“双碳”目标下，如何构建新型电力系统

时春林

摘要：随着碳达峰、碳中和目标的提出，加快构建以新能源为主的新型电力系统，破解从以煤电为主的传统能源消费结构向以新能源为主的能源消费结构转型的制约因素，正影响着我国能源低碳转型的进程。“实现‘双碳’目标，能源是主战场，电力是主力军。电力行业要加快形成以新能源为主体的电力供应格局。”

关键词：“双碳”目标;新型电力系统

1对新型电力系统的认识

一是关于新能源的定义。新能源相关技术已经发展得较为成熟，但其定义一直不断变化与更新。综合国内外关于新能源定义的有关描述，新能源的基本定义是相对于传统能源而言，在新技术基础上加以开发利用的能源。对于现今的电力行业来说，光伏发电、风电是当前全球技术经济最成熟、发展最快、规模效应最大的两种发电类型，是可预期的新能源主要增量来源，因此后文中新能源特指风、光新能源。二是对于以新能源为主体的认识。在新型电力系统的建设发展过程中，新能源将逐步占据电量主体、出力主体和责任主体的地位。新能源主体地位的第一性应表现为电量主体，新能源电量的多少直接关系碳减排量的多少，“双碳”目标也对新能源电量和占比提出了明确要求。新能源电量的主体性，是新型电力系统的最终目标和主驱动力。新能源也将逐渐表现为出力主体。据估测，2060年，新能源机组出力占系统总负荷大于50%的累计时段可达全年时长的46%，表明全年近一半时间的新能源机组出力可占主体地位。新能源必须成为支撑新型电力系统的责任主体。新能源作为主体电源，必须具备自主支撑电网电压和频率的能力。目前在不具备这些能力的情况下，部分国家对新能源机组出力占比进行了限制。新能源发电量占据主体地位、新能源机组承担支撑系统运行的主体责任是新型电力系统建成的两个重要标志。

2“双碳”目标的背景及我国能源结构分析

“双碳”目标提出后，社会各界积极采取行动，制定行动方案，综合采用减少碳排放、增加碳汇及负排放技术实现“双碳”目标。能源结构转型是实现“双碳”目标的主要途径。在能源生产侧，推动清洁能源替代化石能源（目前主要以电能形式利用）;在能源消费侧，推动电能替代以降低社会整体碳排放，因此，电力行业是实现“双碳”目标的主战场。按照多方预测，2060年我国一次能源消费总量约为46亿吨标煤，其中非化石能源占比将达到80%以上，风、光将成为主要能源，且主要转换成电能进行利用;终端能源消费方面，交通、建筑、工业等行业纷纷将电气化作为实现“双碳”目标的重要举措，2060年时电力占终端能源消费比例将达到79%-92%。据国网能源院预测，2060年我国全社会用电量约为15万亿千瓦时，电源总装机将达到80亿千瓦。其中，新能源（风光，不含生物质，下同）装机规模将达到50亿千瓦，占比超过60%，电量占比超过55%，逐渐成为电量供应主体;水电、核电、火电等同步发电机组装机占比约为23%，电量占比低于40%，仍有较大比重。为实现“双碳”目标，需要对能源结构进行清洁替代、电能替代两个转型，并构建以新能源为主体的新型电力系统。电力将变为基础能源，电网将成为能源供应、消费以及传输转换的关键环节。

3“双碳”目标下，构建新型电力系统的有效措施

3.1加快调整电源结构，有效建立市场机制

推进能源供给革命，紧紧抓住能源绿色低碳发展这一关键，加快发展非化石能源，坚持集中式和分布式并举，大力发展风电、光伏发电等新能源，科学有序推进水电开发，安全稳妥推进核电开发，不断提高能源结构清洁低碳化水平。有序发展气电，发挥气电作为调节电源在新旧系统交替中重要的过渡桥梁作用。加快电气化进程，积极推进钢铁、水泥、有色等重点行业加快电能替代，推广电驱动、电加热等技术，大幅提升建筑交通领域电气化水平。积极参与全国碳市场建设与运行，健全管理体制机制，提升碳市场应对和管理能力。研究碳排放权、用能权及電力市场等多市场耦合发展管理模式，充分发挥市场机制在资源优化配置中的决定性作用。推动电力市场、碳市场融合发展，将电力市场和碳市场的交易产品、参与主体、市场机制深度融合，形成低碳绿色“产品”在各环节的市场竞争优势，进一步激发全社会减排动力。充分挖掘需求侧响应资源，推动电力系统由“源随荷动”向“源荷互动”转变。

