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作者：湯廣福 ，周靜 ，龐輝 ，林俊杰 ，范征 ，吳亞楠 ，賀之淵 ，馬士聰 ，薛峰 ，周保榮
來源：能源安全格局下新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架[J].中國工程科學,2023,25(2):79-88.
編者按
電力安全是能源轉型發(fā)展的底線。近年來，世界多國電力安全問題頻發(fā)，構建新型電力系統(tǒng)成為能源電力轉型的必然要求，也是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。新型電力系統(tǒng)以確保能源電力安全為基本前提，具有電力電源清潔化，電力系統(tǒng)柔性化、數(shù)字化、電力電子化的內(nèi)在本質(zhì)特征。
中國工程院湯廣福院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第2期發(fā)表《能源安全格局下新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架》一文。文章結合我國能源安全轉型面臨的新形勢、新挑戰(zhàn)，明確了能源安全涉及的供給、環(huán)境、經(jīng)濟、科技等方面的內(nèi)涵；探討了能源轉型的發(fā)展目標與戰(zhàn)略路徑，闡述了新型電力系統(tǒng)對于能源安全的重要性；剖析了影響新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的電源、電網(wǎng)、負荷、儲能、市場、技術等關鍵環(huán)節(jié)。文章認為，需從應急預警、共享互濟、安全防御3 個層面著手，構建新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展所需的核心體系；進一步提出了新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑研究的基本思路，以期為新型電力系統(tǒng)構建及安全發(fā)展研究提供基礎參考。
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一、前言
黨的二十大報告提出，積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和（“雙碳”），深入推進能源革命，加快規(guī)劃建設新型能源體系，確保能源安全。目前，我國是世界第二大石油消費國、第三大天然氣消費國；作為高碳能源類型的煤炭仍處核心消費能源地位，加之國際形勢復雜多變、消費能源價格高企，我國從化石能源向可再生能源的轉型過程具有顯著的復雜度和挑戰(zhàn)性。能源安全作為能源綠色轉型、經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的基本前提，與環(huán)境安全、經(jīng)濟穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈安全等密切相關，對國家經(jīng)濟、社會、外交等具有不容忽視的影響。
電力安全是能源轉型發(fā)展的底線。近年來，世界多國電力安全問題頻發(fā)，如烏克蘭電網(wǎng)系統(tǒng)遭網(wǎng)絡攻擊而中斷（2015年）、美國得克薩斯州大停電（2021年）、我國東北部分地區(qū)拉閘限電（2021年）、我國四川省大規(guī)模高溫限電（2022年）等。2021年3月，我國首次提出構建新型電力系統(tǒng)，這是能源電力轉型的必然要求、實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。新型電力系統(tǒng)以確保能源電力安全為基本前提，具有電力電源清潔化，電力系統(tǒng)柔性化、數(shù)字化、電力電子化的內(nèi)在本質(zhì)特征。隨著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新型電力系統(tǒng)轉型升級不斷加快，一次能源特性、電源布局功能、電網(wǎng)形態(tài)規(guī)模、負荷結構特性等都發(fā)生深刻變化；新能源的強不確定性、低保障性、電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)、多能源融合、信息網(wǎng)絡防御等因素，都與新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定發(fā)展密切關聯(lián)。
