双碳背景下新型电力系统特征分析研究

张云鹤

（鄂尔多斯市碳中和研究应用有限公司，内蒙古自治区 鄂尔多斯 017000）

0 引言

2021 年3 月15 日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议，会议指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期。要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统[1]。

新型电力系统指的是以新能源为供给主体，以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会发展电力需求为首要目标，以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统[2]。

而蒙西电网是全国唯一一家隶属于地方政府管理的省级电网公司，属于典型的以生产为主的输出型电网，既有其特殊性，又具有代表性，一直以来是全国电力改革的先行示范区[3]。下面，将对新型电力系统特征，结合蒙西电网实际情况进行详细展开。

1 新型电力系统特征

1.1 清洁低碳

清洁能源原意是对环境友好的能源，指环保、排放少、污染程度小。然而，这个概念并不十分准确，容易导致人们将其误解为对能源进行分类，认为能源可以分为清洁和不清洁两类，从而误解清洁能源的本意[4]。目前，清洁能源新概念是与低碳相结合的，主要指对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系，强调的是污染小、转换率高、系统化规模化应用等。目前，低碳清洁能源重点关注在可再生能源方面，是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能、地热能等，也就逐渐延伸出现在常常被提起的新能源概念。

内蒙古自治区第十一次党代会上提出：“在全国率先建成以新能源为主体的能源供给体系，率先构建以新能源为主体的新型电力系统，到2025 年新能源装机规模超过火电装机规模，2030 年新能源发电总量超过火电发电总量。”为实现国家双碳目标，“十四五”“十五五”期间，新能源必将迎来飞跃式的发展，大幅替代传统能源。从内蒙古自治区能源局统计数据来看，截止2023 年4 月底，全区累计新能源并网装机规模达6713 万千瓦，占总装机容量的37.5%，这一比例较去年同期增加了2.4 个百分点，新能源替代比例不断上升[5]。

1.2 安全可控

原本以火电为主体的能源系统已在多年发展磨合中，与电网有机结合，各种调节措施相对成熟稳定。但当新能源大规模代替传统能源情况下，安全可控便成为一个重要问题。

新能源目前主要成熟的是风、光转化电力。风力变化快、不稳定、有明显季节特征，光伏出力受日出日落自然规律约束，并会被阴天、沙尘暴等情况大幅影响。依据国务院《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》，到2030 年，非化石能源消费比重达到25%左右；到2060 年，非化石能源消费比重达到80%以上。这对传统电网是颠覆性的，原本电网结构已不能适应如此大规模的新能源接入，并且在新能源受自然规律和突发情况干扰的情况下，调节能力是不足的，这也是直接触发新型电力系统改革的原因。

结合2021 年全国多地爆发的缺电限电情况来看，蒙西电网受到的冲击也非常严重，以当年7 月形势最为严峻，10 余次达到红色等级有序用电预警，超过一半的天数都需要进行有序用电，大范围工业用户用电受影响，甚至有些负荷需要连续被限制超过10h。究其原因一方面是煤价的居高不下，煤电发电意愿下降严重；另一方面就是因为新能源在蒙西电网中的装机比例越来越大，而可调用储能规模有限。当小风季来临，缺电的不可控因素就愈加严重。

1.3 灵活高效

当电力系统以新能源为主体，为应对其不稳定性，电力系统也必须向灵活高效方向迈进。其主要体现在调度侧、用户侧、电网侧3 个方面。

1.3.1 调度侧

新型电力系统以提升用户服务为重要目标，符合国家对电力市场化运营的要求，电网公司也将从电网管理职能逐渐转化为服务职能，电力调度也将更多向经济调度方向转型。一是电力交易市场可以依据相关政策对用户的分类，分配其所用电能比例，通过电力市场，对国家重点扶持行业和控制行业的电价进行明显区分，通过价格手段和绿电有限配比等措施调节用户生产意愿；二是电力调度侧未来将更加重视发电与负荷就地消纳，小负荷小用户通过配电网中分布式风电、光伏等新能源供电，这需要从负荷分配和分布式新能源并网规划上进行精心布局，减轻主网系统压力；三是原来的电力调度有着明显计划性经济的性质，在面对煤炭价格大幅波动，火电厂发电意愿严重下降的情况时，调度能力明显不足，限电情况时有发生，电网也经常处于边缘平衡状态，承受扰动能力严重下降。这就是计划性的调度遇见市场化的煤炭价格产生的结果。

