變化，使得傳統(tǒng)基于模型驅動的集中式控制難以適應，需要新的控制基礎理論對各類資源有效實施聚納與調控。
三是傳統(tǒng)安全問題長期存在。在未來相當長的時間內，電力系統(tǒng)仍以交流同步電網形態(tài)為主；但隨著新能源大量替代常規(guī)電源，維持交流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的根本要素被削弱，傳統(tǒng)的交流電網穩(wěn)定問題加劇。例如，旋轉設備被靜止設備替代，系統(tǒng)慣量不再隨規(guī)模增長甚至呈下降趨勢，電網頻率控制更加困難；電壓調節(jié)能力下降，高比例新能源接入地區(qū)的電壓控制困難，高比例受電地區(qū)的動態(tài)無功支撐能力不足；電力電子設備的電磁暫態(tài)過程對同步電機轉子運動產生深刻影響，功角穩(wěn)定問題更為復雜。
四是高比例電力電子、高比例新能源（“雙高”）的電力系統(tǒng)面臨新的問題。在近期，新能源機組具有電力電子設備普遍存在的脆弱性，面對頻率、電壓波動容易脫網，故障演變過程更顯復雜，與進一步擴大的遠距離輸電規(guī)模相疊加，導致大面積停電的風險增加；同步電源占比下降、電力電子設備支撐能力不足導致寬頻振蕩等新形態(tài)穩(wěn)定問題，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)多失穩(wěn)模式耦合的復雜特性。在遠期，更高比例的新能源甚至全電力電子系統(tǒng)將伴生全新的穩(wěn)定問題。
（四）整體供電成本
新能源平價上網不等于平價利用。除新能源場站本體成本以外，新能源利用成本還包括靈活性電源投資、系統(tǒng)調節(jié)運行成本、大電網擴展與補強投資、接網及配網投資等系統(tǒng)成本。國內外研究表明，新能源電量滲透率超過10%~15% 以后，系統(tǒng)成本將進入快速增長的臨界點，未來新能源場站成本下降很難完全對沖消納新能源所付出的系統(tǒng)成本上升；隨著新能源發(fā)電量滲透率的逐步提高，系統(tǒng)成本顯著增加且疏導困難，必然影響全社會供電成本。
新型電力系統(tǒng)的內涵、構建原則與思路
應對電力系統(tǒng)面臨的問題與挑戰(zhàn)，應科學構建新型電力系統(tǒng)，保障國家能源轉型戰(zhàn)略實施。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，必須堅持系統(tǒng)思維，遵循電力系統(tǒng)的技術特點和客觀規(guī)律，充分利用成熟技術、存量系統(tǒng)并深入挖掘潛力，“開放包容”支持新技術發(fā)展，積極穩(wěn)妥、循序漸進實現(xiàn)轉型。
（一）新型電力系統(tǒng)的內涵
新型電力系統(tǒng)以新能源為供給主體，滿足不斷增長的清潔用電需求，具有高度的安全性、開放性、適應性。
在安全性方面，新型電力系統(tǒng)中的各級電網協(xié)調發(fā)展，多種電網技術相互融合，廣域資源優(yōu)化配置能力顯著提升；電網安全穩(wěn)定水平可控、能控、在控，有效承載高比例的新能源、直流等電力電子設備接入，適應國家能源安全、電力可靠供應、電網安全運行的需求。
在開放性方面，新型電力系統(tǒng)的電網具有高度多元、開放、包容的特征，兼容各類新電力技術，支持各種新設備便捷接入需求；支撐各類能源交互轉化、新型負荷雙向互動，成為各類能源網絡有機互聯(lián)的樞紐。
在適應性方面，新型電力系統(tǒng)的源網荷儲各環(huán)節(jié)緊密銜接、協(xié)調互動，通過先進技術應用和控制資源池擴展，實現(xiàn)較強的靈活調節(jié)能力、高度智能的運行控制能力，適應海量異構資源廣泛接入并密集交互的應用場景。
（二）新型電力系統(tǒng)構建原則
堅持問題導向、目標導向和科學發(fā)展原則來構建新型電力系統(tǒng)，積極穩(wěn)妥推進轉型。
