“两个50%”目标下典型东部电网的挑战与应对

谈 健 李 琥 葛 毅 周 奎 贡晓旭

（1.国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏南京210008；2.清华四川能源互联网研究院，四川成都610000）

0 引言

党的“十八大”以来，习近平总书记提出的能源革命战略思想为做好新时代能源工作指明了努力方向，构建清洁低碳、安全高效的能源体系是推动中国能源革命的本质要求[1]，其中能源清洁化和终端电气化建设已成为能源革命的重要内容。

2019年，国家电网公司提出了到2050年实现“两个50%”的重要判断[2]，指出到2050年，我国能源清洁化率和终端电气化率将均达到50%。在达到“两个50%”过程中，电处于能源供给和消费革命的关键位置[2]：电是风、光等清洁能源转化利用的中间载体，同时也是能源终端利用的主要形式。因此，推进“两个50%”目标实现，将是电网企业贯彻国家能源革命战略的光荣使命。与此同时，“两个50%”目标的提出，也对加快电网转型升级提出了前所未有的要求。首先，清洁能源尤其是新能源所固有的波动性、间歇性和不确定性等特征将给电力系统规划运行带来巨大压力[3-4]。而在电气化方面，作为推进电气化建设最重要的承载，电网还需进一步攻坚克难，深化各领域、各行业的电气化建设，提高服务水平，促进能源消费方式的转变。

东部沿海是我国经济最为发达的区域之一，电力能源发展水平居全国前列，在推进“两个50%”方面具有代表性。同时，东部电网又具备其特殊性，能源资源匮乏与能源需求旺盛的矛盾始终存在，属于能源受端，综合能源自给率低。从指标现状来看，东部沿海省份大多在电气化方面走在全国前列。然而，由于长期依赖煤炭等化石能源等因素，多数东部省份的能源清洁化率均低于全国平均水平，清洁替代仍然任重而道远。

为助力东部沿海省份的能源清洁化和终端电气化建设，本研究首先从“两个50%”下的电力系统特征出发，以东部沿海××电网为对象，明确了“两个50%”目标下其面临的挑战，最后为深化推进能源清洁化和终端电气化建设提出了应对建议。

1 “两个50%”目标下的电力系统特征

在“两个50%”目标下，电网将逐步从单纯的能量转换、传输、应用的载体，向服务于全社会的资源优化配置平台演变，表现出相应的突出特征。

1.1 生产消费多元化

原有集中发电和传统用电格局将迎来变革，越来越多的新型能源业态将构建多元化的能源生产消费方式，极大地扩展能源生产消费模式与市场交易形态，催生众多的市场交易主体，人人都能参与到能源的生产、消费和交易之中。

1.2 能源输配协同化

多能源耦合特性逐步增强，以技术成熟的交直流输电技术为基础，形成以电网为骨干网架，借助高效的气电转换、热泵与广泛应用的冷热电三联供等能量转换技术构建的多能耦合网络[5]，真正构建起以电为中心的“能源互联网”，充分发挥各分布式资源的集聚效应与协同优势。

1.3 信息物理融合化

既要求加强信息网络建设，依托“大云物移智”技术构建广泛互联、全域感知、高效运转的信息网络，同时也要求电网物理网络与信息网络高度集成互联，支撑电网与用户的双向互动，电网由传统控制管理模式向开放双向经营模式转变[6]。

2 “两个50%”带来的挑战

为更具体地明晰“两个50%”目标下东部受端电网所面临的挑战，研究建立了能源-电力-经济模型（图1），开展以能耗水平、部门需求、终端消费及环境影响等为基础的能源发展趋势预测，对能源清洁化率和终端电气化率的演变路径进行了定量分析。

基于该模型，以××电网所在区域为具体案例开展分析，结果表明：为了达成在2050年实现终端电气化率50%的目标，该省需进一步深化工业、交通领域的电能替代。随着未来电力需求的大幅增长，考虑到能源清洁化率指标，新增电力需求将主要由非化石能源提供。

因此，未来电能结构是影响非化石能源消费占比的关键因素。

通过测算，若要达成能源清洁化率达到50%的目标，新增电力需求的75%以上需要由非化石能源提供。若不增加区外清洁电力引入，即使在积极大规模开发可再生能源的条件下，2050年该省能源清洁化率仍低于35%，因此区外清洁来电将成为关键因素。

