“預計‘十四五’時(shí)期，我國陸上風(fēng)電和光伏發(fā)電將全面平價(jià)或低于火電，部分地區可實(shí)現低價(jià)。同時(shí)，隨著(zhù)大規模新能源接入電網(wǎng)，電力系統需要在隨機波動(dòng)的負荷需求與隨機波動(dòng)的電源之間實(shí)現供需平衡，其結構形態(tài)、運行控制方式和規劃建設將發(fā)生根本性變革，形成新一代電力系統及新能源電力系統?！敝袊こ淘涸菏縿⒓楸硎?。
中電聯(lián)日前發(fā)布的《2020年前三季度全國電力供需形勢分析預測報告》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《報告》）顯示，前三季度全國電源工程建設完成投資3082億元，同比增長(cháng)51.6%，其中“風(fēng)光”發(fā)電投資分別增長(cháng)138.4%、113.9%。全國全口徑非化石能源發(fā)電裝機容量合計8.9億千瓦，占全口徑發(fā)電裝機容量的42.6%。
新能源高比例并網(wǎng)，將給電力系統帶來(lái)哪些挑戰？“十四五”時(shí)期，如何應對和解決這些挑戰？成為專(zhuān)家熱議的焦點(diǎn)。
電力結構將更“綠色”
清華大學(xué)氣候變化與可持續發(fā)展研究院近日聯(lián)合印發(fā)的《中國長(cháng)期低碳發(fā)展戰略與轉型路徑研究》提出，低碳路徑下，我國能源消費總量在2030-2035年之間進(jìn)入峰值，“十四五”期間非化石能源必須成為能源消費增量主體。
中國工程院院士郭劍波指出，為了構建清潔低碳、安全高效的能源體系，我國能源轉型主要朝兩個(gè)方向進(jìn)行：終端消費側，電能深度替代化石能源；能源生產(chǎn)側，以電能形式開(kāi)發(fā)利用新能源。
上述《報告》指出，截至今年9月，我國并網(wǎng)風(fēng)電2.2億千瓦，并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電2.2億千瓦，合計占全國全口徑發(fā)電裝機容量的21.05%；全口徑并網(wǎng)風(fēng)電和并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電量合計5331億千瓦時(shí)，占全國規模以上電廠(chǎng)總發(fā)電量的9.8%。
“根據預測，2030年全國新能源總發(fā)電量占比將達20%，2050年高達48%。未來(lái)高比例新能源電量的電力系統將從局部地區逐步向全國擴展?！惫鶆Σㄖ赋?。
中電聯(lián)行業(yè)發(fā)展與環(huán)境資源部副主任張琳表示，“十四五”時(shí)期，“風(fēng)光”將成為可再生能源開(kāi)發(fā)的主題增量?！案鶕A測，2025年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機均突破4億千瓦，非化石能源裝機占比將超過(guò)50%，電力碳排放強度將降低5%?！?/span>
水電水利規劃設計院總院副長(cháng)易躍春指出，按照努力爭取2060年前實(shí)現碳中和的目標，經(jīng)測算，可再生能源大約將占我國一次能源消費總量的75%左右。
經(jīng)濟和安全問(wèn)題待解
根據中國人民大學(xué)應用經(jīng)濟學(xué)院教授鄭新業(yè)提出的“能源不可能三角”理論，任何一種能源都無(wú)法做到既供給充足，又價(jià)格便宜、清潔環(huán)保。高比例的清潔電源并網(wǎng)后，“經(jīng)濟賬”和“安全賬”如何算？
對此，易躍春表示，近中期提升新能源消納能力的主要障礙不是技術(shù)問(wèn)題，而是經(jīng)濟和機制問(wèn)題?！半娏ο到y硬件結構決定了新能源消納潛力，但政策和經(jīng)濟激勵決定了消納潛力能否充分發(fā)揮。近中期看，‘挖潛’是促進(jìn)新能源消納最經(jīng)濟、有效的措施?！?/span>
目前，國家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區域內大型新能源場(chǎng)站4000多個(gè)，西北新能源場(chǎng)站超1500個(gè)，分布式發(fā)電約170萬(wàn)個(gè)。郭劍波預測，未來(lái)我國新能源發(fā)電單位將達數千萬(wàn)，氣象環(huán)境、運行控制等信號可達數十億，系統調度運行極其復雜，控制配置措施和實(shí)施難度大?！耙阅呈〖夒娋W(wǎng)為例，在火電最小技術(shù)出力50%條件下，新能源消納問(wèn)題十分突出。當新能源發(fā)電量占比達30%時(shí)，新能源限電率將達23%，且此時(shí)已出現全部由新能源供電的時(shí)段。
“2019年，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區內，新能源日最大功率波動(dòng)達1.07億千瓦，占其裝機的31%，預估2050年新能源日最大功率將超過(guò)10億千瓦?！惫鶆Σㄕf(shuō)，“波動(dòng)功率與屆時(shí)常規電源火電、水電總裝機容量相當，僅靠常規電源調節難以應對新能源日內功力波動(dòng)，新能源消納挑戰巨大?！?/span>
“同時(shí)，新能源尖峰出力功率大、電量小，保證尖峰出力需調動(dòng)巨大的靈活性資源，但對全年發(fā)電量貢獻極小。未來(lái)，高比例新能源電力系統中保證尖峰出力的全額消納代價(jià)大?！惫鶆Σㄖ赋?，2018年，新疆電網(wǎng)風(fēng)電出力陡增至890.5萬(wàn)千瓦，占風(fēng)電裝機容量的46%，持續時(shí)間僅為5分鐘，累計電量74萬(wàn)千瓦，但對應的電量?jì)H占全天風(fēng)電發(fā)電量的3.3%。
安全方面，郭劍波直言，新能源大規模接入擠占常規機組開(kāi)機空間，或出現系統運轉調頻能力下降、無(wú)功支撐不足、電壓穩定問(wèn)題突出、越限風(fēng)險增加等問(wèn)題。
靈活電力系統是大勢
對于高比例新能源電力系統情景下電力系統的變化，郭劍波認為可能會(huì )有兩種演化方式：通過(guò)改造新能源電站，使其具有同步發(fā)電機的特性；改造傳統發(fā)電站使其具有逆變器特性，在此方式下，系統的穩定性、分析理論和方法都將不同于傳統電網(wǎng)。
而針對新能源既不參與電力平衡調節，也不參與電量平衡調節的“權責利”問(wèn)題，郭劍波表示：“新能源發(fā)電因不確定性、邊際成本低等特點(diǎn)，電力電量總量充盈與時(shí)空不平衡矛盾突出，將催生新的商業(yè)模式，市場(chǎng)和政策及只需考慮新能源與常規電源以及用戶(hù)的配合，協(xié)調市場(chǎng)內多利益主體?！?/span>
易躍春指出，未來(lái)，數字化和信息化技術(shù)將被廣泛應用，推動(dòng)系統安全性和靈活性大幅提升。電力系統靈活性從目前的發(fā)電側為主向發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶(hù)側并重轉變，構建適應高比例可再生能源的智能電力系統?！傲硗?，可再生能源加速發(fā)展面臨的空間發(fā)展約束開(kāi)始顯現，‘十四五’要關(guān)注其開(kāi)發(fā)與國土空間規劃的銜接?！?/span>