①問題導向，即抓住新能源發(fā)展過程中的主要矛盾，兼顧當前困難與長遠挑戰(zhàn)，通過系統(tǒng)重構、技術與體制機制創(chuàng)新來突破新能源發(fā)展瓶頸。
②目標導向，即以按期實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標為使命，選擇適宜的技術路線，“倒排”發(fā)展路徑，兼顧轉型過程中能源電力安全。
③科學發(fā)展，即充分考慮能源電力行業(yè)資產、資金、技術密集，路徑依賴較強的特點，切實體現(xiàn)電力系統(tǒng)的技術特點和發(fā)展規(guī)律，保持漸進過渡式轉型發(fā)展。
（三）新型電力系統(tǒng)構建思路
基于以上構建原則，研判未來新型電力系統(tǒng)技術形態(tài)，塑造適應全新電力生產結構的網絡形態(tài)和平衡模式，在空間、時間上匹配電力供給與需求，據(jù)此設計技術可行、成本適當?shù)陌l(fā)展路徑。
1. 技術形態(tài)
在未來較長的時間內，電力系統(tǒng)仍將以交流電技術為主導，主要原因有：一是當前全國電力系統(tǒng)資產規(guī)模超過16 萬億元，90% 的在運煤電裝機容量投產不滿20a，龐大的存量系統(tǒng)仍以交流電技術為基礎，不可能“急剎車”“急轉彎”；二是未來火電、水電、核電等同步電源裝機容量和發(fā)電量的占比均在不斷下降，但仍占據(jù)相當?shù)谋壤ㄒ妶D1），如到2060年同步電源預計仍占據(jù)裝機容量的25%、發(fā)電量的44%，主要以“大開機、小出力”方式運行（出力占比可達79%），為電力系統(tǒng)提供必要的調節(jié)與支撐。因此，未來的電力系統(tǒng)必將在傳承中發(fā)展，長期保持以交流電為基礎的技術形態(tài)，基本原理、技術要求不會發(fā)生根本性改變；交流電網仍是電力系統(tǒng)的網架基礎，各類電源直接或間接以交流電技術并入電網。
圖1 同步電源裝機及發(fā)電量占比的變化趨勢
2. 網絡形態(tài)
一是以交直流互聯(lián)為大電網主干。我國能源資源與需求逆向分布的基本國情，新能源出力的隨機性、強時空相關性，都決定了近期交直流互聯(lián)大電網仍需擴大規(guī)模才能滿足遠距離大規(guī)模輸電、新能源跨省/ 跨區(qū)消納平衡的需求。
二是多種組網形式并存。交流電力系統(tǒng)需要同步電源的支撐，難以適應新能源集中開發(fā)、海上風電、大量分布式新能源接入等局部場景；應鼓勵發(fā)展分布式微網、純直流電力系統(tǒng)等多種組網技術，因地制宜選擇技術路線。
3. 平衡形態(tài)
力求以儲能為媒介逐步實現(xiàn)發(fā)用電解耦。當前電力系統(tǒng)的實時平衡依賴出力可調的常規(guī)電源，而新型電力系統(tǒng)將以出力不可調節(jié)的新能源發(fā)電為主體，發(fā)電側調節(jié)能力顯著下降；需要通過需求響應、多能互補等方式充分挖掘負荷側的調節(jié)能力，同步開發(fā)能夠與電能高效雙向轉換并可大量、長期存儲的二次能源（儲能），使“發(fā)–用”實時平衡變?yōu)椤鞍l(fā)–儲–用”實時平衡。
4. 發(fā)展路徑
循序漸進構建新型電力系統(tǒng)。能源電力行業(yè)技術資金密集，已形成的龐大存量資產不可能“推倒重來”，適宜采取漸進過渡式發(fā)展方式。在近期，新能源快速發(fā)展的需求較為迫切，亟需成熟、經濟、有效的技術與產品方案來應對相應挑戰(zhàn)。著眼遠期，當前電力系統(tǒng)的物質基礎、技術基礎難以匹配新型電力系統(tǒng)的需求，應在大規(guī)模儲能、高效電氫轉換、CCUS（碳捕集、利用與封存）、純直流組網等顛覆性技術方面盡快取得突破；不同的技術將導向不同的電力系統(tǒng)形態(tài)，未來發(fā)展路徑存在較大的不確定性。為此，近期應重點挖掘成熟技術的潛力，支撐新能源快速發(fā)展，同步開展顛覆性技術攻關；遠期在顛覆性技術取得突破后，推動電力系統(tǒng)逐步向適應顛覆性技術的新形態(tài)轉型。
