構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的思考和建議

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的思考和建議

深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),是黨中央基于保

障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)施作出的重大決

策部署，為新時(shí)期能源行業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要戰(zhàn)略指引，有利于加快

我國(guó)構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系步伐，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色轉(zhuǎn)型和高

質(zhì)量發(fā)展。

一、新形勢(shì)下新能源發(fā)展的歷史機(jī)遇以及電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)前，我國(guó)正處于工業(yè)化后期，經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的依賴程度高，而我國(guó)能源消費(fèi)

以化石能源為主，2020年化石能源占一次能源比重達(dá)84%。碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)

下，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)將加速調(diào)整，清潔低碳發(fā)展特征愈加突出。

（一）碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)推動(dòng)新能源向“主體能源”轉(zhuǎn)變

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展和能源利用效率的不斷提升，能源消費(fèi)總量將會(huì)在

碳排放量達(dá)到峰值后逐步下降，但電能消費(fèi)總量一直呈上升趨勢(shì)，預(yù)計(jì)將從2020

年的7.5萬億千瓦時(shí)增長(zhǎng)至2060年的15—18萬憶千瓦時(shí)。

新能源將迎來跨越式發(fā)展的歷史機(jī)遇，成為電能增量的主力軍，實(shí)現(xiàn)從“補(bǔ)

充能源”向“主體能源”的轉(zhuǎn)變。預(yù)訂到2030年，因電、光伏裝機(jī)規(guī)模超16

億千瓦，裝機(jī)占比從2020年的24%增長(zhǎng)至47%左右，新能源發(fā)電量約3.5萬億千

瓦時(shí)，占比從2020年的13%提高至30%o

2030年后，水電、核電等傳統(tǒng)非化石能源受資源和站址約束，建設(shè)逐步放

緩，新能源發(fā)展將進(jìn)一步提速。預(yù)計(jì)到2060年，風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模超50億千

瓦，裝機(jī)占比超80%新能源發(fā)電量超9.6萬億=瓦時(shí)，占比超60%,成為電力

系統(tǒng)的重要支撐。

（二）新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

新能源具有典型的間歇性特征，出力隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)。以電動(dòng)汽車為代表的新

型負(fù)荷尖峰化特征明顯，最大負(fù)荷與平均負(fù)荷之比持續(xù)提升。發(fā)電側(cè)隨機(jī)性和負(fù)

荷側(cè)峰谷差加大將對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)造成較大的沖擊，要實(shí)現(xiàn)構(gòu)建以新能源為主體

的新型電力系統(tǒng)愿景目標(biāo)，我們還需要應(yīng)對(duì)以下問題：

一是電力系統(tǒng)的a靠容量不足。風(fēng)電、光伏區(qū)其自身出力特性，可靠性偏低。

經(jīng)研究，到2030年，在全國(guó)范圍內(nèi)相對(duì)均勻分布的情況下，新能源裝機(jī)超10

億千瓦，每年將有30天以上出力低于裝機(jī)容量的10%,置信容量?jī)H為1億千瓦。

假設(shè)峰值負(fù)荷約18億T瓦,水電裝機(jī)5億T瓦，可靠容量約3.5億千瓦，

核電裝機(jī)3億千瓦，可靠容量約3億千瓦，風(fēng)電、光伏可靠容量按1億千瓦、其

他可再生電源可靠容量按0.5億千瓦估列，再考慮可中斷負(fù)荷及電動(dòng)汽車等可調(diào)

節(jié)容量約5億千瓦，那么電力系統(tǒng)可靠容量缺口約5億千瓦，也就是說，對(duì)于穩(wěn)

定電源（火電）的需求仍有5億千瓦。

二是傳統(tǒng)大電網(wǎng)難以滿足未來電力輸送需求。長(zhǎng)期以來，我國(guó)能源資源與負(fù)

荷呈逆向分布，大電網(wǎng)是連接三北地區(qū)等資源區(qū)與中東部負(fù)荷區(qū)的重要途徑。但

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，各地區(qū)用電量需求與日俱增，預(yù)計(jì)到2030年，僅廣東、

福建、浙江、江蘇和山東五省的全社會(huì)用電量就將達(dá)到3萬億千瓦時(shí)，未來可能

會(huì)達(dá)到5萬億千瓦時(shí)。

如果絕大部分從三北地區(qū)遠(yuǎn)距離輸送，按照80%的比例測(cè)算，送電規(guī)模將達(dá)

到4萬億千瓦時(shí)，這就需要建設(shè)約100條特高壓送電通道，且每條特高壓不受電

磁環(huán)網(wǎng)制約，全年滿功率運(yùn)行，無疑這將難以實(shí)現(xiàn)。

三是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)能力不足。光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體的光

電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑹o轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也嚴(yán)重不足，因此，

當(dāng)電力系統(tǒng)中大量的新能源機(jī)組替代常規(guī)電源時(shí)，系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力將顯著下