近年來，針對國內(nèi)外頻繁發(fā)生的電力安全事故問題開展了一些研究分析。在電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)頻方面，因高比例新能源的接入，電力系統(tǒng)慣量與以常規(guī)發(fā)電機組為主體的系統(tǒng)相比大幅降低，出現(xiàn)擾動或故障時的電網(wǎng)系統(tǒng)功率平衡出現(xiàn)變化，而慣量對電網(wǎng)的支撐能力不足可導致系統(tǒng)啟動低頻減載等措施；如英國“8·9”大停電事故、歐洲大陸同步電網(wǎng)“1·8”解列事故的研究表明，需提升電源側抗干擾能力，合理配置系統(tǒng)保護資源，加強電網(wǎng)頻率特性及調(diào)頻能力。在應對極端天氣方面，結合美國得克薩斯州大停電事故分析，提出了我國新能源在適應氣候環(huán)境、電力互濟能力、電力預測與調(diào)度技術、標準體系制定等方面的發(fā)展建議。在電網(wǎng)形態(tài)構建方面，分析了我國電力系統(tǒng)網(wǎng)架結構在能源低碳轉型發(fā)展中存在的穩(wěn)定性問題，提出了交 / 直流聯(lián)合運行3種發(fā)展模式并以“交流分區(qū)+直流組網(wǎng)”為優(yōu)。
隨著高比例新能源、高度電力電子化新型電力系統(tǒng)的構建，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行不僅面臨來自源側、網(wǎng)側變化的直接挑戰(zhàn)，而且受到荷、儲、市場、技術等新增關鍵因素的影響。因此，為了實現(xiàn)能源有序低碳轉型、新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展，需立足國家能源安全的宏大背景，聚焦源、網(wǎng)、荷、儲、市場、技術等主要影響因素，深入探討新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的戰(zhàn)略架構。針對于此，本文解析能源轉型形勢下的能源安全內(nèi)涵，明確能源安全轉型的目標、路徑、支撐，分析能源安全與新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關系；提出反映源、網(wǎng)、荷、儲、市場、技術六大影響因素，包含應急預警、共享互濟、安全防御三大技術體系的新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架，以期促進新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展、高質(zhì)量建設等研究。
二、能源安全與新型電力系統(tǒng)發(fā)展
（一）能源安全的內(nèi)涵與能源轉型發(fā)展
1. 能源安全的內(nèi)涵
20世紀70年代，因石油危機研究提出了能源安全概念；隨后逐步形成了更為綜合的能源安全概念，主要包括能源資源的可利用性，能源資源的可獲得性，環(huán)境的可接受性，能源成本的可承受性。在全球能源轉型的新形勢下，因極端天氣、科技發(fā)展、地緣政治等因素影響，全球能源供應問題頻發(fā)，如價格波動、供應趨緊等，能源安全韌性的不足得以充分暴露。當前，我國進入了能源轉型發(fā)展階段，能源安全要求常態(tài)情況下的“長久安全”、極端情況下的“自主可控”；具體而言，可從供給安全、環(huán)境安全、經(jīng)濟安全、科技安全四方面把握其核心內(nèi)涵。
供給安全是能源安全的基礎。在傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中，石油供應是能源安全供應的核心內(nèi)涵；而當今的能源體系，品種范圍擴展至多種其他能源，納入了能源供應鏈及基礎設施，同時供給安全涉及的范圍擴大至社會穩(wěn)定、地緣政治、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟福利等。我國作為世界最大的能源消費國，面臨著較為嚴峻的能源安全形勢。