（四）新型電力系統(tǒng)的發(fā)展階段
1. 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)轉型期
新能源快速發(fā)展，“雙高”影響處于“量變”階段，常規(guī)電源仍是電力電量供應主體，新能源作為補充。發(fā)用電的實時平衡仍然是主要特征，依靠以抽水蓄能為主體的成熟儲能技術基本滿足日內平衡需求?？鐓^(qū)輸電、交流電網互聯(lián)的規(guī)模進一步擴大并“達峰”。本階段內，充分開發(fā)現(xiàn)有資源、挖掘可用技術潛力，同步開展支撐更高比例新能源的顛覆性技術研發(fā)。
2. 新型電力系統(tǒng)形成期
新能源成為裝機主體，具備相當程度的主動支撐能力；常規(guī)電源功能逐步轉向調節(jié)與支撐；大規(guī)模儲能技術取得突破，實現(xiàn)日以上時間尺度的平衡調節(jié)。存量電力系統(tǒng)向新形態(tài)轉變，交直流互聯(lián)大電網與局部全新能源直流組網、微電網等多種形態(tài)共存。在此階段，“雙高”影響轉入質變，已有的技術和發(fā)展模式面臨瓶頸，顛覆性技術逐步成熟并具備推廣應用條件。
3. 新型電力系統(tǒng)成熟期
依托發(fā)展成熟的顛覆性技術，完成全新形態(tài)的電力系統(tǒng)構建，新能源成為主力電源，發(fā)用電基本實現(xiàn)解耦。新能源以多種二次能源形式、多種途徑傳輸和利用，將因地制宜發(fā)展多種形態(tài)（如輸電與輸氫網絡共存等）。這一階段，顛覆性技術高度成熟并獲得廣泛應用，新型電力系統(tǒng)基本構建完成。
構建新型電力系統(tǒng)的重點舉措
（一）加快措施布局應對轉型期問題
1. 保障電力供應與新能源消納
在電源側，一是提升電力供應能力。推進西部、北部地區(qū)大型新能源基地建設，因地制宜發(fā)展東中部地區(qū)的分布式新能源，推動海上風電逐步向遠海拓展。煤電從“增容控量”“控容減量”到“減容減量”，發(fā)揮托底保障作用，合理利用存量資產，科學謀劃退出路徑。加快開發(fā)水電，重點推進西南地區(qū)的優(yōu)質水電建設。安全有序開展沿海地區(qū)的核電建設，適時推動內陸核電建設。二是提升有功調節(jié)能力。加快在運煤電機組靈活性改造，提升機組調節(jié)速率與深度調峰能力，新建煤電均應具備深度調峰能力。有序發(fā)展天然氣調峰電源，充分發(fā)揮啟停耗時短、功率調節(jié)快的優(yōu)勢，重點在新能源發(fā)電滲透率較高、電網靈活性較低的區(qū)域開展建設。鼓勵或要求新能源按照一定比例配置儲能。研究水電站增設大泵，具備一定的抽水調節(jié)能力。
在電網側，轉型期新能源大規(guī)模集中開發(fā)并遠距離外送的格局將進一步加強，亟需加強跨省、跨區(qū)輸電通道建設，打造大范圍資源優(yōu)化配置平臺；同步加強送端、受端交流電網，擴大聯(lián)網規(guī)模，可靠承載跨區(qū)域、大規(guī)模的輸電需求。推動建設適應分布式、微網發(fā)展的智能配電網，促進電、冷、熱、氣等多能互補與協(xié)調控制，滿足分布式清潔能源并網、多元負荷用電的需要，促進終端能源消費節(jié)能提效。積極開展分布式微電網建設，在內部自治的同時與大電網協(xié)調互動。拓展靈活柔性輸電等技術應用，適應送端新能源大規(guī)模集中接入、受端多落點直流組網等應用場景。
在負荷側，全面拓展電力消費新模式，發(fā)展“互聯(lián)網+”智慧能源系統(tǒng)，發(fā)揮電網負荷的靈活調節(jié)能力，增強源荷互動活力。著力開發(fā)需求響應資源，在供需緊張地區(qū)配置削峰需求響應，在新能源高占比地區(qū)配置填谷需求響應。
