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摘要 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)推動了電網(wǎng)形態(tài)、技術(shù)、功能的加速演進(jìn)，使電網(wǎng)投資功能更加豐富，需要進(jìn)一步了解電網(wǎng)投資的功能化需求，優(yōu)化投資結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步支撐能源電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)模型，研究新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，源網(wǎng)荷電力系統(tǒng)各形態(tài)的變化趨勢，明確電網(wǎng)基建投資隨著新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的演進(jìn)趨勢，研究投資建設(shè)規(guī)模的量化評估方法，形成既滿足傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，又滿足新能源高速發(fā)展需要的電網(wǎng)投資需求體系。
1 功能化電網(wǎng)基建投資需求體系
為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)形態(tài)發(fā)生顯著變化，電網(wǎng)是能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)和新型電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，電網(wǎng)基建的投資功能面臨著提升新型電力系統(tǒng)電源接入能力、提升系統(tǒng)輸送電能力、提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、滿足系統(tǒng)負(fù)荷增長以及提升系統(tǒng)數(shù)字化水平等方面新的要求，電網(wǎng)基建的功能化投資需求體系如圖1所示。
圖1 電網(wǎng)基建的功能化投資需求體系
Fig.1 Functionalized investment demand system of power grid
1.1 保障電力系統(tǒng)安全投資
1）電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)投資。
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)投資主要包括對主網(wǎng)架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)2個方面的投資。從投資項目類型上來看，現(xiàn)階段的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)投資主要集中在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)上，占整體網(wǎng)架結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)投資的比重接近90%。從規(guī)模上看，2021—2023年網(wǎng)架結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)投資持續(xù)上升，年平均增長率達(dá)到了15%以上，這些都說明了在未來很長一段時間內(nèi)，隨著跨省跨區(qū)電力流，以及新能源滲透率等增長態(tài)勢的延續(xù)，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)投資仍將增加，由此帶來整體安全性投資的增加。
2）提升供電可靠性的投資。
提升供電可靠性投資主要包括消除單線或單變、提升N–1通過率和線路絕緣化改造等方面。而從投資規(guī)模上看，新能源相較于常規(guī)電源給電力系統(tǒng)帶來了更多不確定性，2021—2023年新能源快速發(fā)展期間，提升供電可靠性投資累計近百億元。未來伴隨著新能源的大舉接入，提升供電可靠性的需求將會帶來更多的安全性投資需求。
3）降低安全風(fēng)險投資。
降低安全風(fēng)險投資主要是用來解決短路電流、交叉跨越安全、消除安全隱患、消除暫態(tài)穩(wěn)定風(fēng)險等問題。從投資規(guī)模上看，降低安全風(fēng)險投資在2021—2023年間都維持在一個較高的投資水平，年投資比重保持在10%左右，平均增長率達(dá)到13%以上。未來，降低安全風(fēng)險仍存在巨大投資需求。
1.2 提升電源接入能力投資
1）集中式新能源接網(wǎng)投資。
