构建新型电力系统的思考和建议

深化电力体制改革，构建以新动力为主体的新式电力系统，是党中央根据保证国家动力安全、完结可持续开展、推进碳达峰、碳中和方针施行作出的重大决策部署，为新时期动力职业以及相关工业开展供给了重要战略指引，有利于加快我国构建清洁低碳、安全高效的现代动力系统步伐，推进经济社会绿色转型和高质量开展。

（文丨李鹏）

一、新形势下新动力开展的前史机会以及电力系统面对的应战

当时，我国正处于工业化后期，经济对动力的依靠程度高，而我国动力消费以化石动力为主，2020年化石动力占一次动力比重达84%。碳达峰、碳中和方针下，我国动力结构将加速调整，清洁低碳开展特征愈加杰出。

（一）碳达峰、碳中和方针推进新动力向“主体动力”改变

跟着经济社会的转型开展和动力使用功率的不断进步，动力消费总量将会在碳排放量到达峰值后逐渐下降，但电能消费总量一直呈上升趋势，估计将从2020年的7.5万亿千瓦时添加至2060年的15—18万亿千瓦时。

新动力将迎来跨越式开展的前史机会，成为电能增量的主力军，完结从“弥补动力”向“主体动力”的改变。估计到2030年，风电、光伏装机规划超16亿千瓦，装机占比从2020年的24%添加至47%左右，新动力发电量约3.5万亿千瓦时，占比从2020年的13%进步至30%。

2030年后，水电、核电等传统非化石动力受资源和站址束缚，建造逐渐放缓，新动力开展将进一步提速。估计到2060年，风电、光伏装机规划超50亿千瓦，装机占比超80%，新动力发电量超9.6万亿千瓦时，占比超60%，成为电力系统的重要支撑。

（二）新式电力系统面对的应战

新动力具有典型的间歇性特征，出力随机波动性强。以电动汽车为代表的新式负荷尖峰化特征显着，最大负荷与平均负荷之比持续进步。发电侧随机性和负荷侧峰谷差加大将对传统电力系统造成较大的冲击，要完结构建以新动力为主体的新式电力系统愿景方针，我们还需求应对以下问题：

一是电力系统的牢靠容量不足。风电、光伏因其自身出力特性，牢靠性偏低。经研讨，到2030年，在全国范围内相对均匀散布的情况下，新动力装机超10亿千瓦，每年将有30天以上出力低于装机容量的10%，置信容量仅为1亿千瓦。

假设峰值负荷约18亿千瓦，水电装机5亿千瓦，牢靠容量约3.5亿千瓦，核电装机3亿千瓦，牢靠容量约3亿千瓦，风电、光伏牢靠容量按1亿千瓦、其他可再生电源牢靠容量按0.5亿千瓦估列，再考虑可中止负荷及电动汽车等可调理容量约5亿千瓦，那么电力系统牢靠容量缺口约5亿千瓦，也就是说，对于安稳电源（火电）的需求仍有5亿千瓦。

二是传统大电网难以满意未来电力运送需求。长期以来，我国动力资源与负荷呈逆向散布，大电网是连接三北区域等资源区与中东部负荷区的重要途径。但跟着经济社会的开展，各区域用电量需求与日俱增，估计到2030年，仅广东、福建、浙江、江苏和山东五省的全社会用电量就将到达3万亿千瓦时，未来可能会到达5万亿千瓦时。

如果绝大部分从三北区域远距离运送，依照80%的份额测算，送电规划将到达4万亿千瓦时，这就需求建造约100条特高压送电通道，且每条特高压不受电磁环网限制，全年满功率运转，无疑这将难以完结。

三是电力系统转动惯量以及长周期调理才能不足。光伏发电使用半导体的光电效应将光能改变为电能，无转动惯量，风力发电转动惯量也严重不足，因而，当电力系统中很多的新动力机组代替常规电源时，系统频率调理才能将明显下降。另一方面，目前的电化学储能等技能只能处理电力系统的短期调理问题，且受本钱等因素限制，月度调理和季度调理还存在很大障碍。

而氢能、CCUS等技能在一守时期内很难获得打破性进展完结大规划使用，当局部区域出现极端天气状况时，高份额、大规划新动力的电力系统将面对长周期调理才能不足的应战。

二、新式电力系统的内在、特征与关键技能展望

新式电力系统以新动力为主体，贯通清洁动力供需各个环节，有利于体现清洁电力的多重价值，促进经济社会低碳转型，是推进动力革新落地的立异实践。

（一）新式电力系统的内在

新动力成为主体动力只是新式电力系统的基本特征，它有着更深入的内在。

首先，新式电力系统是贯通清洁动力供给和需求的桥梁。构建新式电力系统的本质，是要满意高占比新动力电网的运转需求，经过打通动力供需各个环节，完结源网荷储高效互动。

其次，新式电力系统是开释电能绿色价值的有用途径。新式电力系统有利于清洁动力的优化装备和调度，经过绿色电力动力中介，引导动力出产和消费工业链的绿色转型，完结电能绿色价值顺畅传导至终端用户。

（二）新式电力系统的典型特征

新式电力系统的核心是新式，具有明显的特征：

数字技能赋能构成多网交融。物联网年代的杰出特征是机器社交，动力真实的终端用户并不是个别的人，而是各类用能设备，动力网的终极形态一定是用能设备之间互联互通和机器社交。未来动力网将以动力的散布式出产和使用为杰出特征，在云大物链等数字化技能驱动下进化成自平衡、自运转、自处理的源网荷一体化才智动力系统。