① 傳統(tǒng)能源供應風險增大，油氣消費對外依存度居高不下，2021年的能源對外綜合依存度達到20%（其中原油、天然氣消費分別超過70%、40%），油氣消費的持續(xù)增長將放大傳統(tǒng)能源安全風險。
② 新能源的安全風險逐步顯現(xiàn)，能源系統(tǒng)受極端氣候的影響更為明顯，如2022年夏季四川省面臨持續(xù)高溫，水電日發(fā)電能力下降超過50%，全天電力電量“雙缺”，每天外省入川支援電力約6×106 kW仍無法對沖電力缺口。
③ 未來新能源規(guī)模的擴大，對礦產(chǎn)資源的需求保持高速增長并將呈現(xiàn)多樣化，而部分關鍵礦產(chǎn)資源的對外依存度已超過80%。
環(huán)境安全是在適應生存的基礎上反映人與環(huán)境和諧程度的量度，兼顧能源系統(tǒng)的綠色低碳發(fā)展才能更好實現(xiàn)“雙碳”目標?；茉慈紵a(chǎn)生的大量SO2、煙塵等氣體和固體污染物，導致霧霾、酸雨、土壤、水資源污染等現(xiàn)象。以煤為主體的能源結構帶來了溫室氣體排放量的持續(xù)增加，我國2021年能源產(chǎn)生的CO2排放量約為1.087×1010 t，占世界總量的32.1%；加之碳中和過程的窗口期偏短（全球從碳達峰到碳中和平均用時為53年，我國僅有30年時間），實現(xiàn)碳中和目標可謂時間緊、任務重。此外，我國的單位國內(nèi)生產(chǎn)總值產(chǎn)生的CO2強度較高，主要原因是煤炭在能源結構中占據(jù)主導地位，如2021年煤炭在一次能源消費結構中的占比達到56%。整體來看，“偏煤”的能源結構凸顯了減碳與保供的矛盾，能源轉型節(jié)奏把握難度較大，局部地區(qū)易因煤電供應不足出現(xiàn)規(guī)模性的“拉閘限電”。
經(jīng)濟安全指妥善解決能源價格日益上漲、穩(wěn)定能源價格需求迫切之間的矛盾。近年來，受產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國際形勢等因素的影響，能源價格波動幅度加大，一次能源、關鍵礦產(chǎn)資源價格高啟，抬高了能源轉型成本，如鋰的價格快速和大幅波動（1年時間價格上漲7倍多）。能源體系中新能源占比的提升推動了終端用能成本的增長，而隨著碳市場的深化發(fā)展，化石能源使用成本也將隨之走高，直接影響經(jīng)濟市場體系的運轉穩(wěn)定性。
科技安全是能源安全的根本保障。當前，我國能源安全的重點領域中存在諸多技術薄弱環(huán)節(jié)，如煤炭清潔利用與轉換，新能源核心技術，先進核電技術，智能電網(wǎng)，智慧礦山，氫能產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術與裝備，天然氣上游勘探開發(fā)，現(xiàn)代煤化工（技術、裝備、催化劑）等。著力補齊能源發(fā)展的技術短板，引領新興領域前沿技術發(fā)展，才能保障能源科技自主可控與高質(zhì)量發(fā)展。
2. 能源轉型發(fā)展
我國能源轉型將經(jīng)歷數(shù)十年的漫長過程，戰(zhàn)略任務是支撐“雙碳”目標實現(xiàn)，將能源消費結構從以煤炭為主的“一大三小”（煤炭，石油、天然氣、新能源）向以新能源為主的“三小一大”（煤炭、石油、天然氣，新能源）轉型。基于統(tǒng)籌“雙碳”目標實現(xiàn)與能源安全轉型的考慮，能源轉型過程可分為3個階段。
① 過渡期（2021—2030年），降低煤炭消費量，在2030年前后達到峰值（5.9×109 tce），之后轉為下降趨勢；控制石油消費量，提高天然氣消費量，有序發(fā)展核能，積極發(fā)展可再生能源，非化石能源在一次能源消費中的占比保持在25%左右。
② 轉型期（2031—2050年），以非化石能源加速替代化石能源，實現(xiàn)節(jié)能提效方面的整體突破，非化石能源在一次能源消費中的占比穩(wěn)步提高到75%。
③ 發(fā)展期（2051—2060年），非化石能源實現(xiàn)主體替代，在一次能源消費中的占比平穩(wěn)增長到90%，新能源成為主體消費能源。
為了支持能源安全轉型，需著力攻克能源生產(chǎn)、傳輸、消費等主要環(huán)節(jié)的核心關鍵技術。