集中式新能源接網(wǎng)系統(tǒng)投資主要考慮了新能源基地開發(fā)到公共并網(wǎng)點的電網(wǎng)投資。新能源的類別包括海洋能、地?zé)崮?、風(fēng)電、光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、垃圾發(fā)電、沼氣發(fā)電、農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電等類型。從歷史數(shù)據(jù)來看，集中式新能源在2021—2023年接入規(guī)模分別為5億、6億、8億kW，接網(wǎng)系統(tǒng)投資在2021—2023年的投資占比分別是2.0%、1.5%、2.0%，未來，集中式新能源還將存在相當(dāng)規(guī)模的接網(wǎng)投資需求。
2）分布式新能源接網(wǎng)系統(tǒng)投資。
分布式新能源接網(wǎng)系統(tǒng)投資主要考慮分布式光伏接入帶來的新增電網(wǎng)基建項目投資，主要考慮分布式新能源接入35 kV以下電網(wǎng)帶來的匯集線路、接網(wǎng)系統(tǒng)投資以及上級電網(wǎng)改造的投資。2021年至今，分布式新能源裝機(jī)容量從1.07億kW增長到2.54億kW，平均增速接近55%。表明未來的電網(wǎng)基建投資需求體系中，分布式新能源接網(wǎng)投資仍然是重要組成部分。
3）常規(guī)電源接網(wǎng)系統(tǒng)投資。
常規(guī)電源接網(wǎng)系統(tǒng)投資主要考慮水/火/核電源，包括煤層氣、余熱余壓余氣發(fā)電、天然氣冷熱電三聯(lián)供、燃煤機(jī)組、燃油機(jī)組、一般水電、常規(guī)水電、核電送出等。從2021—2023年的投資數(shù)據(jù)來看，常規(guī)電源接網(wǎng)投資的占比分別是1.2%、1.0%、0.6%，對應(yīng)新增裝機(jī)規(guī)模分別為0.6億kW、0.6億kW、1.3億kW。從裝機(jī)規(guī)模增長趨勢以及常規(guī)電源靈活性調(diào)節(jié)主體的轉(zhuǎn)型需要，常規(guī)電源裝機(jī)量在未來的一段時間仍然會處于上漲的趨勢，并帶來接網(wǎng)系統(tǒng)的投資需求。
1.3 提升輸送電能力投資
1）跨省跨區(qū)一般電力流輸送投資。
輸電斷面輸送能力提升投資主要考慮的是變電站配套送出、土建站工程和特高壓交直流工程等方面的投資。從“十四五”以來的投資規(guī)模來看，歷年的輸電斷面輸送能力提升投資在整體電網(wǎng)基建的投資占比約為15%。未來跨省跨區(qū)輸電需求的上漲，帶來了輸電斷面輸送能力提升的投資需求，因此對應(yīng)的電網(wǎng)基建投資也需要保持一定程度的提升。
2）沙戈荒大規(guī)模新能源場站外送投資。
沙戈荒新能源輸送能力提升投資主要考慮的是沙戈荒新能源基地特高壓配套接網(wǎng)工程（送出）和輸電能力提升的投資。這部分投資雖然屬于跨省跨區(qū)輸電，但是由于其輸送的主要是新能源發(fā)電，因此，單位投資與一般電力流輸送投資有明顯的不同，需要單獨考慮。由于新能源基地電源外送還需要配套有一定規(guī)模的常規(guī)電源，因此，考慮輸送電通道容量將根據(jù)新能源基地開發(fā)規(guī)模按照一定比例進(jìn)行估算。從當(dāng)前的規(guī)劃情況來看，沙戈荒新能源外送一部分將通過已有通道送出，一部分將通過已經(jīng)納入規(guī)劃的通道送出，因此本部分考慮的投資主要是沙戈荒大規(guī)模新能源場站出力外送帶來的新增需求。
1.4 提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力投資
1）抽水蓄能投資。
抽水蓄能投資主要涵蓋抽水蓄能電站本體及其配套設(shè)施。在2021—2023年，抽水蓄能投資在電網(wǎng)基建中的占比逐年增長，分別達(dá)到5.57%、6.41%和8.53%。這一趨勢反映出，新能源大規(guī)模接入帶來大量電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)需求，抽水蓄能作為重要的調(diào)節(jié)手段，其投資需求將持續(xù)增長。
2）新型儲能投資。
新型儲能投資具體包括電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等項目類型的投資。隨著新能源發(fā)電量的不斷提升，原有的抽水蓄能受制于地理條件要求高、建設(shè)周期長等特性，新型儲能的建設(shè)周期短及調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等特性可能使其在提升新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的方面越來越重要，需要在投資結(jié)構(gòu)中作為主要考量。
1.5 滿足負(fù)荷增長投資
1）滿足負(fù)荷接入的投資。
負(fù)荷接入投資主要包括滿足新增負(fù)荷供電需求、滿足新增負(fù)荷需要、電動汽車充換電設(shè)施、業(yè)擴(kuò)配套、無電地區(qū)供電及解決出線間隔不足等方面的投資。從歷史數(shù)據(jù)上看，滿足負(fù)荷接入的投資每年占電網(wǎng)基建比例為30%以上，未來一段時間內(nèi)，隨著負(fù)荷和用電量增長，投資需求也將隨之增加。
2）配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化投資。
