探索“双碳”目标下促进新能源消纳的电力产供储销体系建设路径

■特约撰稿陈皓勇

2021年12月8～10日，中央经济工作会议在北京举行。会议提出，传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上。要立足以煤为主的基本国情，抓好煤炭清洁高效利用，增加新能源消纳能力，推动煤炭和新能源优化组合。要狠抓绿色低碳技术攻关。要科学考核，新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制，创造条件尽早实现能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，加快形成减污降碳的激励约束机制，防止简单层层分解。要确保能源供应，大企业特别是国有企业要带头保供稳价。要深入推动能源革命，加快建设能源强国。中央经济工作会议为今后一段时间能源产供储销体系建设提出了要求，明确了方向。

2020 年9 月22 日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上表示，中国“二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。2021 年9 月22 日，中共中央、国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。2021 年10 月24 日，国务院印发《2030 年前碳达峰行动方案的通知》。2021 年12 月28 日，国务院印发《“十四五”节能减排综合工作方案》。2022 年1 月24日，习近平总书记在主持中共中央政治局第三十六次集体学习时强调，我们必须深入分析推进碳达峰碳中和工作面临的形势和任务，充分认识实现“双碳”目标的紧迫性和艰巨性，扎扎实实把党中央决策部署落到实处。这一系列重要指示和文件精神从全局和战略的高度指明了我国推动绿色低碳发展、增强能源安全保障的方向和路径。

当前全球能源危机凸显，欧洲、美国、亚洲遭遇能源供需矛盾的冲击，天然气、原油、动力煤和电力价格均大幅上涨。很多人担心能源危机是否会引发全球性通胀或滞胀。在全球能源供需紧张、国外市场价格普遍大幅上涨的形势下，党中央统筹全局、科学决策，果断部署一系列正确有效的措施。当前，煤炭价格回归合理区间，电厂存煤达到历史同期最高水平，电力供应持续平稳，天然气资源供应较为充足，能源保供稳价工作已取得阶段性成效。能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要，加强和完善能源产供储销体系建设是实现能源安全的必由之路。面对全球能源危机和能源转型的大背景，本文拟对促进新能源消纳的电力产供储销体系建设问题展开初步探讨。

电力产供储销体系的特殊性

与其他商品显著不同，电力商品的产供储销是基于电力系统这个世界上规模最庞大、层次最复杂、资金和技术最密集的人造工业系统而建立的，而且与其他能源商品紧密关联。市场化后的电力系统成为复杂的“工程-经济”耦合系统。电力系统的经济性和安全性是一体两面，而经济性建立在安全性的基础上，离开了安全性，电力系统的经济性就无从谈起。因此，为在保证安全性的前提下提高经济性，需要对其物理、经济、社会等特性进行深入分析。在电力体制改革不断深化的背景下，市场元素的加入使得原本就已十分复杂的电力系统变得更加复杂，各种关系交织在一起，难以厘清，需要寻求有效的分析方法。与其他商品市场不同，电力与能源的生产、储运、配售、消费往往需要通过各种类型的网络来进行。由于本质上这些网络传递的都是能量，只是表现形式不同，所以可以统称为能量网络。能量网络包含不同类型能源的子网（电网、热网、燃气网等），而各种子网之间又通过能量转换设备（比如发电机、泵、空调和热水器等）相连。

由于信息通信技术（ICT）的飞速发展，在物理层面的能量网络的基础上，又可建立基于传统自动化、互联网技术和“云大物移智链”等新兴技术的信息网络，以对能源生产、储运和利用设备进行调控。而电力与能源商品的交易及价值传递则形成价值网络，它是电力与能源价格体系的基础，并且受能量网络的物理规律和信息网络的优化模型制约。电力作为二次能源，其产供储销体系形成如图1 所示的三层网络结构，这三层网络是紧密耦合、相互关联的。

电力产供储销体系中流通的商品是以看不见摸不着的能量形态存在的，是一种十分特殊的商品。在电力系统中，电压、电流等物理量服从电磁场的基本规律——麦克斯韦方程组，或在电路中简化而成的基尔霍夫定律。电网中能量的传输并非电荷物质的转移，而是电磁波沿导线的传播。各发电厂生产的电能一旦上网，在物理上就被同质化，无法再区分开来。因此，除点对点输电的特殊情况外（在实际电力系统中罕见），电力生产方都无法找到所生产电能的具体消费方；电力消费方也无法找到所使用电能的具体生产方。因此，从电力产供储销的角度看，电力系统的作用类似于水池。电力市场中所交易的，实际上是发电权和用电权，其核心问题也是发、用电权的竞争与分配和电费如何结算的问题。此外，由于物理层面的电能在时间和空间上均有连续性，在商品交易层面上，电能商品几乎是可以任意定义的，存在商品定义和定价机制的选择问题。