① 在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，逐步由“穩(wěn)煤”向“減煤”過渡，發(fā)展更為先進的燃煤發(fā)電技術，提升煤炭清潔利用效率，研究碳捕捉、碳收集等負碳技術；加大石油替代力度，控制石油消費量增長，加快發(fā)展天然氣（消費增長2×1010 m3/a）；提高核能裝備、風能與太陽能等清潔能源技術水平，探索變革性光伏發(fā)電技術。
② 在能源傳輸環(huán)節(jié)，規(guī)?；l(fā)展天然氣并實現(xiàn)消費量達峰，整體性提升節(jié)能提效水平，促進煤電兜底，石油平穩(wěn)過渡，碳捕集、利用與封存（CCUS）規(guī)?；茝V；形成新型電力系統(tǒng)構建基礎理論與關鍵技術體系，突破柔性輸電裝備及其器件材料、綠色氫能與儲能等技術。
③ 在能源消費環(huán)節(jié)，非化石能源實現(xiàn)主體替代，高碳化石能源回歸原料屬性，天然氣與可再生能源融合發(fā)展，氣電成為新能源發(fā)電的互補類型；推動CCUS規(guī)?；虡I(yè)應用，發(fā)展多能流綜合利用、供需互動、數(shù)字化與智能化等技術。
（二）新型電力系統(tǒng)安全的重要性
電能是清潔、高效、便利的二次能源，2040年電力將超過原油成為主要能源資源電力系統(tǒng)是一次和二次能源轉換的樞紐，當前規(guī)模最大、層次復雜、強非線性的人造系統(tǒng)，規(guī)劃建設新型能源體系、實現(xiàn)能源安全轉型的關鍵領域。新型電力系統(tǒng)安全作為能源安全的核心要素，在能源供給安全、環(huán)境安全、經(jīng)濟安全、科技安全等方面發(fā)揮著重要作用。
我國是能源消費大國和進口大國。石油、天然氣等對外依存度較高的化石能源，主要依靠自身物質(zhì)燃燒產(chǎn)生能量，而風能、太陽能等新能源的主要利用形式是轉化為電力。顯著提升新能源電力在能源消費中的占比，實現(xiàn)電力系統(tǒng)以化石能源為主體向以新能源為主體的平穩(wěn)轉型，有利于科學發(fā)揮我國能源資源的稟賦優(yōu)勢、降低能源資源的對外依存度，從而顯著增強能源安全保障能力。
目前在世界范圍內(nèi)，電力行業(yè)既是最大的CO2排放來源，也是能夠通過風能、太陽能等可再生能源引導轉向凈零排放的關鍵行業(yè)。交通、制造業(yè)、建筑等其他行業(yè)的減碳和脫碳工作，也直接依賴電能替代等手段。
電力是市場經(jīng)濟的重要組成部分，支撐醫(yī)療、金融、交通等諸多關鍵行業(yè)的發(fā)展。電力市場的健康發(fā)展，將有力推動國際能源市場、碳市場的有序過渡及安全轉型。
電力系統(tǒng)安全發(fā)展面臨的技術挑戰(zhàn)，是能源安全轉型亟待解決的關鍵難題。支撐能源轉型與能源安全的重要動力之一即為電力系統(tǒng)安全發(fā)展核心技術取得突破。
三、新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的影響因素
新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)“雙碳”目標、重塑能源安全格局的重要載體，構建新型電力系統(tǒng)是提高能源安全韌性的根本性舉措。新型電力系統(tǒng)的安全發(fā)展主要受到源、網(wǎng)、荷、儲、市場、技術六大因素的綜合影響（見圖1）。
圖1 新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的六大影響因素
（一）從電源層面保障安全
未來我國的電源結構將形成“風光”領跑、多元協(xié)調(diào)的格局。預計2030年，風能和太陽能將合并成為第一大裝機主體，2045年合并發(fā)電量將超過火電成為第一發(fā)電量主體。常規(guī)水電、抽水蓄能在2045年將基本開發(fā)完畢，規(guī)模約為6.9×108 kW；核電將在2050年達峰，規(guī)模約為2.3×108 kW；若將內(nèi)陸核電包含在內(nèi)，2060年將增長至4×108 kW。根據(jù)國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司開發(fā)的“電力系統(tǒng)碳中和路徑優(yōu)化程序”分析結果，我國非化石能源裝機占比將從2020年的46%提高到2030年的57%、2060年的88%（見圖2）。因此，穩(wěn)步推進電源結構清潔化轉型并構建新型能源供應體系，是保障新型電力系統(tǒng)在電源層面安全發(fā)展的首要措施。