配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化投資主要是指為滿足負(fù)荷接入電網(wǎng)而對電網(wǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造和調(diào)整的投資，具體包括解決低電壓臺區(qū)、改造高損配變、解決設(shè)備輕載、提升戶均配變?nèi)萘?、加?qiáng)與主網(wǎng)聯(lián)系、加強(qiáng)線路分段、加強(qiáng)線路聯(lián)絡(luò)等方面的投資。在2021—2023年，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化投資年平均投資規(guī)模占電網(wǎng)基建投資比例在10%以上，且整體呈上升趨勢。伴隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)給配電網(wǎng)帶來的巨大變化，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化投資需求仍將增加。
1.6 數(shù)字化賦能電網(wǎng)基建投資
1）提升網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力投資。
網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力投資主要包括電力儲能系統(tǒng)、照明負(fù)荷、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等。近些年來，為提高電網(wǎng)網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力，采取空調(diào)柔性負(fù)荷改造、智能電能表安裝等措施，2021—2023年，電網(wǎng)網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力累計投資總量達(dá)到了2.1億元，歷年投資占基建總投資比重維持在1%~3%。未來，隨著用能主體的不斷豐富，參與需求響應(yīng)主體不斷增加，提升網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力的投資需求將持續(xù)增長。
2）實現(xiàn)電網(wǎng)可觀可測可控能力投資。
實現(xiàn)電網(wǎng)可觀可測可控能力投資主要考慮的是分布式光伏的調(diào)控需求，具體包括通信項目、調(diào)度自動化和配電自動化等方面。從規(guī)模上看，2021—2024投資呈逐年上升趨勢，這說明了在未來的數(shù)字化賦能電網(wǎng)基建投資中，實現(xiàn)電網(wǎng)可觀可測可控能力的需求將帶來一定的數(shù)字化投資需求。
2 電網(wǎng)基建投資需求量化方法
2.1 靈活性電源投資影響
為了區(qū)分最大用電負(fù)荷和新能源裝機(jī)分別對靈活性電源建設(shè)投資的影響，確定新能源新增裝機(jī)容量的影響程度，通過2021—2023年最大用電負(fù)荷、新能源裝機(jī)和靈活性電源建設(shè)投資等數(shù)據(jù)，計算單位新能源帶來的靈活電源投資，采用二元線性回歸模型對兩個因素的因果關(guān)系進(jìn)行分析。構(gòu)建二元線性回歸模型如下。
式中：Y1為靈活性電源建設(shè)投資矩陣；X為最大用電負(fù)荷增長和累計新能源裝機(jī)容量矩陣；d1為常數(shù)項；A為靈活性電源建設(shè)投資關(guān)系矩陣。
2.2 對電網(wǎng)擴(kuò)展及補(bǔ)強(qiáng)投資影響
由于大電網(wǎng)擴(kuò)展及補(bǔ)強(qiáng)投資會受到最大用電負(fù)荷和新能源裝機(jī)情況的影響，為研究新能源對其影響，本文通過2021—2023年國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)最大用電負(fù)荷、新能源裝機(jī)和大電網(wǎng)拓展及補(bǔ)強(qiáng)投資等數(shù)據(jù)，計算其單位增量，考慮到數(shù)據(jù)可獲得性和數(shù)據(jù)特點，采用二元線性模型進(jìn)行回歸，得到單位新能源帶來的大電網(wǎng)擴(kuò)展及補(bǔ)強(qiáng)投資增量為
式中：Y2為單位新能源帶來的大電網(wǎng)擴(kuò)展及補(bǔ)強(qiáng)投資；d2為常數(shù)項；B為大電網(wǎng)擴(kuò)展及補(bǔ)強(qiáng)投資關(guān)系矩陣。
2.3 對電網(wǎng)投資增量的影響
新能源帶來的配網(wǎng)投資則主要是由分布式新能源的接入帶來的。為了厘清分布式新能源發(fā)揮的作用，本文選取2021年—2023年全年最大負(fù)荷、分布式新能源累計裝機(jī)容量和配電網(wǎng)投資額等相關(guān)數(shù)據(jù)，采用二元線性模型得到單位新能源帶來的配電網(wǎng)投資增量為
式中：Y3為單位新能源帶來的接入及配網(wǎng)投資；d3為常數(shù)項；C為配電網(wǎng)投資增量關(guān)系矩陣。
