中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議研究了我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的基本思路和主要舉措，提出“要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動，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)”。
一、未來新型電力系統(tǒng)的構(gòu)想
碳排放與人口、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、能源、技術(shù)等多種因素有關(guān)，能源活動是我國主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的90%左右，其中電力行業(yè)排放約占能源行業(yè)排放的40%，因此能源電力行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳中和的主力軍。從數(shù)量關(guān)系上來看，實(shí)現(xiàn)碳中和，一是增加森林、海洋、濕地等碳匯量以及碳利用封存能力，二是降低化石能源消費(fèi)、工業(yè)生產(chǎn)的碳排放，主要從能源供給的低碳化、能源利用的高效化、能源消費(fèi)的電氣化三個方面著手。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的主要途徑，不僅使電力系統(tǒng)“發(fā)-輸（變）-配-用”全環(huán)節(jié)發(fā)生根本變革，也會使建筑、交通、工業(yè)等行業(yè)用能方式發(fā)生深刻變化。
電力系統(tǒng)的基本任務(wù)是將電能在電壓、頻率等參數(shù)合格的前提下安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地分配給各用電負(fù)荷。在時(shí)間維度上，由于電能難以大規(guī)模存儲，電力系統(tǒng)的基本特征是必須時(shí)刻保持動態(tài)供需平衡，包括有功功率和無功功率動態(tài)平衡；在空間維度上，我國能源資源分布與需求中心逆向分布，跨省跨區(qū)輸電是重要手段，形成了“西電東送、北電南送”的資源配置格局。在電量平衡上，碳排放與發(fā)電量（非裝機(jī)容量）相關(guān)，“以新能源為主體”即要增加非化石能源發(fā)電量占比，降低火電機(jī)組發(fā)電量占比；在電力平衡上，光伏、風(fēng)電置信容量低，據(jù)相關(guān)測算，我國水電可開發(fā)裝機(jī)約6.6億千瓦（目前已開發(fā)程度達(dá)到56%），沿海核電廠址資源約2億千瓦（含規(guī)劃在內(nèi)的），我國目前尚沒有可大規(guī)模替代火電機(jī)組的有效途徑和方式。
二、面臨的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)
由于新能源發(fā)電固有的強(qiáng)隨機(jī)性、波動性和間歇性，以及通過電力電子裝置并入電網(wǎng)的特征，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)“一低、兩高、雙峰、雙隨機(jī)”的特點(diǎn)，即低系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量、高比例新能源+高比例電力電子裝備、夏冬負(fù)荷雙高峰、發(fā)電出力和用電負(fù)荷雙側(cè)隨機(jī)波動，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大挑戰(zhàn)。
電源側(cè)，最大挑戰(zhàn)在于新能源以能夠參與電力實(shí)時(shí)平衡的很小的置信容量實(shí)現(xiàn)發(fā)電量高占比目標(biāo)。據(jù)預(yù)測，在“3060”目標(biāo)下，2030年風(fēng)光裝機(jī)將達(dá)到17億千瓦以上，發(fā)電量占比約24%；2060年風(fēng)光裝機(jī)將達(dá)到50億千瓦以上，發(fā)電量占比約67%。隨著新能源滲透率的提高，新能源出力的波動與負(fù)荷需求的波動疊加后的凈負(fù)荷峰谷差明顯增大，電力系統(tǒng)需要解決調(diào)峰、調(diào)頻、靈活調(diào)節(jié)資源稀缺、低慣性、抗擾動能力弱、新能源機(jī)組低/高電壓穿越等問題。
在日電力平衡上，新能源的日波動性大（據(jù)統(tǒng)計(jì)，國網(wǎng)區(qū)域風(fēng)電日最大波動率約為23%、光伏日最大波動率約為54%）、反調(diào)峰特性及光伏“鴨型曲線”問題，使新能源對電力平衡支撐較弱，新型電力系統(tǒng)對靈活調(diào)節(jié)能力和快速爬坡能力要求更高；在月度電量平衡上，風(fēng)電為春、秋高峰，光伏為夏、秋高峰，負(fù)荷為夏、冬高峰，加上季節(jié)性水電影響，季節(jié)性不平衡問題日益凸顯。