圖2 各類型電源裝機容量（2020—2060年）
不宜簡單“一刀切”地對待傳統(tǒng)能源發(fā)電，而需將之與新型能源實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。煤炭是我國能夠自主可控、具有儲量優(yōu)勢的一次能源類型，保留必要的煤電裝機容量，在新能源連續(xù)出力水平低的特殊條件下可起到兜底保障作用。合理預計，2030年我國煤電將達到峰值（裝機容量約為1.37×109 kW），隨后進入快速下降通道，從主體電源轉向調(diào)節(jié)性和保障性電源；與新能源發(fā)電優(yōu)化組合，平穩(wěn)有序地實現(xiàn)能源體系轉型。準確界定煤電發(fā)展定位，發(fā)揮煤炭兜底保障與戰(zhàn)略資源作用，以有效降低高比例新能源接入系統(tǒng)的保供壓力，支持化石能源發(fā)電逐步轉型為系統(tǒng)調(diào)節(jié)性和基礎保障性電源。這是保障新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的應有之義。
燃氣發(fā)電具有靈活啟停、響應迅速、可季節(jié)性調(diào)峰等優(yōu)勢，在近中期較煤電不具有成本優(yōu)勢；但考慮碳排放+CCUS的應用成本后，在遠期的成本差距將顯著縮小?？赏怀鎏烊粴馀c新能源適宜密切協(xié)同的特征，通過煤電 / 氣電優(yōu)化配置起到電力供應安全的托底作用。
目前，我國電力系統(tǒng)的靈活性資源容量約為7.7×108 kW，未來隨著常規(guī)能源裝機量占比的持續(xù)下降，對靈活性資源的需求將逐步增加。靈活性資源預計2030年開始由盈余轉為不足（缺口約為8.6×107 kW），2060年的缺口將進一步擴大。發(fā)展多元化的靈活性調(diào)節(jié)電源是實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障。
（二）從電網(wǎng)層面保障安全
我國幅員遼闊，不同地域的自然資源稟賦差異明顯。西部和北部地區(qū)的新能源裝機占比超過66%，而東中部地區(qū)的負荷比重長期維持在60%左右，區(qū)域性的供需逆向分布格局凸顯。大容量、遠距離輸電的基本需求長期存在，跨省區(qū)輸電通道規(guī)模將由2020年的2.7×108 kW增長到2060年的7×108 ~8×108 kW；跨省電網(wǎng)柔性共享和互濟的需求也將進一步增加，未來省間潮流多為雙向輸送。
在現(xiàn)有的技術條件下，電網(wǎng)受頻率約束導致對新能源的承載規(guī)模受限；未來“交流分區(qū)、直流成網(wǎng)、交 / 直流分網(wǎng)”將是電網(wǎng)發(fā)展極具潛力的模式。加強電網(wǎng)柔性互聯(lián)和互濟、提升新能源安全承載能力，是支撐新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的重要途徑。
為了實現(xiàn)不同能源體系內(nèi)部、相關能源體系之間的融合，需將電力安全防御系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、知識提取、決策支持等環(huán)節(jié)進行拓展，覆蓋一次能源、環(huán)境、信息等系統(tǒng)。考慮不同能源體系之間的交互影響以應對電力系統(tǒng)外部狀態(tài)的不確定性，也是“雙碳”目標下保障能源安全發(fā)展的必然要求。
（三）從負荷層面保障安全
在靈活性電源和柔性電網(wǎng)之外，需求側響應也是保障電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)與安全運行的重要資源。未來電力系統(tǒng)負荷彈性化的趨勢更為明顯，分布式電源占比持續(xù)提高（如光伏發(fā)電的可開發(fā)容量為3.7×109 kW），越來越多的用戶成為“產(chǎn)消者”。負荷聚合商快速發(fā)展，預計2030年、2060年的需求側響應分別可達1.2×108 kW、3.5×108 kW，各占最大負荷的7%、15%。