在儲能側，抽水蓄能技術相對成熟、單位投資成本低、壽命長，有利于大規(guī)模能量儲存；鑒于抽水蓄能規(guī)劃建設周期較長，而電力系統(tǒng)已面臨調節(jié)能力不足的現(xiàn)狀，應優(yōu)先發(fā)展、盡早啟動。因抽水蓄能可開發(fā)資源有限，壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電化學儲能、電磁儲能、儲熱、化學儲能（以氫儲能為主）等新型儲能技術將成為構建新型電力系統(tǒng)的重要基礎，有望在長周期平衡調節(jié)、安全支撐等方面發(fā)揮關鍵作用。
2. 保障電網安全穩(wěn)定運行
轉型期的電力系統(tǒng)仍然是交流電力系統(tǒng)，必須遵循交流電力系統(tǒng)的基本原理和技術規(guī)律，尋求新的手段、加快措施布局，保障足夠的系統(tǒng)慣量、調節(jié)能力、支撐能力，筑牢電網安全穩(wěn)定基礎。
系統(tǒng)慣量是系統(tǒng)安全運行的基本要求。一是保持適度規(guī)模的同步電源，通過技術創(chuàng)新來調整常規(guī)電源的功能定位，在政策層面保障燃煤機組從裝機控制轉向排放控制。二是擴大交流電網規(guī)模，提高同步電網整體慣量水平，增強抵御故障能力，更好促進清潔能源消納的互聯(lián)互通。三是開發(fā)新型慣量支撐資源，發(fā)展新能源、儲能等方面的新型控制技術，提高電力電子類電源對系統(tǒng)慣量的支撐能力。
調節(jié)能力是電力系統(tǒng)適應不斷加大的波動性、有功/ 無功沖擊的重要保證。關于調峰，在提升電源側調節(jié)能力的同時，推進電動汽車、分布式儲能、可中斷負荷參與調峰，扎實提高電網資源配置能力，共享全網調節(jié)資源。關于調頻，推動新能源、儲能、電動汽車等參與系統(tǒng)調頻，發(fā)揮直流輸電設備的頻率調制能力。關于調壓，發(fā)揮常規(guī)機組的主力調壓作用，利用柔性直流、柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）設備參與調壓，研究電力電子類電源場站級的靈活調壓，探索分布式電源、分布式儲能參與低壓側電壓調節(jié)。
支撐能力是電力系統(tǒng)承載高比例電力電子設備、確保高比例受電地區(qū)安全穩(wěn)定運行的關鍵。一是開展火電、水電機組調相功能改造，鼓勵退役火電改調相機運行，提高資產利用效率。二是在新能源場站、匯集站配置分布式調相機，在高比例受電、直流送受端、新能源基地等地區(qū)配置大型調相機，保障系統(tǒng)的動態(tài)無功支撐能力，確保新能源多場站短路比水平滿足運行要求。三是要求新能源作為主體電源承擔主體安全責任，通過技術進步來增強主動支撐能力。
（二）論證并啟動轉型期重大課題研究
1. 重大基礎理論研究
在新型電力系統(tǒng)供需平衡理論方面，考慮供需雙側特性對氣候、天氣條件的依賴性以及供需雙側與系統(tǒng)調節(jié)資源的高度不確定性，研究并建立以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)供需平衡基礎理論；厘清氣候變化與可再生能源開發(fā)的交互作用機理，揭示不確定性與規(guī)劃/ 運行策略的耦合作用機理，形成不確定供需雙向匹配的優(yōu)化決策理論和方法。在“雙高”電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析理論方面，考慮“雙高”電力系統(tǒng)的多時間尺度交織、控制策略主導、切換性與離散性顯著等特征，厘清系統(tǒng)擾動后的過渡過程并建立完整的分析理論，形成科學的穩(wěn)定分類體系，提出針對不同穩(wěn)定分類的建模準則和分析方法。