图1 揭示了电力系统与电力市场的复杂关系。从系统的视角，电力系统属于物理系统，而电力市场属于社会系统（经济系统）。电力市场作为微观经济系统，其影响贯穿电力系统规划、运行的各个环节，其规划设计的难度不低于电力系统工程项目，由于涉及不同市场主体的利益博弈，难度甚至更大。在电力市场设计过程中，也应该遵循一定的科学程序和方法论，相对科学严谨的电力系统设计方法也可以为后者的设计提供参考。2021 年诺贝尔物理学奖授予了“对我们理解复杂系统作出开创性贡献”的三个人。其中一半为表彰真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·哈塞尔曼（Klaus Hasselmann），原因为“用于地球气候的物理建模，量化变异性和可靠预测全球变暖”。另一半颁发给乔治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他“发现从原子到行星尺度的物理系统紊乱和波动的相互作用”。复杂系统理论正是理解电力与能源及其相关经济、社会、环境等系统的钥匙，如能加以研究和应用，必能为电力产供储销体系的建立提供全新的思路和方法。

“双碳”目标下电力产供储销体系的新特征

“双碳”目标下电力产供储销体系以新型电力系统为依托，光伏、风电等可再生能源将成为主要能源，同时有大量的分布式能源与灵活性资源直接接入用户侧。与传统电力系统相比，新型电力系统的形态结构将发生较大的变化。在传统电力系统中，大容量发电机组往往建在一次能源资源富集的地区，并通过超/特高压远距离输电技术输送到负荷中心。在新型电力系统中，风、光等可再生能源处处存在，因此电源将遍布于整个电力系统。有学者提出分层分群电网体系结构，即“将系统分解为群集（clusters）的层次结构和全局协调”及“每个集群（cluster）都保持自己的净功率平衡和局部自优化”。

电力产供储销体系也要适应新型电力系统的结构性变革，其主要特征可分为三个层面：

在发电侧，形成以新能源为主体的电力生产体系

各类电源的定位作用发生转变。在新能源安全可靠替代的基础上，实现传统能源的逐步退出。新能源从提供电量补充逐步成为提供电量支撑的主体电源。水电和核电仍然是保障电力电量供应的基础性清洁电源。煤电将转为以提供电力为主、电量为辅的备用保障电源。气电主要作为调节性和保安电源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、紧急事故备用作用。

高比例可再生能源接入。新能源装机占比、发电量占比将大幅提升。风电、光伏等可再生能源将以集中式与分布式相结合的形式接入电网。集中式如甘肃酒泉风电基地等，采取大规模风电集中式远距离传输等技术手段，把电能传递到负荷集中区；分布式如屋顶光伏等，通过接入本地配电网的方式就地消纳。

规模化储能与分布式储能并行。储能在电源侧、电网侧、用户侧同步发展、共同作用，提供可信容量，平抑新能源随机性、间歇性，减少弃风弃光，同时快速响应电网的调频、调峰需求，保障新型电力系统的安全可靠运行。未来智能电网的储能接入将会以规模化集中式新型储能与分布式小型储能并重的方式，通过智能终端根据储能参与电网调峰、调频的需求进行智能化管理。

在电网侧，形成以新型电力系统为依托的电力供销体系

网架结构更加多样复杂。伴随着可再生能源与可调节灵活性资源的分布式接入，新型电力系统催生电网结构逐步向“主干电网+中小型电网及微型电网”柔性互联形态发展。主网架向“合理分区、柔性互联、安全可控、开放互济”的形态转变，并保持相对独立的多个区域电网，以及区域电网通过直流输电或柔性背靠背互联的大格局。配网向“交直流混合柔性电网+智能微电网”等多种形式协同发展，促进分布式新能源高效就地消纳。

电网高度智能化。面对未来电力系统具有的源荷双重不确定性特征，电网的数字化与智能化将成为保障电力系统稳定高效运行的重要手段。数字电网发展即应用云计算、大数据、人工智能、区块链等新一代数字技术对传统电网进行数字化改造，发挥数据的生产要素作用，以数据流引领和优化能量流、业务流，增强灵活性、开放性、交互性、经济性、共享性等，使电网更加智能、安全、可靠、高效。