隨著數(shù)字化水平的提升，未來可控負荷發(fā)展空間極大。在我國部分地區(qū)，空調(diào)負荷在夏季尖峰負荷中的占比甚至超過40%；商業(yè)空調(diào)的可調(diào)節(jié)性更強，在主流溫度區(qū)間每調(diào)高1 ℃可降低用電負荷約10%。預計2030年、2060年我國電動汽車用電分別占社會用電量的3.5%、11.5%，2030年電動汽車有序充電以及電動汽車給電網(wǎng)送電方式的理論調(diào)峰潛力約為6×107 kW，相當于三峽工程裝機容量的3倍，約占整個電網(wǎng)最大負荷的3.3%。預計2030年我國數(shù)據(jù)中心用電量占社會總用電量的5%，需通過“東數(shù)西算”工程來顯著改善綠色能源使用比例，緩解資源與負荷的時空矛盾。也要注意到，網(wǎng)絡惡意攻擊等手段可能導致電力系統(tǒng)中的設備和過程失去控制，需針對突發(fā)情況提升電力系統(tǒng)網(wǎng)絡的安全防御能力，切實支撐供需雙向互動。
（四）從儲能層面保障安全
推動多形式儲能發(fā)展，提升供應鏈安全保障水平，支撐電力電量的時空平衡。在當前及未來一段時期內(nèi)，以抽水蓄能為主體的儲能技術可滿足日內(nèi)平衡需求，抽水蓄能裝機容量將持續(xù)增長；以電化學儲能為代表的新型儲能容量快速增加，伴隨大規(guī)模儲能技術實現(xiàn)突破，將實現(xiàn)日以上的平衡調(diào)節(jié)。預計2030年抽水蓄能裝機容量為1.2×108 kW，新型儲能容量為1×108 kW；2060年抽水蓄能的裝機容量約為4.5×108 kW，新型儲能裝機容量約為3×108 kW；在中長期，氫能將發(fā)揮長時段儲能作用，2040年、2060年電解水制氫可分別實現(xiàn)8×1011 kW·h、2.4×1012 kW·h的電量轉移，未來電制氫可作為跨季平衡模式。
在極端氣象條件下，新能源電力供給與短期負荷高峰之間的供需不平衡被進一步放大，未來高比例新能源接入的新型電力系統(tǒng)對調(diào)峰缺口的彌補需求也將顯著增長。2030年前，抽水蓄能作為最具經(jīng)濟性和可靠性的儲能形式得到推廣應用，形成以抽水蓄能、靈活煤電及氣電為主要手段的調(diào)節(jié)形式。隨著儲能技術的發(fā)展，2030年后新型儲能（含氫能）與靈活煤電及氣電保持協(xié)調(diào)發(fā)展，可滿足系統(tǒng)調(diào)節(jié)的缺口需求。2040年后，抽水蓄能、電化學儲能、壓縮空氣儲能成為主力儲能形式。
未來20年，由于儲能電池應用規(guī)模的擴大，鋰資源的需求量甚至攀升至當前的40倍。電動汽車所需的銅材料是內(nèi)燃機汽車的4倍。因此，關鍵礦產(chǎn)供應鏈安全及成本問題也成為構建新型電力系統(tǒng)的新增風險因素。
（五）從市場層面保障安全
新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行需要多層次的市場體系與機制，才能適應新型電網(wǎng)形態(tài)和各類電源角色的轉變。構建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局，需要推進全國統(tǒng)一電力市場建設，形成電力系統(tǒng)大范圍內(nèi)的共享互濟能力。以電力市場為載體，推動電力資源在全國范圍內(nèi)的優(yōu)化配置，促進新能源在更大范圍內(nèi)的充分消納并保持靈活資源的共享互濟；健全調(diào)峰等輔助服務補償及跨省區(qū)交易機制，支持大范圍內(nèi)輸電通道安全運行及調(diào)峰資源高效平穩(wěn)配置。構建多層次的統(tǒng)一電力市場，逐步融合省間與省內(nèi)電力市場，便于各類市場主體通過分散資源聚合平臺等形式參與統(tǒng)一電力市場。實現(xiàn)電力資源價格穩(wěn)定與大范圍安全交易，是充分發(fā)揮電網(wǎng)共享互濟功能、保障新型電力系統(tǒng)安全有序運行的必要手段。
（六）從技術層面保障安全