降。另一方面，目前的電化學(xué)儲(chǔ)能等技術(shù)只能解決電力系統(tǒng)的短期調(diào)節(jié)問題，且

受成本等因素制約，月度調(diào)節(jié)和季度調(diào)節(jié)還存在很大障礙。

而氫能、CCUS等技術(shù)在一定時(shí)期內(nèi)很難取得突破性進(jìn)展實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)月，

當(dāng)局部地區(qū)出現(xiàn)極端天氣狀況時(shí)，高比例、大規(guī)模新能源的電力系統(tǒng)將面臨長(zhǎng)周

期調(diào)節(jié)能力不足的挑戰(zhàn)。

二、新型電力系統(tǒng)的內(nèi)涵、特征與關(guān)鍵技術(shù)展望

新型電力系統(tǒng)以新能源為主體，貫通清潔能源供需各個(gè)環(huán)節(jié)，有利于體現(xiàn)清

潔電力的多重價(jià)值，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)低碳轉(zhuǎn)型，是推動(dòng)能源革命落地的創(chuàng)新實(shí)踐。

（-）新型電力系統(tǒng)的內(nèi)涵

新能源成為主體能源只是新型電力系統(tǒng)的基本特征，它有著更深刻的內(nèi)涵。

首先，新型電力系統(tǒng)是貫通清潔能源供給和需求的橋梁。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)

的本質(zhì)，是要滿足高占比新能源電網(wǎng)的運(yùn)行需求，通過打通能源供需各個(gè)環(huán)節(jié)，

實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)高效互動(dòng)。

其次，新型電力系統(tǒng)是釋放電能綠色價(jià)值的有效途徑。新型電力系統(tǒng)有利于

清潔能源的優(yōu)化配置和調(diào)度，通過綠色電力能源中介，引導(dǎo)能源生產(chǎn)和消費(fèi)產(chǎn)業(yè)

鏈的綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)電能綠色價(jià)值順利傳導(dǎo)至終端用戶。

（二）新型電力系統(tǒng)的典型特征

新型電力系統(tǒng)的核心是新型，具有鮮明的特征：

數(shù)字技術(shù)賦能形成多網(wǎng)融合。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的突出特征是機(jī)器社交，能源真正

的終端用戶并不是個(gè)體的人，而是各類用能設(shè)備，能源網(wǎng)的終極形態(tài)一定是用能

設(shè)備之間互聯(lián)互通和機(jī)器社交。未來能源網(wǎng)將以能源的分布式生產(chǎn)和利用為突出

特征，在云大物鏈等數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)化成自平衡、自運(yùn)行、自處理的源網(wǎng)荷

一體化智慧能源系統(tǒng)。

因此，能源不會(huì)單獨(dú)發(fā)展形成孤立的能源網(wǎng)，未來電力基礎(chǔ)設(shè)施將變成一個(gè)

平臺(tái)，數(shù)字技術(shù)將深化能源網(wǎng)與政務(wù)網(wǎng)、社群網(wǎng)的融合互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合、共

同發(fā)展。

用戶側(cè)將深度參與電力系統(tǒng)的平衡。受限于新能源的出力特性，靈活性資源

將是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，有效挖掘用戶側(cè)的靈活性、減少電力系

統(tǒng)峰谷差、提高電源利用效率將成為經(jīng)濟(jì)可行的重要措施。

源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)將成為新型電力系統(tǒng)運(yùn)行常態(tài)，可中斷負(fù)荷和虛擬電廠得到普

及應(yīng)用，電力負(fù)荷將實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的剛性、純消費(fèi)型向柔性、生產(chǎn)與消費(fèi)兼具型轉(zhuǎn)

變。

配電網(wǎng)將成為電力發(fā)展的主導(dǎo)力量。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程，實(shí)際上是一

次配電網(wǎng)的革命c(diǎn)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通常骨干電網(wǎng)最為堅(jiān)弼，越到電網(wǎng)末端系統(tǒng)越脆

弱。但是，新型電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)將承擔(dān)絕大部分系統(tǒng)平衡和安全穩(wěn)定的責(zé)任，

絕大多數(shù)交易也將在配電網(wǎng)內(nèi)完成。現(xiàn)有的配電網(wǎng)最終需要在物理層面實(shí)現(xiàn)重

構(gòu)，成為電力系統(tǒng)的主導(dǎo)力量。

電力交易將主導(dǎo)調(diào)度體系。未來，新型電力系統(tǒng)將以滿足用戶的交易需求為

主，調(diào)度的主要目的是確保用最小的系統(tǒng)成本完成用戶交易行為的實(shí)施。用戶與

發(fā)電企業(yè)的直接交易將成為絕大部分電量的銷售模式，靈活性資源也將隨著現(xiàn)貨

市場(chǎng)機(jī)制的逐步完善成為核心交易內(nèi)容，并且大部分交易將在配電網(wǎng)內(nèi)完成，隔

墻售電將成為主要交易方式。

（三）新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)展望

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)而長(zhǎng)遠(yuǎn)的工程，離不開科技創(chuàng)新與技術(shù)突破。

