中央財經(jīng)委員會(huì )第九次會(huì )議研究了我國實(shí)現碳達峰、碳中和的基本思路和主要舉措，提出“要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著(zhù)力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統”。
一、未來(lái)新型電力系統的構想
碳排放與人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)、能源、技術(shù)等多種因素有關(guān)，能源活動(dòng)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)現碳中和的主力軍。從數量關(guān)系上來(lái)看，實(shí)現碳中和，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、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、能源消費的電氣化三個(gè)方面著(zhù)手。構建以新能源為主體的新型電力系統是實(shí)現碳達峰碳中和的主要途徑，不僅使電力系統“發(fā)-輸（變）-配-用”全環(huán)節發(fā)生根本變革，也會(huì )使建筑、交通、工業(yè)等行業(yè)用能方式發(fā)生深刻變化。
電力系統的基本任務(wù)是將電能在電壓、頻率等參數合格的前提下安全、穩定、經(jīng)濟地分配給各用電負荷。在時(shí)間維度上，由于電能難以大規模存儲，電力系統的基本特征是必須時(shí)刻保持動(dòng)態(tài)供需平衡，包括有功功率和無(wú)功功率動(dòng)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，降低火電機組發(fā)電量占比；在電力平衡上，光伏、風(fēng)電置信容量低，據相關(guān)測算，我國水電可開(kāi)發(fā)裝機約6.6億千瓦（目前已開(kāi)發(fā)程度達到56%），沿海核電廠(chǎng)址資源約2億千瓦（含規劃在內的），我國目前尚沒(méi)有可大規模替代火電機組的有效途徑和方式。
二、面臨的風(fēng)險挑戰
由于新能源發(fā)電固有的強隨機性、波動(dòng)性和間歇性，以及通過(guò)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將呈現“一低、兩高、雙峰、雙隨機”的特點(diǎn)，即低系統轉動(dòng)慣量、高比例新能源+高比例電力電子裝備、夏冬負荷雙高峰、發(fā)電出力和用電負荷雙側隨機波動(dòng)，給電力系統安全穩定運行帶來(lái)重大挑戰。
電源側，最大挑戰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)現發(fā)電量高占比目標。據預測，在“3060”目標下，2030年風(fēng)光裝機將達到17億千瓦以上，發(fā)電量占比約24%；2060年風(fēng)光裝機將達到50億千瓦以上，發(fā)電量占比約67%。隨著(zhù)新能源滲透率的提高，新能源出力的波動(dòng)與負荷需求的波動(dòng)疊加后的凈負荷峰谷差明顯增大，電力系統需要解決調峰、調頻、靈活調節資源稀缺、低慣性、抗擾動(dòng)能力弱、新能源機組低/高電壓穿越等問(wèn)題。
在日電力平衡上，新能源的日波動(dòng)性大（據統計，國網(wǎng)區域風(fēng)電日最大波動(dòng)率約為23%、光伏日最大波動(dòng)率約為54%）、反調峰特性及光伏“鴨型曲線(xiàn)”問(wèn)題，使新能源對電力平衡支撐較弱，新型電力系統對靈活調節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，負荷為夏、冬高峰，加上季節性水電影響，季節性不平衡問(wèn)題日益凸顯。
風(fēng)光有效利用小時(shí)數低，相同發(fā)電量情況下需要約3倍煤電機組容量。新型電力系統下，實(shí)現發(fā)電量中新能源為主體，新能源的穿透率（新能源裝機/用電負荷）要遠高于100%，同時(shí)，現有技術(shù)條件下，煤電裝機客觀(guān)上仍需要隨著(zhù)全社會(huì )用電負荷增加而增加（優(yōu)先考慮水電、核電、氣電參與平衡后），進(jìn)而導致電力供應總體充裕，火電利用小時(shí)數不斷降低，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)數也會(huì )減少，系統成本和全社會(huì )用電成本明顯增加。
電網(wǎng)側，“一低、兩高、雙峰、雙隨機”的新型電力系統以及交直流混聯(lián)電網(wǎng)的復雜結構給電力系統實(shí)時(shí)平衡帶來(lái)巨大挑戰，電網(wǎng)需不斷提升系統實(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后，系統轉動(dòng)慣量減小、頻率調節能力降低，系統短路容量下降、抗擾動(dòng)能力降低，系統無(wú)功支撐能力降低，暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題突出，新能源機組存在大規模電網(wǎng)解列可能，增加了電網(wǎng)安全運行風(fēng)險，對電網(wǎng)調峰、調頻、電能質(zhì)量控制以及維持系統平衡提出了更高要求。
新能源較為經(jīng)濟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(lái)新能源開(kāi)發(fā)將集中式與分布式并重，“三北”地區新能源資源豐富但本地消納困難，仍需考慮外送問(wèn)題。風(fēng)光水火（儲）打捆外送對于保障受端穩定供應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)數低，高比例的風(fēng)光（儲）外送或導致通道利用率低、投資回報低，或使風(fēng)光裝機過(guò)剩以滿(mǎn)足設計輸送電量要求，都會(huì )影響項目經(jīng)濟性，因此未來(lái)如果配套火電機組不足，外送恐將成問(wèn)題。