2.1 电网发展挑战

随着“两个50%”目标的逐步推进，风、光等可再生能源大力发展，火电定位调整，形成一种全新的高度清洁化电源格局，同时也给电力系统的规划运行带来了相应挑战。

2.1.1 资源负荷逆配挑战

××电网所在区域具备一定的可再生能源资源，但发展潜力有限[7]，仅从现有资源角度考虑，即使在大规模开发可再生能源的条件下，区外来电仍将是其清洁电力需求的主要来源，是影响能源清洁化率的关键因素。

因此，从区外来看，该受端电网需大规模购入外来电力，对通道和调度提出了更高要求。而从现状来看，区外电力送电时序与规模存在较大不确定性，且规划项目的通道资源极为有限。从区内来看，因资源与负荷逆向配置的关系，本地电源中大部分的风电、光伏等装机将集中在北部和沿海地区，海上风电基地大规模投产后，可再生能源发电装机和电力负荷的逆向分布趋势将更加明显，区内送电压力不断增大，需要进一步提高电能传输水平和调度水平。

同时，随着海上风电规模不断扩大且不断向远海延伸，与大规模海上风电相匹配的柔性输电技术的需求也将不断增加，对电网发展提出了更高的技术要求。

2.1.2 系统稳定性挑战

随着越来越多的风电、光伏等可再生能源通过电力电子变换装置接入电网，以及柔性直流输电技术、直流配电技术、负荷侧电力电子装置的不断涌现，系统中电力电子装备将不断增加，导致系统惯性降低[7]，威胁系统安全稳定运行。

2.1.3 海量互动需求挑战

随机波动的风电和太阳能发电成为主力电源，对于调频、负荷跟踪能力的需求大大增加[8]，除了传统机组之外，对于新兴灵活性资源的需求大幅增加，储能、虚拟电厂等应用需求逐步扩大，越来越多的主体将参与到源网荷互动中，互动需求呈指数增长，对信息系统建设、运行提出了更高要求。

图1 “两个50%”指标演进计算模型示意图

2.2 企业经营挑战

电能作为能源市场的商品，既关乎国计民生，也关乎电力企业的经营效益。随着生产侧清洁化和消费侧电气化比例的不断提高，高比例清洁能源广泛接入对电网的生产运行产生了重要影响，影响线损等核心经营指标。同时随着电力体制改革推进，电网传统经营模式逐步改变，电力交易“去中心化”特征逐步凸显，必将带来终端客户和电量的流失，严重影响营收水平。

3 应对建议

3.1 电网发展

3.1.1 扩大清洁能源供应

对内支持可再生能源开发和核电建设，有序规划海上风电开发布局与开发时序，加快配套电网送出工程建设；对外充分利用已建通道，加强与送电端的协调，提升通道利用率和清洁电力比例，结合各地电源建设时序预先开展新建通道可行性研究。

3.1.2 打造柔性传输网络

主网层面构建联系紧密的交直流混连主干网架，满足清洁能源丰富地区、沿海地区大规模清洁能源和核电接入消纳需求，持续提升负荷集聚地区电网供电能力和抵御严重故障的能力；配网层面打造灵活智能配电网，克服大规模可再生能源并网带来的稳定性问题，提升配电网接入能力。

3.1.3 扩大储能灵活性资源建设

围绕故障恢复、应急防灾等方面充分开展储能服务电网稳定运行的应用研究，推进抽水蓄能建设的同时，通过区外投资等方式参与区外新增抽水蓄能项目的建设，增加可调节资源。创新开展可再生能源制氢、盐穴压缩空气储能、飞轮储能等新型储能应用。

3.1.4 多措并举优化电网规划运行

开发可再生能源与主动负荷响应、分布式储能（包括电动汽车）、输电网相协同的配电网规划模型与方法，充分利用广域内分布式能源时空互补性，建立多级调度电网互动响应机制，因地制宜开展区域内、区域间的风光水火联合调度运行。

3.2 企业经营

面对售电收入面临的挑战，电网企业应发挥自身规模、平台优势，转变经营思维，积极开展数字化转型，全面服务政府、服务企业、服务客户、服务市场，通过项目咨询、项目投融资、规划设计、建站并网、工程实施、运营管理、运维检修、供能服务、增值服务等方式，提供“专业化、流程化、标准化、可视化、系统化，智能化、互动化”的“一站式全流程”能源服务，打造“集约高效、经济适用、智能绿色、安全可靠”的用能环境，构建互利共赢、开放共享的能源互联网生态。

4 结语

作为典型的能源受端电网，××电网在推进“两个50%”目标下面临的诸多挑战也是摆在若干东部沿海省份面前的共性问题，需要协调好优化能源结构与保证能源供应二者的关系，大力推进能源供应清洁化和能源消费电气化建设，在电网建设和企业经营两方面精准发力，高质量推进“两个50%”目标的实现。