一是源網(wǎng)荷儲(chǔ)雙向互動(dòng)技術(shù)。通過數(shù)字化技術(shù)賦能，推動(dòng)“源隨荷動(dòng)”向“源

荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)多方資源的智能友好、協(xié)同互動(dòng)。

二是虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)。通過在新能源并網(wǎng)中加入儲(chǔ)能或運(yùn)行在實(shí)時(shí)限功

率狀態(tài)，并優(yōu)化控制方式為系統(tǒng)提供調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)峰和調(diào)相支撐，提升新能源

并網(wǎng)友好性。

三是長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能與大型風(fēng)光項(xiàng)目的組合將大概率替代傳統(tǒng)化

石能源，成為基礎(chǔ)負(fù)載發(fā)電廠，對(duì)零碳電力系統(tǒng)中后期建設(shè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

四是虛擬電廠技術(shù)。源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的推廣應(yīng)用，以及分布式能源、微

網(wǎng)、儲(chǔ)能的快速發(fā)展為虛擬電廠提供了豐富的資源，虛擬電廠將成為電力系統(tǒng)平

衡的重要組成。

五是其他技術(shù)。新能源直流組網(wǎng)、直流微電網(wǎng)、交直流混聯(lián)配電網(wǎng)等技術(shù)的

研發(fā)與突破，將有助于實(shí)現(xiàn)更高比例的新能源并網(wǎng)，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行

提供保障。

三、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的思路與建議

落實(shí)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，電力行業(yè)責(zé)任重大，構(gòu)建以新能源為主體的新型

電力系統(tǒng)是時(shí)代賦予的責(zé)任和使命，需要電源、電網(wǎng)、用戶等產(chǎn)業(yè)鏈各方的共同

努力，要以大力發(fā)展新能源為基礎(chǔ)，以增加系統(tǒng)靈活性資源為保障，推動(dòng)分布式、

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)融合發(fā)展，構(gòu)筑堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、

輸配和電力消費(fèi)系統(tǒng)協(xié)同融合、共同發(fā)展，助力電力行業(yè)率先碳中和。

大力發(fā)展新能源。堅(jiān)持集中式與分布式并舉，有序推進(jìn)三北地區(qū)等資源富集

區(qū)新能源開發(fā)以及中東部負(fù)荷地區(qū)分布式能源建設(shè)，加大新能源產(chǎn)業(yè)開發(fā)力度。

同時(shí)，推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)水電、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等融合發(fā)展，構(gòu)建生態(tài)能源

體系，推廣水風(fēng)光互補(bǔ)、漁光農(nóng)光互補(bǔ)、光伏治沙等新業(yè)態(tài)，探索多能互補(bǔ)、智

慧協(xié)同的能源生態(tài)發(fā)展道路。

增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性資源。鼓勵(lì)新能源項(xiàng)目配置一定規(guī)模的煤電、水電、儲(chǔ)能等

調(diào)節(jié)性資源，通過“新能源+調(diào)節(jié)性電源”的模式提高新能源出力的穩(wěn)定性.

積極推動(dòng)具備條件的火電項(xiàng)目進(jìn)行靈活性改造，努力為系統(tǒng)提供經(jīng)濟(jì)可行、

規(guī)模較大的調(diào)節(jié)能力。以增加清潔能源消納、增強(qiáng)調(diào)頻調(diào)峰能力為目標(biāo)，科學(xué)有

序發(fā)展抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目。加強(qiáng)可調(diào)節(jié)負(fù)荷、虛擬電廠等技術(shù)的研究和

應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷一體化協(xié)同發(fā)展。

推動(dòng)分布式、微電網(wǎng)與大電網(wǎng)融合發(fā)展。加強(qiáng)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用，通過配電資產(chǎn)

的深度鏈接構(gòu)建基于傳統(tǒng)電網(wǎng)物理架構(gòu)的數(shù)字電網(wǎng)。支持分布式可再生能源+儲(chǔ)

能系統(tǒng)建設(shè)，通過就近取材、就地消納，擺脫對(duì)大電網(wǎng)的依賴，形成多個(gè)獨(dú)立微

網(wǎng)，各個(gè)微電網(wǎng)之間互相備用支撐，實(shí)現(xiàn)“綠能”身邊取。

研究顯示，當(dāng)風(fēng)電、光伏發(fā)電量占比超過30%至40%時(shí)，大電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率、

電壓、功角穩(wěn)定極限及高昂的成本決定了其消納新能源的天花板。因此，分布式、

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的融合發(fā)展將成為未來電力系統(tǒng)的重要支撐。

加快技術(shù)創(chuàng)新和