在新型電力系統(tǒng)的控制理論方面，針對特性各異且黑箱化的海量動態(tài)元件接入“雙高”電力系統(tǒng)的基本特征，重點突破廣域分散協(xié)同優(yōu)化控制理論，在設備層面構建兼容各種異構設備的通用穩(wěn)定控制協(xié)議，實現(xiàn)元件即插即用、分散式自趨穩(wěn)；在系統(tǒng)層面提出廣域響應驅動的協(xié)調控制方法，構建多級協(xié)調的穩(wěn)定控制體系，支撐開放包容的新型電力系統(tǒng)運行。
2. 關鍵應用技術研究
在新能源“構網”主動支撐技術方面，加快推廣電流源型主動支撐技術、電壓源型自同步控制技術，提升新能源機組對弱電網的適應性、對交流電網的支撐能力；推動作為同步電源的光熱發(fā)電工程化應用。
在大規(guī)模遠距離海上風電及送出技術方面，盡快在風機本體及匯集、升壓與送出系統(tǒng)設備及技術方面取得突破，保障遠海分散式風電的靈活接入與高效安全送出。
在儲能支撐電網安全運行技術方面，充分利用新型儲能系統(tǒng)調峰幅度大、響應速度快、短時功率吞吐能力強、調節(jié)方向易改變等優(yōu)點，在輔助調峰、平滑新能源發(fā)電功率等基礎功能外，重點提升儲能在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或波動時的快速響應功能，為系統(tǒng)提供阻尼、慣量等動態(tài)支撐。
在“雙高”電力系統(tǒng)仿真評估技術方面，新型電力系統(tǒng)的物理形態(tài)和運行特性更為復雜，現(xiàn)有仿真分析手段不足以支持對電網的認知需要，亟需突破機電、電磁多時間尺度的大電網暫態(tài)仿真分析技術，提高對新型電力系統(tǒng)特性的認知水平。
在源網荷儲資源協(xié)調控制技術方面，利用“大云物移智鏈”等先進技術手段，研究主動配電網運行分析及協(xié)調控制技術、供需互動服務技術、分布式微網自平衡技術，實現(xiàn)廣域分布式海量源網荷儲資源的總體協(xié)調控制。
在“雙高”電力系統(tǒng)故障防御技術方面，海量電力電子設備接入新型電力系統(tǒng)之后將極大改變系統(tǒng)的暫態(tài)特性，既帶來新的穩(wěn)定問題，也因其數(shù)字式快速調控能力而給穩(wěn)定控制提供新的機遇和選擇；研究適應“雙高”電力系統(tǒng)的綜合安全防御體系，利用現(xiàn)代信息通信技術來廣泛調動各類控制資源，實現(xiàn)經濟、高效、智能的故障快速判斷清除以及故障后的緊急協(xié)調控制、傳播路徑阻斷。
3. 技術標準布局
以標準化組織為依托，聯(lián)合國家、行業(yè)相關機構及產業(yè)上下游單位，開展新型電力系統(tǒng)技術標準體系建設；加快新能源并網、多元負荷接入、源網荷儲協(xié)同控制等重要標準的研究制定，對技術、產業(yè)發(fā)展起到引領方向、保障質量的作用。
在電源側，加快提升新能源并網標準水平，逐步具備與同步電源相近的運行支撐能力；重構水電和火電機組的設計、制造、運行技術標準體系；推進抽水蓄能、電化學儲能電站建設的標準化。
在電網側，強化源網荷儲協(xié)同控制標準化的頂層設計，加快廣域分散協(xié)同優(yōu)化控制標準研究；深化靈活柔性輸電技術標準體系建設，加快分布式微電網、智慧配電網重要核心標準研制。
在負荷側，優(yōu)化完善電動汽車充換電、港口岸電設施技術標準體系，加快虛擬電廠、需求側響應技術標準體系建設和關鍵標準研制，滿足負荷與電網良性互動的需要。
（三）發(fā)揮遠期支撐作用的顛覆性技術
在傳統(tǒng)技術路線下構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)存在困難，需要顛覆性技術革新。鑒于顛覆性技術突破存在較大的不確定性、需要長期高投入，建議加大國家級科技計劃支持，在轉型期論證并實施國家科技重大專項，著力開展技術攻關，為構建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)碳中和目標提供技術支撐。