另外，隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，未來(lái)新能源電量外送需求通過(guò)輸電線(xiàn)路抑或就地轉化為氫（或碳氫燃料）進(jìn)行輸運，需結合下游應用及技術(shù)經(jīng)濟性深入研究。
用戶(hù)側，多元、互動(dòng)、靈活的用能設備大量接入對配電網(wǎng)運行控制、終端電能質(zhì)量等造成重大影響。分布式能源、儲能、電動(dòng)汽車(chē)、智能用電等交互式設備大量接入，潮流流向將發(fā)生改變，電壓分布、諧波等影響配網(wǎng)電能質(zhì)量，終端無(wú)序用電將會(huì )增加凈負荷峰谷差，功率波動(dòng)問(wèn)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，安全穩定運行受到影響。同時(shí)，無(wú)論是電源還是電網(wǎng)若按傳統最大負荷進(jìn)行規劃，設備利用率則將會(huì )降低。
電能將逐步成為最主要的終端能源消費品種，從2000年到2020年，我國電能占終端能源消費比重從14.5%增長(cháng)到27%，年均提高0.6個(gè)百分點(diǎn)；據有關(guān)預測，2025年、2030年、2060年電能占終端能源消費比重有望分別達到30%、35%、65%以上，年均提高約1.0個(gè)百分點(diǎn)。終端電氣化對眾多領(lǐng)域用能方式將產(chǎn)生深遠影響。
儲能側，最大挑戰在于突破大規模、長(cháng)周期、高安全、低成本的儲能技術(shù)。大規模儲能是一種顛覆性技術(shù)，改變了電能難以存儲的傳統認知，如果新能源電量大比例通過(guò)儲能解決穩定供應問(wèn)題，則某種程度上實(shí)現了電能的發(fā)輸配用環(huán)節的解耦，使得電能如同超市中的商品一樣。
電力系統需要滿(mǎn)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）。在調頻方面，電化學(xué)儲能功率調節范圍大、響應速度快，調頻性能最優(yōu)，在啟動(dòng)速度上，電化學(xué)(秒級)>物理儲能（分鐘級）>燃氣發(fā)電（簡(jiǎn)單循環(huán)15～30min，聯(lián)合循環(huán)1～2h）>燃煤發(fā)電（冷態(tài)啟動(dòng)7～10h，熱態(tài)啟動(dòng)1.5～2h）。在容量型儲能技術(shù)方面，目前來(lái)看，抽水蓄能、（全礬）液流電池和壓縮空氣儲能，以及帶儲熱（100%負荷配置）的光熱發(fā)電，能夠解決新能源日內穩定出力的調節需求（需至少具備6～8h時(shí)長(cháng)的儲能）。
在多日、周、季等更長(cháng)時(shí)間尺度下，氫能（新能源直接電解水制氫）是一種長(cháng)周期化學(xué)儲能方式，在終端能源中作為電的重要補充（預測2050年前后氫能占終端能源消費的10%左右），可有效提高能源供應安全水平，適用于分布式熱電聯(lián)供、交通、冶金等多種場(chǎng)景，但是若再大規模集中地轉為電則仍需解決很多技術(shù)經(jīng)濟性問(wèn)題，而兼具常規水輪發(fā)電機組和抽蓄機組的混合式水力發(fā)電也可實(shí)現長(cháng)周期儲能，化石能源（煤、天然氣）本身就是一種可長(cháng)時(shí)間存儲的一次能源，但是火電機組的冷/熱備用狀態(tài)對啟動(dòng)時(shí)間、響應速度有較大影響，未來(lái)新型電力系統的負荷備用、旋轉備用、停機事故備用容量大小及方式選擇有待深入研究。
三、主要應對舉措
構建以新能源為主體的新型電力系統是一項系統工程，需要源-網(wǎng)-荷-儲全環(huán)節共同發(fā)力，依靠創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展，加快顛覆性技術(shù)突破，完善新型儲能價(jià)格形成機制及電價(jià)政策，加強電力市場(chǎng)建設。
一是優(yōu)化電力流總體格局，協(xié)同“資源優(yōu)化配置”與“負荷優(yōu)化配置”，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，將部分負荷由中東部向西南、“三北”地區布局，如“東數西算”工程，實(shí)現負荷需求與資源分布相適應；
二是統籌資源，推進(jìn)風(fēng)光水火儲多能互補，實(shí)現互補系統運行控制和調度的一體化，研究應用新能源高精度功率預測、主動(dòng)支撐、虛擬同步機等友好并網(wǎng)技術(shù)，提高新能源的出力穩定性和可調度性；
三是完善送受端網(wǎng)架，增強省間電力互濟，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)更能適應新能源的出力特性，優(yōu)化調度，提升電網(wǎng)對“源-網(wǎng)-荷-儲”的協(xié)同調度能力，提高系統消納能力和平衡能力；
四是提升源-網(wǎng)-荷靈活調節能力，如新建抽蓄、調峰氣電、煤電靈活性改造（深度調峰及快速啟停）、需求側響應、儲能等；探索V2G（Vehicle to grid）、V2H（Vehicle to home）、V2L（Vehicle to load）等應用場(chǎng)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?；虡I(yè)化應用，建立新型儲能價(jià)格形成機制，推動(dòng)氫制儲運用環(huán)節和燃料電池核心材料、關(guān)鍵零部件及裝備、系統研發(fā)示范；
六是實(shí)施數字化轉型升級，促進(jìn)微電網(wǎng)、虛擬電廠(chǎng)等新形態(tài)發(fā)展，利用先進(jìn)數字化和電力電子技術(shù)，加快智能、主動(dòng)、柔性交直流混合配電網(wǎng)的發(fā)展，提高新能源與負荷的“可觀(guān)、可測、可控”水平，提高電網(wǎng)主動(dòng)消納能力；
七是加快完善輔助服務(wù)市場(chǎng)、建立容量市場(chǎng)，不同市場(chǎng)主體電能價(jià)值具有多樣性，要通過(guò)完善電力市場(chǎng)予以體現和反映，發(fā)揮不同市場(chǎng)主體功能作用和積極性。