3 投資演進(jìn)趨勢的系統(tǒng)動力學(xué)分析
3.1 研究假設(shè)
本研究基于電網(wǎng)基建投資的實際問題，為了排除未來政策的不可預(yù)見性、市場環(huán)境的實時動態(tài)變化等帶來的影響，突出研究關(guān)注的電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)，對模型做出如下假設(shè)。
1）假設(shè)電網(wǎng)基建投資面臨的宏觀環(huán)境基于目前的市場條件和政策基礎(chǔ)，模型的構(gòu)建不考慮未來外部的不確定性變化。
2）電網(wǎng)基建的投資行為要符合電網(wǎng)可靠性的邊界和電網(wǎng)業(yè)務(wù)范圍的邊界，模型構(gòu)建考慮電網(wǎng)設(shè)備類、基建類主要涵蓋的相關(guān)投資內(nèi)容，對于安裝、人工、財務(wù)等成本不納入模型的投資估算考慮范圍。
3）假設(shè)在研究周期或單位步長內(nèi)，影響因素的作用方向（正向或負(fù)向）不隨時間改變。
4）未來年份涉及造價的單位投資數(shù)據(jù)以2021—2023年為平均價格，在±5%范圍內(nèi)波動。
3.2 參數(shù)設(shè)計
本文選取了4個相關(guān)影響因素來對電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)的發(fā)展情景進(jìn)行設(shè)定，各指標(biāo)的參數(shù)設(shè)定考慮中國電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)營規(guī)模，選取某一電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營范圍內(nèi)的實際參數(shù)進(jìn)行分析。各影響因素對于電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)不同，對電網(wǎng)基建投資與投資結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動作用也不相同。全社會電氣化水平提升，對電網(wǎng)輸電容量產(chǎn)生直接影響，需求響應(yīng)市場建設(shè)與需求側(cè)資源規(guī)模成正相關(guān)關(guān)系，輔助服務(wù)市場的政策將影響儲能的裝機(jī)容量，并進(jìn)一步通過因素疊加的方式構(gòu)建功能化投資需求的演進(jìn)結(jié)果。
為探索多因素復(fù)合影響下的電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)發(fā)展變化，對終端電能消費(fèi)比重、需求響應(yīng)比例、新型儲能裝機(jī)、新能源裝機(jī)占比4個關(guān)鍵因素的發(fā)展情況進(jìn)行合理組合，得到未來可能的3種發(fā)展情景，分別是基準(zhǔn)情景（BEA）、系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源緊缺情景（HP）和調(diào)節(jié)資源充足情景（LP），對電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)變化趨勢進(jìn)行模擬，如表1所示。
表1 情景設(shè)定
Table 1 Scenario setting
LP情景下終端電能消費(fèi)比重低、需求響應(yīng)發(fā)展快、新能源占比低、靈活性調(diào)節(jié)資源多，場景設(shè)計主要模擬了源網(wǎng)荷儲發(fā)展較為協(xié)調(diào)的理想狀態(tài)；HP情景下終端電能消費(fèi)比重高、需求響應(yīng)發(fā)展慢、新能源占比高、靈活性調(diào)節(jié)資源，場景設(shè)計主要模擬了新能源增長較快、電力需求增長較快，但調(diào)節(jié)資源需求進(jìn)展較高，導(dǎo)致電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度較高的情況。
3.3 因果關(guān)系及系統(tǒng)流圖構(gòu)建
根據(jù)電網(wǎng)投資的功能化分類，6類投資相互依賴、相互制約，共同組成電網(wǎng)基建投資，在明確要素間因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定存量和流量，分析構(gòu)建原理并在系統(tǒng)中構(gòu)建反饋回路，建立電網(wǎng)基建投資系統(tǒng)的存量流量如圖2所示。通過既有文獻(xiàn)成果和專家咨詢來量化并確定不同變量間的關(guān)系強(qiáng)度及數(shù)學(xué)方程式，并借助Vensim軟件構(gòu)建仿真方程。
圖2 電網(wǎng)基建投資存量流量
Fig.2 Grid infrastructure investment stock flows
3.4 多情景下電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)演變趨勢分析