2021 年7 月底，国家发改委为应对全国大规模缺电情况，出台《关于进一步完善分时电价机制的通知》，允许用户电价根据市场和供应关系进行调整，这是电力改革重要的一步。根据该政策要求，目前蒙西电网对大用户实施峰谷电价。例如小风季期间，低谷电价为平价的0.49 倍，而高峰电价为1.48 倍，晚高峰期间（18:00 ～20:00）要执行尖峰电价，即在高峰电价基础上再上浮20%。电价措施有效地让用户主动参与调峰，以鄂尔多斯市为例，晚高峰主动错避峰负荷平均约25 万千瓦，最高达70 万千瓦，对应地区最大负荷580 万千瓦来看，主动错避峰降幅最高达12%，对尖峰时段调峰作用非常可观。

1.3.2 用户侧

随着新能源大规模并入电力供应体系，电力的稳定性面临更大的挑战。为了应对这一情况，需要在用户侧增加发电和储能的手段，以确保电力供应的平稳性。同时，引入灵活的用户负荷调整，使用户能够根据电网电力供应的实际情况进行相应的调整，这变得非常必要。在新型电力系统的“源网荷储”概念中，电力供应侧、电力网络、用户负荷以及储能系统相互融合，形成一种协同互补的格局。在这种格局下，负荷侧也将经历重要的改革。传统上，负荷侧仅仅是电力接收的终端，而如今，它将逐步演变为能够参与电力调节的关键角色。这种新形态的负荷侧不再是被动的受端，而是具备一定调节能力的参与者。用户可以根据电力供应的波动情况，灵活地调整用电行为，以平衡电力网络的负荷。通过智能技术，用户负荷能够更加精准地响应电力供应的变化，从而有效地缓解电力不稳定性的问题。

1.3.3 电网侧

按照电网功能划分，一般分为主网、配网。主网指66kV 及以上，配网指35kV 及以下。配网顾名思义，指分配电能作用的网络。传统电网中，配网系统中很少接入电厂、光伏、风电等，配网一般只是纯粹的给负荷送电。但在未来规划中，越来越重视负荷的重要性，电网末端负荷的电能质量需要得到保障。当末端有电源接入时，其电能质量将得到大幅提升，并且新型电力系统主打电力交易，届时大多数电力交易在配电网中就完成了。主网架结构只是用于保电网频率、分配较大用户，及在较大电厂之间潮流、事故情况下提供支援等作用。

1.4 智能友好

智能友好主要指提高电网平衡能力的核心问题，主要涉及以下3 点：

1.4.1 提高新能源发电的可预测性

新能源发电的出力非常不稳定，但是通过精确的天气预测和智能运算，是具备实现精确的短期和超短期出力预测和较为准确的5 天内中期预测条件的。目前国内因地域广、自然生态环境复杂等原因，该预测精准度尚有很大进步空间，还需进一步发展，通过更精准的预测，使供电侧备用需求降低，控制发电成本；使用电侧提前得知未来电力缺口，做好准备或降负荷措施，减少因临时减供负荷造成的生产损失。从蒙西电网来看，具备小时级和5 天中期级别新能源出力预测能力，调度系统会根据小时级预测情况，提前进行有序用电预指令下达，做好负荷储备，以便快速响应。同时，调度系统会每5 天下发一次电力供需形势预报，省地县三级电力调度机构联动，提前通知好可能参加有序用电的用户，做到信息公开，让用户有所准备。

1.4.2 提高新能源发电的稳定性

在新能源发电领域，依赖单一性质的发电方式往往难以维持稳定的能源供应。为了解决这一挑战，常常采取风光互补的策略，以实现能源输出的相对平衡。这意味着风能和太阳能等不同的发电方式相互补充，以便在不同条件下维持持续的电力生产。然而，要实现这种互补，就需要建立合适的协调和管理机制，以确保在各种环境条件下都能获得可靠的能源供应。此外，为了应对能源供需的高峰和低谷，大规模的储能设备也变得至关重要。这些储能系统可以在能源供应充足时存储多余的能量，并在需求增加时释放出来，从而平衡电网负荷。这种调节功能不仅能够提高能源系统的稳定性，还能够应对突发情况，如能源需求剧增或发电波动，这也将激发推动新型储能的进一步发展。面对能源转型的迫切需求，储能技术正不断创新和演进，以适应日益复杂的能源供应格局，新型储能系统不仅可以在电力领域发挥关键作用，还可以促进可再生能源的更广泛应用，加速能源可持续发展的步伐。