風(fēng)光有效利用小時(shí)數(shù)低，相同發(fā)電量情況下需要約3倍煤電機(jī)組容量。新型電力系統(tǒng)下，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量中新能源為主體，新能源的穿透率（新能源裝機(jī)/用電負(fù)荷）要遠(yuǎn)高于100%，同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)條件下，煤電裝機(jī)客觀上仍需要隨著全社會用電負(fù)荷增加而增加（優(yōu)先考慮水電、核電、氣電參與平衡后），進(jìn)而導(dǎo)致電力供應(yīng)總體充裕，火電利用小時(shí)數(shù)不斷降低，新能源發(fā)力時(shí)段棄電上升，消納更加困難，新能源利用小時(shí)數(shù)也會減少，系統(tǒng)成本和全社會用電成本明顯增加。
電網(wǎng)側(cè)，“一低、兩高、雙峰、雙隨機(jī)”的新型電力系統(tǒng)以及交直流混聯(lián)電網(wǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)給電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡帶來巨大挑戰(zhàn)，電網(wǎng)需不斷提升系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡能力、清潔能源消納能力以及資源優(yōu)化配置能力。新能源高比例接入電力系統(tǒng)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量減小、頻率調(diào)節(jié)能力降低，系統(tǒng)短路容量下降、抗擾動能力降低，系統(tǒng)無功支撐能力降低，暫態(tài)過電壓問題突出，新能源機(jī)組存在大規(guī)模電網(wǎng)解列可能，增加了電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、電能質(zhì)量控制以及維持系統(tǒng)平衡提出了更高要求。
新能源較為經(jīng)濟(jì)的利用方式是就地或就近利用，受土地、資源等因素制約，未來新能源開發(fā)將集中式與分布式并重，“三北”地區(qū)新能源資源豐富但本地消納困難，仍需考慮外送問題。風(fēng)光水火（儲）打捆外送對于保障受端穩(wěn)定供應(yīng)以及通道利用率都是有利的，而由于風(fēng)光有效利用小時(shí)數(shù)低，高比例的風(fēng)光（儲）外送或?qū)е峦ǖ览寐实汀⑼顿Y回報(bào)低，或使風(fēng)光裝機(jī)過剩以滿足設(shè)計(jì)輸送電量要求，都會影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，因此未來如果配套火電機(jī)組不足，外送恐將成問題。
另外，隨著技術(shù)發(fā)展，未來新能源電量外送需求通過輸電線路抑或就地轉(zhuǎn)化為氫（或碳?xì)淙剂希┻M(jìn)行輸運(yùn)，需結(jié)合下游應(yīng)用及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性深入研究。
用戶側(cè)，多元、互動、靈活的用能設(shè)備大量接入對配電網(wǎng)運(yùn)行控制、終端電能質(zhì)量等造成重大影響。分布式能源、儲能、電動汽車、智能用電等交互式設(shè)備大量接入，潮流流向?qū)l(fā)生改變，電壓分布、諧波等影響配網(wǎng)電能質(zhì)量，終端無序用電將會增加凈負(fù)荷峰谷差，功率波動問題更加突出，配網(wǎng)對新能源的接納能力和消納能力面臨挑戰(zhàn)，安全穩(wěn)定運(yùn)行受到影響。同時(shí)，無論是電源還是電網(wǎng)若按傳統(tǒng)最大負(fù)荷進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)備利用率則將會降低。
電能將逐步成為最主要的終端能源消費(fèi)品種，從2000年到2020年，我國電能占終端能源消費(fèi)比重從14.5%增長到27%，年均提高0.6個百分點(diǎn)；據(jù)有關(guān)預(yù)測，2025年、2030年、2060年電能占終端能源消費(fèi)比重有望分別達(dá)到30%、35%、65%以上，年均提高約1.0個百分點(diǎn)。終端電氣化對眾多領(lǐng)域用能方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
儲能側(cè)，最大挑戰(zhàn)在于突破大規(guī)模、長周期、高安全、低成本的儲能技術(shù)。大規(guī)模儲能是一種顛覆性技術(shù)，改變了電能難以存儲的傳統(tǒng)認(rèn)知，如果新能源電量大比例通過儲能解決穩(wěn)定供應(yīng)問題，則某種程度上實(shí)現(xiàn)了電能的發(fā)輸配用環(huán)節(jié)的解耦，使得電能如同超市中的商品一樣。