著眼能源安全格局，為實現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲、市場等環(huán)節(jié)的轉型升級，需要攻克核心關鍵技術、探索前沿新興技術，為新型電力系統(tǒng)建設筑牢科技支撐。重點研究新型電力系統(tǒng)的基礎共性、戰(zhàn)略性、前沿性技術，新型高端裝備、系統(tǒng)、器件、新材料等方面的基礎理論，聚焦新能源“構網(wǎng)”主動支撐、大規(guī)模遠距離新能源發(fā)電送出、儲能支撐電網(wǎng)安全運行、源網(wǎng)荷儲資源協(xié)調(diào)控制、新型電力系統(tǒng)仿真評估與故障防御等關鍵技術，構建涵蓋源、網(wǎng)、荷、儲、市場等要素的新型電力系統(tǒng)關鍵技術體系，支持破解未來電力系統(tǒng)“安全保障、供應可及、環(huán)境可持續(xù)”的矛盾三角。
四、新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展戰(zhàn)略框架
在能源安全格局下發(fā)展新型電力系統(tǒng)，需在突破源側托底保供、網(wǎng)側互聯(lián)互濟、荷側需求響應、儲能調(diào)峰支撐、市場機制升級、技術全面攻關六大關鍵因素的基礎上，圍繞應對極端天氣、大范圍資源互濟、跨能源調(diào)節(jié)三方面重大需求，構建應急預警、共享互濟、安全防御三大技術體系，形成新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展戰(zhàn)略框架（見圖3）并據(jù)此規(guī)劃能源安全格局下的新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑。
圖3 新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展戰(zhàn)略研究框架
（一）極端天氣下的應急預警體系
在供需結構方面，基于極端氣象特征、氣象發(fā)展趨勢研究成果，分析極端天氣下新能源波動、負荷可調(diào)節(jié)的電力供需平衡場景，攻關電力供需保障技術，構建電力系統(tǒng)應急組織機制，提出電力系統(tǒng)在極端天氣下的應急預警體系。
新能源出力具有波動性，高比例新能源接入的新型電力系統(tǒng)，其功率和能量靈活平衡需求顯著提高；極端天氣頻發(fā)趨勢將進一步放大新能源發(fā)電隨機性及波動性對電力系統(tǒng)安全運行的不利影響。針對全球氣候變暖趨勢，研究我國大型新能源基地、負荷中心等送受端地區(qū)的極端氣象特征與演變趨勢，揭示典型極端氣象場景影響電力供給及負荷需求側的作用機理與傳導機制。結合高溫、臺風、雷電等極端天氣的歷史事件，新能源的出力特性、負荷特性，分析極端天氣頻發(fā)條件下的電力供需平衡場景與風險；從組織、管理、技術等維度，形成應對極端氣象的電力供需保障技術框架與應急組織機制（見圖4）。
圖4 極端天氣應急預警體系構建
（二）大范圍資源共享互濟支撐體系
在資源配置模式方面，采取定量仿真、定性分析、綜合評估等方式，根據(jù)生產(chǎn)運行模擬平臺、電力現(xiàn)貨市場仿真平臺的結果，融合電網(wǎng)形態(tài)及市場形態(tài)數(shù)據(jù)分析，論證形成新型能源體系下電網(wǎng)互濟模式及相應的市場支撐機制，從而構建新型電力系統(tǒng)資源互濟模式、全國統(tǒng)一電力能源大市場框架相互支撐的大范圍共享互濟體系。
我國能源資源、用電需求具有逆向分布特征，加之新型電力系統(tǒng)中新能源占比提高對系統(tǒng)靈活性提出更高需求，未來電網(wǎng)在全國大范圍內(nèi)的靈活資源共享互濟需求將進一步加大。構建全國統(tǒng)一電力市場是實現(xiàn)電力資源大范圍優(yōu)化配置、促進新能源高比例消納的重要途徑。在全國統(tǒng)一能源大市場的基礎上，圍繞市場區(qū)域演變路徑，從電網(wǎng)供給安全、運行安全維度著手，研究電網(wǎng)大范圍內(nèi)資源共享互濟的面臨挑戰(zhàn)、解決經(jīng)驗、成熟模式。依托專業(yè)平臺開展仿真，細致分析未來新型能源體系下的電網(wǎng)形態(tài)與市場格局；統(tǒng)籌電網(wǎng)互濟模式和市場化機制設計，形成新型電力系統(tǒng)資源互濟模式以及不同尺度范圍的電力市場支撐機制（見圖5）。
圖5 大范圍資源共享互濟支撐體系構建