3.2高质量推进电力系统示范区建设

推进新型电力系统建设，需要对诸多新技术、新设备、新策略、新模式进行集中验证和经验积累，示范区建设是载体，试点项目是支撑。落实国家电网有限公司“顶层设计、系统谋划，安全第一、确保供电，创新驱动、示范引领，政策配套、机制保障”的原则要求，围绕“五位一体”新型电力系统示范区建设初步思路，探索推动煤电+CCUS、多元新型储能组合应用、新能源+储能+调相机、规模化V2G、电-氢协同、柔性直流组网等试验示范项目建设，做好技术验证储备、商业模式论证和运营经验总结，形成可推广的整体模式，为新型电力系统建设打造示范样板。

3.3解决好安全问题

在“碳达峰、碳中和”目标下，随着生产和消费侧电能占比的提高，电力作为基础能源的作用和地位愈加重要，而电力生产又以强不确定性的风光为主，各时空尺度的能源安全（主要体现在电力）挑战巨大，从毫秒级的设备安全、秒/分的运行控制安全、小时/天调度安全、周/年的供给安全，以及物理、功能、跨行业和社会等广义空间尺度的安全，需要从全社会的视角审视电力安全问题，需要通过创新解决电力安全问题。

3.4需突破大规模新能源高效消纳、先进储能、氢能等关键核心技术

大规模新能源高效消纳技术是新型电力系统建设的关键，需集中突破新能源发电场站和集群精确建模技术、新能源发电监测与预测技术。在新能源消纳方面，需突破源网荷储协调规划技术、概率化电力电量平衡与全景运行模拟技术，以提升电网大规模新能源承载能力。电力电子装备接入电网的稳定运行控制技术。系统运行控制技术亟需变革创新，需研究和突破高比例电力电子化设备接入系统后的稳定性难题、特大型交直流串并联复杂大电网数字化调控技术、新型电力系统安全稳定防控体系重构技术，以及针对极端天气和外部攻击的主动防御与快速恢复技术。先进储能及应用技术。储能是未来新型能源系统的重要应用技术，其中，推进电动汽车规模化应用，有利于节能减排，实现用户侧调节电力需求;进一步推动抽水蓄能电站、压缩空气储能、超导磁储能系统等技术应用，研究和应用系统集成与调控技术，将满足新型电力系统安全稳定运行需求。氢能相关技术。氢能是一种理想的零碳能源。通过风光等新能源电力制氢，将氢与燃料电池结合发电，以此形成氢能产业生态圈，有助于加快构建低碳化的氢能供应体系。同时，发展电解水制氢技术，利用弃风、弃光、弃水资源制取“绿氢”，在碳中和进程中与可再生能源无法发挥作用的领域实现互补。

4结束语

从发展阶段来看，近期是能源转型期，任务是市场、法规、技术的研发;中期是新型电力系统形成期，完善政策法规和市场电价机制，解决新型电力系统构建和安全运行问题;远期是新一代能源系统形成期，解决能源近零排放和能源电力安全问题，全面建成以新能源为主体的新型电力系统。碳达峰、碳中和是一个复杂的系统工程，要统筹各地区、各行业，兼顾经济—安全—环境多目标，改革创新政策法规、市场电价和技术，唤起全社会的节能和减碳意识，调动各方面的积极性，降低能源强度，平稳有序地实现碳达峰、碳中和。

参考文献

[1]刘军会，杨萌，邓方钊，程昱明，丁岩，卢丹，王江波，高泽.双碳目标下河南省构建新型电力系统成本分析[C]//河南省电机工程学会2021年优秀科技论文集.，2021：136-140.

[2]马钊.“双碳”目标倒逼新型电力系统建设提速[N].中国能源报，2021-03-22（004）.