3.4.1 提升電源接入能力投資演化仿真
圖3所示3個情景下的電源接入投資額及其占比都呈現(xiàn)波動下降的趨勢，BEA和LP情景的波動性更強(qiáng)，這一波動性也導(dǎo)致了不同情景下接入投資占比趨勢線存在交叉，2025—2027年，LP情景下的電源接入投資占比最高；2027—2030年，HP情景下的電源接入投資占比最高，BEA情景次之；2030—2035年則是BEA的電源接入投資占比最高。
圖3 電源接入投資及其占比變化趨勢
Fig.3 Trend of grid access investment and its share
導(dǎo)致3個情景的電源接入投資呈現(xiàn)差異的主要原因是電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)隨時間發(fā)展趨勢不同，且不同類型電源的單位接入投資存在差異。LP情景下，新能源發(fā)展速度慢，前期主要發(fā)展常規(guī)能源，中期火電裝機(jī)容量下降，新能源裝機(jī)逐漸上升，后期火電減容，新能源裝機(jī)持續(xù)增加，在單位水火核電源接網(wǎng)投資更高的情況下，LP情景的電源接入投資呈穩(wěn)步下降趨勢。BEA情景下，新能源的高速發(fā)展和火電退出都集中在中期，后期新能源增長也較為穩(wěn)定，因此電源接入投資在前期較為穩(wěn)定，后期下降。HP情景下，新能源發(fā)展速度快，火電退坡時間早，后期新能源增長速度逐漸放緩，因此2030年前接網(wǎng)投資波動性大，投資額整體高于BEA情景，2030年后投資則穩(wěn)步降低。
電源接入投資應(yīng)充分考慮新能源的發(fā)展速度和火電的退出速度。面臨新能源增速較快、火電退出較早的HP和BEA情況，應(yīng)在前中期維持較高的電源接入投資，后期逐步降低投資；面臨新能源增速慢、火電退出晚的LP情況，可以根據(jù)新能源增速和火電退出速度，按照一定比例逐年降低投資。
3.4.2 提升電源接入能力投資演化仿真
圖4所示3個情景下的輸送電投資及其占比都呈現(xiàn)下降的趨勢，HP情景下有著最高的投資額，其次是BEA情景，最后是LP情景，3類情景下輸送電投資年均下降率都維持在2%左右。
圖4 電網(wǎng)輸送電投資及其占比變化趨勢
Fig.4 Trend of power transmission investment and its share
導(dǎo)致3個情景下出現(xiàn)投資差異的主要原因是輸電斷面輸送能力提升投資。HP情景下，終端電能消費(fèi)比重高且新能源裝機(jī)發(fā)展速度快，產(chǎn)生了最大的輸送電功能投資需求。BEA情景下，由于常規(guī)能源裝機(jī)穩(wěn)步發(fā)展，火電暫未退出，并且存有一定量的新型儲能裝機(jī)，能夠較好地應(yīng)對終端電能消費(fèi)水平的提升，因此對于輸送電功能的投資需求弱于HP情景。LP情景下，得益于更低的終端電能消費(fèi)水準(zhǔn)及最高的微電網(wǎng)裝機(jī)容量，最大程度上降低了輸送電功能投資需求。
綜上，輸送電功能投資需求要綜合考慮終端電能消費(fèi)比重、新型儲能裝機(jī)及微電網(wǎng)裝機(jī)容量等因素。在面對終端電能高消費(fèi)及低新型儲能裝機(jī)和低微電網(wǎng)容量時，要加快推進(jìn)輸送電投資，但隨著輸變電設(shè)備及線路建設(shè)的日益完善，應(yīng)按照適當(dāng)?shù)谋壤档碗娏ο到y(tǒng)輸送電能力投資，轉(zhuǎn)向設(shè)施的維修與保護(hù)工程。
3.4.3 提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力投資演化仿真
圖5所示3種情景下的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力投資及其占比都呈現(xiàn)穩(wěn)步下降的趨勢，整體上看，LP情景下調(diào)節(jié)能力投資及其占比最高，其次是BEA情景，最后是LP情景。
圖5 電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力投資及其占比變化趨勢
Fig.5 Trend of power grid regulation investment and its share
導(dǎo)致3種情景下電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力投資出現(xiàn)差異的原因主要是新建新型儲能接入和調(diào)控能力提升投資，特別是新建電網(wǎng)側(cè)新型儲能容量的差異。HP情景下，由于新能源發(fā)展速度快而新型儲能裝機(jī)容量低，為解決新能源的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象的產(chǎn)生，就帶來了新建電網(wǎng)側(cè)新型儲能裝機(jī)的投資需求，導(dǎo)致HP情景下出現(xiàn)更高占比的調(diào)節(jié)能力投資。BEA情景和LP情景下，由于新能源增速較慢并且相應(yīng)的儲能裝機(jī)保持較高水平，因此可以減輕建設(shè)電網(wǎng)側(cè)新型儲能裝機(jī)的需求，進(jìn)而降低電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力方面的投資。綜上，在面臨新能源裝機(jī)發(fā)展迅速但社會側(cè)儲能裝機(jī)發(fā)展未能覆蓋新能源裝機(jī)需求的情況下，需要通過加強(qiáng)電網(wǎng)側(cè)儲能裝機(jī)，提高電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力。