在负荷侧，以电能为核心的综合能源消费体系逐步建立

海量灵活性资源分布式配置。随着电力电子技术与控制技术不断进步，需求侧响应、虚拟电厂等可操作的灵活性资源参与电网运行的手段也得以迅速发展，电力系统调度运行模式将由以往的“源随荷动”逐渐向“源荷互动”转变。灵活性资源参与需求侧响应可以保障电力系统在消纳新能源时的稳定性与可调节性。

终端设备多元化与综合化。随着如电动汽车等的传统煤炭、石油用能设备的电气化转变，终端用能设备的电气化比例持续上升，智能家居、屋顶光伏与家用储能等终端将促进多元化的消费者主体市场形成，从单一供用电模式向电热冷气综合能源模式转变。电网也将与天然气、交通等多种基础设施网络高度融合。

促进新能源消纳电力产供储销体系建设路径

习近平总书记在中共中央政治局第三十六次集体学习时强调，实现“双碳”目标是一场广泛而深刻的变革，不是轻轻松松就能实现的。我们要提高战略思维能力，把系统观念贯穿“双碳”工作全过程，注重处理好四对关系：一是发展和减排的关系；二是整体和局部的关系；三是长远目标和短期目标的关系；四是政府和市场的关系。习近平总书记指出，推进“双碳”工作，必须坚持全国统筹、节约优先、双轮驱动、内外畅通、防范风险的原则，更好发挥我国制度优势、资源条件、技术潜力、市场活力，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局。具体举措包括：第一，加强统筹协调；第二，推动能源革命；第三，推进产业优化升级；第四，加快绿色低碳科技革命；第五，完善绿色低碳政策体系；第六，积极参与和引领全球气候治理。习近平总书记的讲话为“双碳”目标下电力产供储销的体制机制建设指明了方向。

由于新型电力系统包括高比例的风电、光伏等在内的多种可再生能源，出力具有很强的不确定性，在进行电源投资规划决策时要确保系统的发电资源能适应各种风力、光伏出力场景。此外，还应维持系统备用、调频能力、惯性水平、安全稳定裕度等，以确保安全可靠运行，并且具有足够的灵活性资源为新型电力系统提供各种辅助服务。

在“双碳”目标下，现代电力系统正逐步向高比例可再生能源和高比例电力电子设备（“双高”）的趋势发展。由于风、光等新能源具有随机性和波动性，给电网的调度运行带来诸多困难，如何提高电力系统灵活性已成为各方关注的焦点。由于新能源发电设备一般通过电力电子装置接入大电网，导致系统动态行为发生深刻变化，引发了一系列新型稳定性问题。在这样的背景下，电能作为商品，其价值相对于以传统化石能源发电和没有需求侧响应的电力系统更加多样化。在新能源大规模接入的背景下，电力除了电量价值、容量价值，还具有灵活性、安全性和弹性价值等多种不同的价值，对其开展分析和研究，需要建立在对新型电力系统运行特性深入认识的基础上，并紧密结合相关经济学理论。电力定价和电力市场设计应以对电能价值规律的深入分析为基础。在计划经济模式下，最理想的电价水平应等于电能的真实价值；在市场经济模式下，市场电价应围绕电能真实价值上下波动。

传统电力系统由大型集中式电厂生产电能，并经由多级升压和降压的输配电网到达电力用户，相应的集中式电力市场机制也形成电能商品从发电侧批发市场经大电网至用电侧零售市场的产供销体系。而在新型电力系统中分布式电源处处存在，不同层级的聚合商们也将参与到面向电力批发市场或本地电力零售市场的电能交易，并且出现“产销者”（即电力生产者同时也是电力消费者）的新角色。包括分布式发电、储能和柔性负荷在内的分布式资源，一方面将削弱大型发电企业对电能供应的垄断地位，提供灵活调节资源，另一方面所引发的复杂时变潮流也将给不同层级电网的规划、运行和保护带来新的挑战，并且催生全新的交易机制和商业模式。

在新型电力系统中，传统电力单一的“源随荷动”（即根据负荷变动情况调节发电功率）调度运行模式将转变为“源荷互动”的友好互动模式，柔性负荷、虚拟电厂等新技术和商业模式也受到广泛关注，正成为电力系统灵活性的重要来源，还可对保障电网的安全运行起到关键作用，为新能源的大规模并网消纳提供有力支撑。除电力产供储销的体制机制外，还应完善碳排放权定价机制，并加强碳排放权、绿色电力证书、用能权和电力交易等的有效衔接。这些改革内容在2022 年1 月18日国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》中已有所体现。■