新能源在新型电力系统中的研究分析

窦寒竹，陈吉祥，张 阔

(国网浙江省电力有限公司天台县供电公司，天台 317200)

0 引 言

2021年3月，习近平总书记在中央财政委员会第九次会议上强调，要深化电力体制改革，建立以新能源为主体的新的电力体制。这是一个至关重要的新思路，它为能源和电力行业提供了基本基础，指出了前进的方向，并指出了未来电力系统的破坏性创新。此前，国家发展和改革委员会、国家能源管理局以及能源和电力行业提议建立一个适合发展高比例可再生能源的新电力系统[1]。

电力行业的“碳达峰，碳中和”和进度对双碳目标的实现和影响较大，因此必须加快构建以新能源为主题的新型电力系统[2]。基于以新能源为主体的新型电力系统体系构建后，风电和光伏发电将会迎来发展的挑战和机遇，由于风电和光伏发电具有间歇性和波动性的特征，而储能是解决新能源发电不稳定的重要工具，所以未来储能发展是必然的趋势[3]。随着常规火电机组的有序退网和大规模的新能源发电并网，以及大量、高比例电力电子元件输电设备的投运，未来电力系统的稳定性将会有所降低，传统的技术手段已经无法适应电网的运行需求，所以需要数字智能技术和传统电力技术深度结合，才能促进电力系统安全、稳定和高效的运行[3]。

1 电力系统的现状

我国新能源产业发展迅猛，近十余年都以30%以上的超常速度增长，如今我国已是全球风电和光伏发电规模最大、发展最快的国家。据国家能源局有关统计，截至2020年底，我国新能源发电装机总规模5.6亿千瓦，位居全球首位，占总装机比重25.5%。其中：风电2.8亿千瓦、光伏发电2.5亿千瓦、生物质发电2952万千瓦，风电、光伏发电新增装机接近1.2亿千瓦，约占全国新增发电装机的62.8%。风电、光伏发电量7 270亿千瓦时，占总发电量比重9.5%，同比增长0.9个百分点。这些都表明我国新能源绿色电能替代作用不断增强，有力支撑了能源绿色低碳转型[4]。

据两大电网公司有关数据统计，2020年，国家电网公司经营区域内，新能源市场化交易电量1577亿千瓦时，占新能源发电量的21.7%。其中，新能源跨省跨区交易电量920亿千瓦时，新能源与大用户直接交易、发电权交易等省内新能源交易电量657亿千瓦时。南方电网公司经营区域内，消纳新能源电量1 022亿千瓦时，同比增长27%，新能源利用率99.8%，基本实现全额消纳。其中，新能源市场化交易电量96亿千瓦时，占新能源发电量的17.3%。

2 “双碳”目标下新型电力系统的建设方向

目前，要构建高效的能源体系和新型的电力体系只有选择科技的改革和创新这条道路，随着能源和新型电力领域的全面发展，新能源被广泛的应用于新型电力系统中。随着电力系统设备的需要满足新技术的要求和开发就面临着不断的创新改革和突破，为了构建多位化和立体化体系的新型电力系统，需要对新型电力系统的建设方向研究，具体技术研究方向和途径如下：

(1)大电网(骨干网架)建设

随着新能源应用于新型电力系统后，需搭建一个灵活可靠配比新能源、智能和深度调峰的合理体系和系统。围绕大型能源基地的跨区域输送、调度能力和储能的推广，从大电网建设角度看，重点在于满足大型能源基地与负荷中心的联通通道需求，以及负荷中心区域内调配通道能力。结合我国清洁能源资源区位禀赋因素，大型能源基地配套调峰机组以实现稳定外输效果(参考青海-河南特高压直流线路输出端的海南州风-光-水互补新能源基地)；与跨区域输送能力相配套，电网新一代调度系统的推广应用有望提速。

