加快构建新型电力系统保障能源电力安全——访清华大学信息国家研究中心研究员曹军威

■本刊记者 余璇 白歌/ 编辑 王睿佳

去年以来，新型电力系统逐步进入人们视野。新型电力系统在保障电力安全方面能发挥怎样的作用，构建新型电力系统面临怎样的挑战，如何应对“能源不可能三角”问题？本刊记者就此专访了清华大学信息国家研究中心研究员曹军威。

《中国电业与能源》：在保障电力供应方面，新型电力系统有何优势，存在哪些挑战，有何建议？

曹军威：新型电力系统在保障电力供应方面最大的挑战在于新能源发电的间歇性和不确定性。比如新能源发电的代表——风电和光伏发电，都会受到天气变化等多方面外部因素的影响，无法做出确定性的出力计划。另外，新型电力系统中，类似电动汽车充电这类随机性强的负荷比例增加，给负荷预测也增加了难度，总的体现为给电网调度带来更大的困难和挑战。

但同时新能源和储能的发展也给新型电力系统带来新的优势，比如分布式部署和实施带来的与用户互动的灵活性。分布式光伏和新型储能的发展，使得在楼宇/园区乃至城市/区域的范围内，实现源网荷储一体化的区域能源互联网成为可能。自下而上构建“局域消纳在先，广域互联在后”的能源电力基础设施，需要具备以下方面的技术特征。

能量层面主要体现为多能互补，比如充分利用风光储充、冷热电氢之间的互补关系。从电的角度，风电和光伏发电本身就有一定的互补性，风光虽然间歇性和不确定性比较强，但在一定范围和一定时段统计意义上是有规律可循的，可以充分利用风光发电的规律，与负荷变化的规律相适应，再辅助以储能的利用。另外可以跳出电，充分利用冷热电氢不同能源形式之间的相互转换关系，实现真正的多能互补。比如不同的应用场景可以统筹考虑蓄冷、储热、储电和制氢的经济性以及和不同负荷之间的匹配关系等。电力电子技术的应用是实现多能互补和能量转换的关键，未来新型电力系统也必然是高比例电力电子化的系统。

信息层面主要体现为最大限度地利用以“云大物移智链”为代表的新一代信息技术。比如新一代人工智能技术在负荷预测、新能源出力预测和储能电池寿命预测等领域都有很多应用；传感和通信技术的进步使得电网运行状态越来越透明，给电网实时安全稳定分析提供了可能；算力的飞速发展加上云边协同机制的建立，给基于大数据分析的能量管理系统发展带来新的机遇；区块链技术可以用于解决跨域多主体之间的信任协调问题，可以提高电力系统数据共享和交易结算等业务的效率；数字孪生、元宇宙和Web3.0 的兴起会进一步提升人机物融合的用户交互体验。

价值层面主要体现为适应我国新一轮电力体制改革的发展需要，进一步还原能源的商品属性，以市场机制提高资源配置的效率，以价值流影响信息流和能量流的变化。价值流也不仅仅体现为能量交易，还表现在绿色、低碳等多维度的价值传递，比如最近开始兴起的绿电交易和碳交易等。新一轮电力体制改革在售电开放的同时，提倡为用户提供更多的增值服务，激发了更多商业模式和创新创业。

《中国电业与能源》：未来新型电力系统发展的关键在哪里？如何才能处理好清洁低碳发展、电力供应安全和系统转型成本三者之间的平衡关系？

曹军威：未来新型电力系统发展的关键在于分层分级和分阶段发展。

首先是空间上的分层分级，可以从某个局部开始试点示范。比如在一个楼宇/园区层面，先尝试提高新能源渗透率，以及开展碳减排方面的工作，形成能源微电网和低碳园区的样板；然后再在一个城市/区域的层面，开展更大范围的能源互联和智慧城市的试点实施；最后在大电网层面，开展更大规模的高比例可再生能源场景的应用和实践，并实现整个行业的绿色低碳和高质量转型发展。

然后是时间上的分阶段部署和实施，比如煤电在很长一段时间在电力供应结构中的主体地位不能变，新能源还需要相当长的时间逐渐发展；“双碳”目标也不应该马上就开始一味地减碳甚至零碳负碳，还应该充分利用现在到2030 年碳达峰的时间窗口，保障能源安全的同时发展经济并提升产业发展水平。在各个阶段都应该做到认真分析安全、经济和清洁低碳发展之间的对立统一关系，要抓铁有痕、持续用力，坚定不移地不断化矛盾为统一，最终走上绿色低碳高质量发展的道路。

安全、经济、清洁被称为能源领域的“不可能三角”问题。如果片面把某一方面绝对化，就很容易得到其他方面“不可能”的结论。比如要实现绝对的安全，那就会不计成本，以最大的系统冗余、确定性和保守度来换取，就根本谈不上经济性和清洁性。但是安全、经济、清洁并不是简单的取舍关系，而是相辅相成、对立统一的关系。

比如，如果不追求绝对的安全，而是以一定范围的相对安全为前提，同时顾及电力系统的运行成本，又最大限度地考虑清洁低碳发展的需要，就会发现随着技术进步和产业转型发展，新能源发电相比煤电不但能解决清洁低碳问题，经济性反而越来越强；储能技术的发展不但经济性越来越强，还能促进电网安全稳定运行；电动汽车充电不但替代了化石能源终端消费，与电网互动还能提升安全稳定性和系统运行效率。

《中国电业与能源》：去年我国部分地区出现了电力供应紧张的状况，极个别地区采取了非常规处置措施，对此您怎么看？

曹军威：电力系统运行的基本原理是能量守恒，需要电源、电网、负荷和储能（“源网荷储”）的协调配合，达到电量瞬时平衡的要求。目前在我国，电网连接电源、负荷和储能，是电力系统运行调度的主体。

电网调度有很多具体的手段和方法，例如可以在一定程度上做负荷预测，电源做日前的出力计划，一旦出现特殊源荷不平衡的情况，还可以在电源和负荷两方面都准备备用调度。储能的作用也很关键，可以充当电源和负荷的双重角色，一旦瞬时平衡无法达成，储能起到时空转移的作用，用空间换时间，能量先储存起来，需要的时候再用。但储能本身也是有成本的，还要从技术经济的角度去综合考虑，目前还不可能单纯靠储能完全解决平衡调度问题。

从电源和储能的角度都无法解决问题的时候，就要考虑“拉闸限电”。事实上，“拉闸限电”也包括很多不同的情况，比如同样是“拉闸限电”，有序用电是电网调度优先会采用的方式，就是与用户沟通进行避峰错峰用电；再有就是需求侧管理和响应，甚至如果用户主动参与电网互动，在高峰时段被“拉闸限电”还会获得额外的收益。这些都是电网调度在与用户负荷互动中可以采取的有益方式。

而我们所讨论的引起社会关注的所谓大面积“拉闸限电”，一般是指没有预先通知用户而临时采取的措施，也因此造成了一定范围的用户损失、关键设施停运乃至造成不良的社会影响。电网调度也是按照一定的规程操作的，一旦电量不平衡程度超出警戒范围，造成电网崩溃，那就是更大的事故，后果不堪设想。

去年导致我国部分地区“拉闸限电”的直接原因，是电网调度在电源出力跟不上、有序用电准备不足等一系列问题叠加的基础上，不具备进一步调节的能力之后，为避免更大范围的事故发生，做出被迫临时切负荷的操作。这一方面需要从技术层面去探讨如何降低发生这种情况的可能性，还要从经济、政策和社会层面去争取更大的调节空间，这都是未来新型电力系统应该着眼的方向。■