3.4.4 滿足負(fù)荷增長投資演化仿真
圖6所示3種情景下電網(wǎng)負(fù)荷增長投資及其占比都呈現(xiàn)出上升的趨勢，但投資和占比的高低并非同步變化，從投資額來看，最大的是HP情景，其次是BEA情景，最后是LP情景；從占比角度來看，2032年以前，LP情景高于BEA，BEA高于HP，2032年以后則完全相反。
圖6 電網(wǎng)負(fù)荷增長投資及其占比變化趨勢
Fig.6 Trend of grid load growth investment and its share
導(dǎo)致投資額與占比表現(xiàn)出差異趨勢的原因在于，2032年之前3類情景的負(fù)荷增速低于對應(yīng)情景下電網(wǎng)基建總投資的增速，但隨著2032年后電網(wǎng)基建增速的放緩，導(dǎo)致投資額與占比出現(xiàn)一致的趨勢。而電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力投資及其占比在3類情景下表現(xiàn)的差異主要是因為負(fù)荷接入投資不一致，具體到情景設(shè)置條件就是終端電能消費(fèi)水平的差異，不同情景下投資額的大小順序與終端電能消費(fèi)比重的順序保持一致。綜上，為合理應(yīng)對終端電能消費(fèi)比重的變化，需要相應(yīng)調(diào)節(jié)負(fù)荷接入投資，滿足可能出現(xiàn)的電力需求。
3.4.5 數(shù)字化賦能電網(wǎng)基建投資演化仿真
圖7所示電網(wǎng)數(shù)字化投資及其占比情況在3種情景下所呈現(xiàn)的趨勢大體相似，都是先上升再下降，3種情景下HP情景投資最高，BEA情景次之，LP情景最??；占比與投資額在2025—2034年保持一致，2034—2035年出現(xiàn)了相反的趨勢。
圖7 以數(shù)字化賦能電網(wǎng)基建投資及其占比變化趨勢
Fig.7 Trend of grid digitization investment and its share
導(dǎo)致3種情景的數(shù)字化賦能基建投資及其占比出現(xiàn)差異的原因在于，可調(diào)負(fù)荷和新增分布式新能源裝機(jī)容量對分布式新能源可觀可測可控投資及提升網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力投資產(chǎn)生了影響。HP情景下，由于需求響應(yīng)比例低導(dǎo)致對可調(diào)負(fù)荷的需求量不高，導(dǎo)致提升網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力投資減少，但由于新能源發(fā)展速度快，新增分布式新能源裝機(jī)容量的提高推動了分布式新能源可觀可測可控投資的增加，綜合作用下導(dǎo)致了HP情景下以數(shù)字化賦能電網(wǎng)基建達(dá)到了最大投資額及占比。隨著后期HP情景、BEA情景、LP情景下的分布式新能源裝機(jī)容量都達(dá)到了飽和，分布式可觀可測可控投資均保持一致，但在網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力投資的增長影響下，3種情景下的投資及其占比出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)。
綜上，以數(shù)字化賦能電網(wǎng)基建的投資需要考慮新能源發(fā)展速度及需求響應(yīng)比例，在HP和BEA情景下，即面臨新能源發(fā)展較快而需求響應(yīng)比例較低的情況，需要推動分布式新能源可觀可測可控投資；反之，則需要加快推動網(wǎng)荷互動調(diào)節(jié)能力的投資。
3.4.6 保障電網(wǎng)安全性的投資演化仿真
如圖8所示保障電網(wǎng)安全性的投資及其占比整體都呈現(xiàn)出上升的趨勢，2025—2035年期間，HP情景投資高于BEA情景，BEA情景又高于LP情景，但投資占比與投資額表現(xiàn)出相反的趨勢。
圖8 保障安全性的投資及其占比
Fig.8 Grid security investment and its share