（三）可調(diào)節(jié)資源互動的安全防御體系
在信息物理社會系統(tǒng)框架方面，采用機理分析和沙盤推演手段，開展極端事件、綜合能源、政策機制、規(guī)劃運行的“時 ? 空 ? 物”要素分析；研究不確定性因素對能源 ? 電力可靠性及經(jīng)濟性的影響規(guī)律，構建覆蓋電力系統(tǒng)運行過程，具有多類目標、多道防線能力的電力安全主動防御體系。
電力與能源、生態(tài)環(huán)境、社會等系統(tǒng)關系緊密，電力系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)互通、靈活互補是電力安全防御的關鍵內(nèi)容。將電力安全防御系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、知識提取、決策支持等能力推廣應用到一次能源、環(huán)境、市場等機制中，實現(xiàn)電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)、廣義物理環(huán)境、社會系統(tǒng)之間的靈活交互，從而將電力系統(tǒng)拓展為信息 ? 物理 ? 社會 ? 能源系統(tǒng)。考慮能源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會、人類行為的協(xié)調(diào)效應，突出電力系統(tǒng)安全運行需求，分析極端情況下電力系統(tǒng)主動支撐能源安全的“時 ? 空 ? 物”要素并提出應對策略；建立多時空尺度、跨領域的綜合研究框架，將多個單一研究領域進行有機整合，形成基于能源 ? 信息 ? 物理 ? 社會系統(tǒng)框架的自適應電力安全主動防御體系（見圖6）。
圖6 跨能源電力安全防御體系構建
（四）新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展戰(zhàn)略路徑
新型電力系統(tǒng)安全性的提升，需要不同領域的科技進步以及交叉融合，也離不開電力系統(tǒng)具體業(yè)務工作（如規(guī)劃、運行、交易、政策）的豐富實踐。從電力安全供應、電網(wǎng)安全運行維度著手，將極端天氣納入電力系統(tǒng)規(guī)劃與安全運行的范圍，開展包括正常情況和極端條件在內(nèi)的多情景分析。以常態(tài)情景下的“長久安全”、極端情景下的“自主可控”為目標，綜合極端天氣電力供需應急預警、電網(wǎng)大范圍資源共享互濟、跨能源電力安全主動防御以及相應的支撐體系，形成能源安全格局下新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略路徑（見圖7）。
圖7 新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略路徑構建
五、結語
本文立足當前能源安全格局形勢，對未來新型電力系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略框架進行了探析。通過探討能源安全內(nèi)涵與能源轉型發(fā)展要素，分析了新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的重要意義；以突破源側、網(wǎng)側、負荷、儲能、市場、技術六大關鍵環(huán)節(jié)為切入口，從應急預警、共享互濟、安全防御3個維度，論證提出了“三大體系+戰(zhàn)略路徑”的新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展戰(zhàn)略框架。相關成果可為我國新型電力系統(tǒng)構建，安全穩(wěn)定運行理論、方法、機制的研究與實踐提供參考及借鑒。
在“雙碳”目標下，我國能源電力綠色轉型持續(xù)加速推進，新型電力系統(tǒng)的構建與發(fā)展需要更多關注電力供需平衡、應急共享互濟、電力市場穩(wěn)定等安全問題；也需在科學而明確的戰(zhàn)略研究框架下，針對不同轉型階段實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑的動態(tài)調(diào)整與多目標平衡。立足全局，穩(wěn)步構建新型電力安全運行體系，支撐能源綠色低碳轉型如期實現(xiàn)。