1.4.3 增强发电的可调可控性

在应对能源系统的演变和挑战时，面临着两个重要方面的工作。一方面，需要对传统的火电机组进行深入的调整和改造，使其具备适应更大幅度调峰范围的能力。这不仅为新能源的快速发展创造了更宽广的施展空间，同时也有助于提升整个能源系统的适应性和稳定性。通过对火电机组的升级，可以更灵活地调整发电产能，以满足能源供需的波动，从而更好地支持可持续发展的目标；另一方面，采用更先进的能量管理系统技术，可以更好地协调新能源与传统能源的耦合关系。这样的技术能够有效整合不同能源来源，使其在电力生产和分配中实现更高效的协同作用。通过精确的预测、监控和调度，可以更好地平衡电力系统的供求关系，减少波动性，从而提升整个能源系统的可靠性和稳定性，这一举措旨在确保电网能够在面对各种挑战和变化时保持安全运行。

1.5 开放互动

从信息角度讲：在物联网时代，一个显著的特征在于机器社交，而就能源网的最终演变而言，它的终极形态必然是用能设备之间互联互通和机器社交。新型电力系统，将是以电力网为基础，赋予物联网、政务网等新概念，进一步增添了附加价值。这种融合为电力网赋予了更重要的角色和更高的利用率，使其成为一个综合性的平台。

从角色定位讲：电网公司将逐渐从电力管理者的角色向服务商、资源整合商的角色演变，电力系统中各个参与方之间的关系是开放互通、交流互动的。这一特征旨在促进能源领域的创新和发展，使不同的参与者能够更紧密地协同工作，共同推动能源系统的优化和智能化。

具体特征主要表现在以下4 个方面：

1.5.1 数据共享和交流

在新型电力系统中，各种能源设备、智能电表、传感器等都可以通过互联网和通信技术进行数据的共享和交流，这使各个环节的数据都能够被准确地采集、传递和分析，从而更好地了解能源系统的运行状况和需求。

1.5.2 多方参与

“开放互动”鼓励不同的参与者加入电力系统，包括能源供应商、能源消费者、能源交易平台、技术提供商等。这些参与者之间可以实现信息共享，合作开发新的能源解决方案，共同创造更加智能和高效的能源生态系统。

1.5.3 能源交易和市场

开放互动的特点还体现在能源交易市场的开放性。能源市场的参与者可以自由地交易能源，不仅限于传统的能源供应商和消费者，还可以包括分布式能源生产者、储能系统运营商等。这种开放的交易环境可以促进能源资源的更有效利用和分配。

1.5.4 创新和合作

开放互动鼓励不同领域的创新和合作。能源系统中的各个参与者可以共同研发新的能源技术、智能控制系统以及能源管理方案，以提高能源效率，减少碳排放等。

总体来说，“开放互动”是新型电力系统中一个关键的特征，强调了各个参与方之间紧密合作、信息共享和资源交流的重要性。通过这种开放的互动，能源系统可以更加智能、灵活地应对不断变化的能源需求和挑战。

2 结束语

蒙西电网闫军副总经理在全公司2022 年安全生产工作会提到：“随着国家碳达峰碳中和路径更加明确，新型电力系统建设亟待破题。鉴于蒙西电网新能源比例高、地区用电负荷大、源荷分布不平衡，缺乏大规模灵活性调峰资源等现状，新能源出力随机性、波动性、间歇性尤为突出。”

新能源飞速发展给电力系统构建带来更多挑战，正确认识新型电力系统，通过新型电力系统特征了解电力系统转型的必然原因和未来方向，可以为能源行业和“双碳”相关从业者提供更多参考，更清晰地感受国家能源转型的路径和脉络。