(2)储能建设

储能应用场景丰富，在新型电力系统中的应用前景广阔，具体应用领域可分为发电侧、电网侧和用户侧三大类以及多种子场景：

(1)发电侧：火储联合调频，稳定输出功率；新能源发电配储，平抑出力波动，提高消纳等；

(2)电网侧：调峰、二次调频、冷备用、黑启动等；

(3)用户侧： 峰谷套利、需量管理、动态扩容，用户主要分为家庭、工业、商业、市政等；

(4)微电网：主要为离主电网络较远的无电、弱电地区，需要自建电网，可采用可再生能源与储能作为解决方案；

(5)分布式离网：4G/5G 基站供电、风景区驿站供电、森林监控站供电、油田采油站供电、高速加油站供电等。

(3)配电网建设

“双碳”目标下，新能源的接入比例持续提升，集中式与分布式并进的格局有望持续强化，要求配网逐步向供需互动的有源网络过渡。用电形式多样化与能源结构清洁化，预计将加速配网系统的复杂化和功能多样化，对配网系统的安全、智能、高效、开放、低碳要求不断提升[5]。

3 新能源为主体的新型电力系统的构建

我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。我们要提高对“双碳”目标的认识，实现这一目标的目的,是为了破解温室效应和气候变化带来的威胁，以清洁绿色方式满足人类用能需求，提升经济社会的可持续发展能力，进而提升人类福祉[6]。我们既要确保如期实现“双碳”目标，又要在实施路径中，充分考虑成本与效益的关系，综合考虑转型发展与保持经济竞争力的关系，尽可能做到低成本减碳、高质量发展。

以新能源为主体的新型电力系统，包括：新能源为主体的电源结构，高弹性的数字化、智能化电网，源网荷储、多元互动，及以电为中心的综合能源服务体系等，通过统一高效、有机协调的电力市场，实现电力系统各环节紧密链接、稳定有序，为经济社会发展提供源源不断的动力支持。

3.1 新能源为主体的电力供应

保持风电、太阳能发电快速发展。坚持集中式和分布式并举，大力提升风电、光伏发电规模。在开发、送出和市场消纳协调发展的前提下，在“三北”地区建设以新能源为主体的清洁化电源基地，实现新能源集约、高效开发。积极开发中东部风能、太阳能资源，有序发展海上风电，加快东南沿海海上风电基地建设。以风电、光伏发电的大规模开发利用，推动风电、光伏发电技术进步和成本降低，完善新能源发电服务体系，不断提升新能源发电的竞争力。

积极推进水电、核电、气电电源的开发：以西南地区主要河流为重点，加快推动流域调节作用强的龙头电站开发，实施雅鲁藏布江下游的水电开发。根据相关科研人员和大数据统计：全国2025、2030、2035年以新能源为主体的电力供应格局统计见表1。

表1 2025、2030、2035年新能源电力供应格局统计表数

3.2 建设高弹性、数字化、智能化电力系统

打造多元融合高弹性电网。适应高比例新能源、高比例电力电子设备需要，促进系统各环节全面数字化、智能化。建立全网协同、数字驱动、主动防御、智能决策的新一代调控体系。加强源网荷储多向互动，多能互联，推进多种能源形式之间的优化协调，提高电力设施利用效率，提升整体弹性。加强预测预警体系建设，保障极端事件下的电力系统恢复能力。

持续开展煤电机组灵活性改造。煤电功能定位由主体电源逐步转变为调节电源，需大规模实施煤电机组灵活性改造，从整体上提升机组的灵活调节能力。要加强规划引导，有序安排改造项目，30万千瓦、60万千瓦亚临界机组，应优先实施灵活性改造。同时要完善辅助服务补偿机制，保障煤电机组的合理收益。

大力加强储能体系建设。加快抽水蓄能建设。既要推进单机容量30万千瓦以上、电站容量百万千瓦以上的抽水蓄能项目建设，又要因地制宜，建设中、小型抽水蓄能项目，对具备条件的水电站进行抽水蓄能改造。完善电动汽车参与系统调节的激励机制，不断提升电动汽车与电力系统互动水平。鼓励各类电化学储能、物理储能的开发应用。

4 结束语

面对“双碳”目标，电力行业任务艰巨，我国经济双循环发展新格局、新型城镇化建设和电气化进程加快，将推动电力需求保持刚性增长。从电力的特性看，传统能源、新能源转换为电力，是提升能源利用效率的有效途径。随着全社会电气化水平的提升，更多碳排放从终端用能行业转移到电力，电力行业碳减排压力将持续加大。在此背景下，加快构建以新能源为主体的新型电力系统，是电力工业促进自身碳减排、支撑全社会碳减排的必由之路，是实现电力工业高质量发展的必然选择。