電力系統(tǒng)需要滿足不同時(shí)間尺度需求的儲能技術(shù)，可大致分為功率型（秒～分鐘級）、能量型（1～2h）和容量型（>4h）。在調(diào)頻方面，電化學(xué)儲能功率調(diào)節(jié)范圍大、響應(yīng)速度快，調(diào)頻性能最優(yōu)，在啟動速度上，電化學(xué)(秒級)>物理儲能（分鐘級）>燃?xì)獍l(fā)電（簡單循環(huán)15～30min，聯(lián)合循環(huán)1～2h）>燃煤發(fā)電（冷態(tài)啟動7～10h，熱態(tài)啟動1.5～2h）。在容量型儲能技術(shù)方面，目前來看，抽水蓄能、（全礬）液流電池和壓縮空氣儲能，以及帶儲熱（100%負(fù)荷配置）的光熱發(fā)電，能夠解決新能源日內(nèi)穩(wěn)定出力的調(diào)節(jié)需求（需至少具備6～8h時(shí)長的儲能）。
在多日、周、季等更長時(shí)間尺度下，氫能（新能源直接電解水制氫）是一種長周期化學(xué)儲能方式，在終端能源中作為電的重要補(bǔ)充（預(yù)測2050年前后氫能占終端能源消費(fèi)的10%左右），可有效提高能源供應(yīng)安全水平，適用于分布式熱電聯(lián)供、交通、冶金等多種場景，但是若再大規(guī)模集中地轉(zhuǎn)為電則仍需解決很多技術(shù)經(jīng)濟(jì)性問題，而兼具常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組和抽蓄機(jī)組的混合式水力發(fā)電也可實(shí)現(xiàn)長周期儲能，化石能源（煤、天然氣）本身就是一種可長時(shí)間存儲的一次能源，但是火電機(jī)組的冷/熱備用狀態(tài)對啟動時(shí)間、響應(yīng)速度有較大影響，未來新型電力系統(tǒng)的負(fù)荷備用、旋轉(zhuǎn)備用、停機(jī)事故備用容量大小及方式選擇有待深入研究。
三、主要應(yīng)對舉措
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要源-網(wǎng)-荷-儲全環(huán)節(jié)共同發(fā)力，依靠創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，加快顛覆性技術(shù)突破，完善新型儲能價(jià)格形成機(jī)制及電價(jià)政策，加強(qiáng)電力市場建設(shè)。
一是優(yōu)化電力流總體格局，協(xié)同“資源優(yōu)化配置”與“負(fù)荷優(yōu)化配置”，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，將部分負(fù)荷由中東部向西南、“三北”地區(qū)布局，如“東數(shù)西算”工程，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷需求與資源分布相適應(yīng)；
二是統(tǒng)籌資源，推進(jìn)風(fēng)光水火儲多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)系統(tǒng)運(yùn)行控制和調(diào)度的一體化，研究應(yīng)用新能源高精度功率預(yù)測、主動支撐、虛擬同步機(jī)等友好并網(wǎng)技術(shù)，提高新能源的出力穩(wěn)定性和可調(diào)度性；
三是完善送受端網(wǎng)架，增強(qiáng)省間電力互濟(jì)，提升電網(wǎng)資源優(yōu)化配置能力，發(fā)展基于IGBT、SiC等新一代電力電子器件的柔性交直流輸電技術(shù)，使電網(wǎng)更能適應(yīng)新能源的出力特性，優(yōu)化調(diào)度，提升電網(wǎng)對“源-網(wǎng)-荷-儲”的協(xié)同調(diào)度能力，提高系統(tǒng)消納能力和平衡能力；
四是提升源-網(wǎng)-荷靈活調(diào)節(jié)能力，如新建抽蓄、調(diào)峰氣電、煤電靈活性改造（深度調(diào)峰及快速啟停）、需求側(cè)響應(yīng)、儲能等；探索V2G（Vehicle to grid）、V2H（Vehicle to home）、V2L（Vehicle to load）等應(yīng)用場景（按帶60千瓦時(shí)算，可供家庭一周左右緊急用電）；
五是突破顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，加快新型儲能技術(shù)規(guī)?；虡I(yè)化應(yīng)用，建立新型儲能價(jià)格形成機(jī)制，推動氫制儲運(yùn)用環(huán)節(jié)和燃料電池核心材料、關(guān)鍵零部件及裝備、系統(tǒng)研發(fā)示范；
六是實(shí)施數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)微電網(wǎng)、虛擬電廠等新形態(tài)發(fā)展，利用先進(jìn)數(shù)字化和電力電子技術(shù)，加快智能、主動、柔性交直流混合配電網(wǎng)的發(fā)展，提高新能源與負(fù)荷的“可觀、可測、可控”水平，提高電網(wǎng)主動消納能力；
七是加快完善輔助服務(wù)市場、建立容量市場，不同市場主體電能價(jià)值具有多樣性，要通過完善電力市場予以體現(xiàn)和反映，發(fā)揮不同市場主體功能作用和積極性。