在高效電氫雙向轉換技術方面，充分發(fā)揮氫能作為含能體二次能源的優(yōu)勢，推動利用富余的可再生能源制取“綠氫”，借助電氫轉換與儲存裝置，實現(xiàn)跨季節(jié)、跨行業(yè)的可再生能源存儲與調節(jié)，解決長周期電量平衡問題。
在新型儲能技術方面，爭取在具備大容量、高安全、長壽命、低成本特征的變革性儲能方向取得重大突破，構建廣域協(xié)同的儲能形態(tài)，成為完全可觀可控的調節(jié)資源，全面滿足各類應用場景（從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)）的技術需求。
在高效CCUS 技術方面，目前CCUS 技術的效率、成本與能耗問題制約了商業(yè)應用規(guī)模，應加大技術研發(fā)力度，充分挖掘應用潛能，助推跨系統(tǒng)循環(huán)碳經濟發(fā)展。CCUS 技術的成熟與應用是碳中和階段煤電存續(xù)的前提條件，有利于保持一定比例的同步電源規(guī)模，將有力支撐交流電力系統(tǒng)的安全運行。
在全新能源直流組網技術方面，應充分發(fā)揮柔性直流可實現(xiàn)新能源無同步電源并網、大規(guī)模多點匯集和送出方面的優(yōu)勢，重點研發(fā)全新能源輸送的多端特高壓柔直技術，支持在網架薄弱、缺乏同步電源支撐的地區(qū)集中開發(fā)新能源的需求。
對策建議
（一）試點開展新型電力系統(tǒng)建設
西藏、青海、新疆等省份的可再生能源資源稟賦良好，相關發(fā)電裝機容量、發(fā)電量的占比均位居全國前列，青海電網已連續(xù)多年成功開展全清潔能源供電實踐。建議在3個省份率先啟動新型電力系統(tǒng)建設試點工作，充分發(fā)揮電網支撐、拉動、服務功能，全方位推動當?shù)亟洕鐣目沙掷m(xù)發(fā)展，為全國開展新型電力系統(tǒng)建設積累經驗。
（二）建立健全電力綠色轉型政策體系
建議加快制定符合煤電由電力電量主要提供者向調節(jié)支撐功能提供者轉變的產業(yè)政策，緩解未來電力供應保障、電網安全運行的潛在風險。合理實施大容量海上風電、高效率光熱發(fā)電等關鍵新興技術的補貼扶持政策，統(tǒng)籌推進項目示范、應用布局、標準體系、盈利模式設計，促進產業(yè)綜合效益提升和可持續(xù)發(fā)展?？紤]不同類型儲能發(fā)揮的功能以及受益對象，按照“誰受益、誰承擔”原則構建成本疏導機制，為儲能行業(yè)快速發(fā)展提供必要條件。
（三）充分發(fā)揮市場配置資源的決定性作用
打破省份之間的市場壁壘，建立適應大范圍市場運作的輸配電價機制，完善網源荷儲協(xié)調互動機制，推動建設全國統(tǒng)一電力市場。拉大峰谷分時電價、豐枯季節(jié)電價，完善輔助服務市場，充分激發(fā)需求側響應、煤電靈活性改造等靈活性資源作用的發(fā)揮。完善碳排放市場，加快構建有利于CCUS 技術升級的市場機制，推動燃煤發(fā)電機組盡快實現(xiàn)凈零排放。
（四）凸顯科技創(chuàng)新的支撐引領作用
發(fā)揮社會主義市場經濟條件下新型舉國體制優(yōu)勢，實施國家重大科技攻關專項計劃，打造深度融合的“政產學研用”科技創(chuàng)新體系。加強新型電力系統(tǒng)基礎理論研究，集中突破新型電力系統(tǒng)協(xié)調控制等關鍵技術體系以及高效碳捕捉和循環(huán)利用、超大規(guī)模儲能等顛覆性技術系列。聯(lián)合開展核心技術裝備的研制攻關，推進科技示范工程建設，整體性提升我國電工電氣裝備的技術水平。
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本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2021年第6期
作者：舒印彪，陳國平，賀靜波，張放
來源：構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)框架研究[J].中國工程科學,2021,23(6):61-69.