導(dǎo)致保障安全性的投資與其投資占比趨勢出現(xiàn)相反的分布是因為保障安全性的投資額差異極低的同時，HP情景的基建總投資增速最高，LP情景的基建總投資增速最低。而導(dǎo)致3種情景下出現(xiàn)差異的原因則是由于解決安全隱患投資和提升供電可靠性投資不同，具體來說則是新能源裝機(jī)占比引起的。HP情景、BEA情景下，由于較高比例的新能源裝機(jī)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來了極大的安全隱患，增加了供電可靠性的投資需求，同時隨著新能源裝機(jī)量的提高，需要加大分布式新能源可觀可測可控投資。因此解決安全隱患投資和提升供電可靠性投資的聯(lián)合作用導(dǎo)致新能源占比較高的HP和BEA情景比LP情景表現(xiàn)出更高的保障安全性的投資額及占比。綜上，保障安全性的投資主要影響因素是新能源的裝機(jī)占比，因此在未來大規(guī)模接入新能源的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中需要注意保障電網(wǎng)安全性的功能需求。
綜上，不同情景下的電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)具有一些共同的特點和趨勢。
1）電網(wǎng)在安全保障上的投資占據(jù)了最大的份額，這反映出在預(yù)測階段，電網(wǎng)的核心功能和首要任務(wù)在于確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這表明，無論外部環(huán)境和技術(shù)條件發(fā)生怎樣的變動，電網(wǎng)的安全始終是重中之重，是保障電力供應(yīng)和防止事故發(fā)生的基礎(chǔ)。
2）負(fù)荷增長投資在電網(wǎng)基建投資中占據(jù)了第二大的比重，這與社會電氣化率的提升、人口增長以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素密切相關(guān)。負(fù)荷增長投資的持續(xù)高位，意味著在未來較長一段時間內(nèi)，滿足不斷增長的電力需求仍將是電網(wǎng)建設(shè)和投資的重要任務(wù)。
3）在安全保障和負(fù)荷增長投資之外，其他投資領(lǐng)域的變化也值得注意。輸送電投資在多種情景下都呈現(xiàn)出逐漸減少的態(tài)勢，這側(cè)面反映了輸電技術(shù)的成熟和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的相對完善。電源接入投資和調(diào)節(jié)能力投資則受到了新能源占比增加和需求響應(yīng)比例要求的影響，受到電網(wǎng)的持續(xù)關(guān)注。這表明電網(wǎng)正在逐步適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和市場需求的變化，因此投資更多傾向于多元化。
4）數(shù)字化投資在不同情景下呈現(xiàn)出穩(wěn)定上升的趨勢，這說明在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，數(shù)字化投資的重要性日益凸顯。數(shù)字化不僅能提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和可靠性，還能為電網(wǎng)的智能化和自動化提供支持。
4 結(jié)論
本文在適應(yīng)風(fēng)光資源超預(yù)期發(fā)展、加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，從電網(wǎng)由單一輸配電功能向調(diào)節(jié)、備用、資源配置等多元化功能發(fā)展的視角出發(fā)，力求以科學(xué)的方法重新審視電網(wǎng)的投資價值，進(jìn)一步為中遠(yuǎn)期電網(wǎng)發(fā)展提供電網(wǎng)基建投資演進(jìn)的路徑。建立了電網(wǎng)基建投資功能需求量化分析方法，提出電網(wǎng)功能化投資需求，進(jìn)一步通過先單一場景再復(fù)雜場景，對電網(wǎng)投資演變分析進(jìn)行系統(tǒng)動力學(xué)分析研究，分析了更高比例分布式新能源接入、更快全社會電氣化水平提升、更高比例需求響應(yīng)資源滲透、更高輔助服務(wù)價格的情況下，對電網(wǎng)投資功能演進(jìn)的影響。形成的主要結(jié)論如下。
1）電網(wǎng)基建投資結(jié)構(gòu)反映出電網(wǎng)從輸配電功能向調(diào)節(jié)、備用等多元化功能價值方向發(fā)展。
2）電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)的變化對電網(wǎng)基建投資的影響程度最高。新能源增長較快、火電裝機(jī)下降較快，將使2030年接網(wǎng)投資波動較大。
3）風(fēng)電光伏及尖峰負(fù)荷在高增速情況下，按照5%考慮需求響應(yīng)資源仍將帶來電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力投資的大幅增加。
4）輸送電投資在多種情景下都呈現(xiàn)出逐漸減少的態(tài)勢，反映出輸電技術(shù)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)正處于逐漸完善和趨于成熟的階段。
5）新型電力系統(tǒng)構(gòu)建將進(jìn)一步加速數(shù)字化賦能基建投資的需要，尤其是新能源大規(guī)模接入和尖峰負(fù)荷的快速增長，都將給數(shù)字化投資帶來更高水平的需求。