因而，动力不会单独开展构成孤立的动力网，未来电力根底设施将变成一个渠道，数字技能将深化动力网与政务网、社群网的交融互动，完结多网交融、共同开展。

用户侧将深度参加电力系统的平衡。受限于新动力的出力特性，灵活性资源将是保证电力系统安稳运转的重要因素，有用发掘用户侧的灵活性、减少电力系统峰谷差、进步电源使用功率将成为经济可行的重要措施。

源网荷储互动将成为新式电力系统运转常态，可中止负荷和虚拟电厂得到遍及使用，电力负荷将完结由传统的刚性、纯消费型向柔性、出产与消费兼具型改变。

配电网将成为电力开展的主导力量。构建新式电力系统的过程，实际上是一次配电网的革新。传统电力系统一般主干电网最为坚强，越到电网末端系统越软弱。但是，新式电力系统中配电网将承担绝大部分系统平衡和安全安稳的职责，绝大多数买卖也将在配电网内完结。现有的配电网最终需求在物理层面完结重构，成为电力系统的主导力量。

电力买卖将主导调度系统。未来，新式电力系统将以满意用户的买卖需求为主，调度的首要目的是确保用最小的系统本钱完结用户买卖行为的施行。用户与发电企业的直接买卖将成为绝大部分电量的销售形式，灵活性资源也将跟着现货市场机制的逐渐完善成为核心买卖内容，而且大部分买卖将在配电网内完结，隔墙售电将成为首要买卖方式。

（三）新式电力系统的关键技能展望

构建新式电力系统是一项系统而长远的工程，离不开科技立异与技能打破。

一是源网荷储双向互动技能。经过数字化技能赋能，推进“源随荷动”向“源荷互动”改变，完结源网荷储多方资源的智能友好、协同互动。

二是虚拟同步发电机技能。经过在新动力并网中参加储能或运转在实时限功率状态，并优化控制方式为系统供给调频、调压、调峰和调相支撑，进步新动力并网友好性。

三是长周期储能技能。长时储能与大型风光项目的组合将大概率代替传统化石动力，成为根底负载发电厂，对零碳电力系统中后期建造产生深远的影响。

四是虚拟电厂技能。源网荷储一体化项目的推广使用，以及散布式动力、微网、储能的快速开展为虚拟电厂供给了丰厚的资源，虚拟电厂将成为电力系统平衡的重要组成。

五是其他技能。新动力直流组网、直流微电网、交直流混联配电网等技能的研制与打破，将有助于完结更高份额的新动力并网，为电力系统的安全安稳运转供给保证。

三、构建新式电力系统的思路与建议

落实碳达峰、碳中和方针，电力职业职责重大，构建以新动力为主体的新式电力系统是年代赋予的职责和使命，需求电源、电网、用户等工业链各方的共同尽力，要以大力开展新动力为根底，以添加系统灵活性资源为保证，推进散布式、微电网与大电网交融开展，构筑坚强电网，加强技能立异和推广使用，完结发电、输配和电力消费系统协同交融、共同开展，助力电力职业率先碳中和。

大力开展新动力。坚持集中式与散布式并举，有序推进三北区域等资源富集区新动力开发以及中东部负荷区域散布式动力建造，加大新动力工业开发力度。

同时，推进新动力工业与传统水电、环保、农业等交融开展，构建生态动力系统，推广水风光互补、渔光农光互补、光伏治沙等新业态，探索多能互补、才智协同的动力生态开展道路。

增强系统灵活性资源。鼓励新动力项目装备一定规划的煤电、水电、储能等调理性资源，经过“新动力+调理性电源”的形式进步新动力出力的安稳性。

活跃推进具备条件的火电项目进行灵活性改造，尽力为系统供给经济可行、规划较大的调理才能。以添加清洁动力消纳、增强调频调峰才能为方针，科学有序开展抽水蓄能、电化学储能项目。加强可调理负荷、虚拟电厂等技能的研讨和使用，完结源网荷一体化协同开展。

推进散布式、微电网与大电网交融开展。加强数字技能使用，经过配电资产的深度链接构建根据传统电网物理架构的数字电网。支持散布式可再生动力+储能系统建造，经过就近取材、就地消纳，摆脱对大电网的依靠，构成多个独立微网，各个微电网之间相互备用支撑，完结“绿能”身边取。

研讨显现，当风电、光伏发电量占比超越30%至40%时，大电网系统的频率、电压、功角安稳极限及高昂的本钱决定了其消纳新动力的天花板。因而，散布式、微电网与大电网的交融开展将成为未来电力系统的重要支撑。

加快技能立异和推广使用。加强新动力功率预测、虚拟同步发电机、柔性直流输电、散布式调相机等技能研制，充分发掘工业大用户、电动汽车等需求侧响应资源，经过电源、电网以及用户侧技能立异进步新动力消纳使用水平缓保证电力系统安全安稳。

同时，储能、虚拟电厂和直流微网等技能具有削峰填谷、调频调压作用，是支撑新动力跨越式开展的重要技能手段，建议国家层面统筹策划，出台相应的顶层规划文件，加强工业引导，加大技能攻关，活跃推进相关技能标准的制定，助力职业科学、规范、有序开展。

（作者供职于国家电力投资集团有限公司。本文出自中国动力研讨会“‘十四五’动力开展与大气污染防治及应对气候变化方针协同研讨”项目。）