談 健 李 琥 葛 毅 周 奎 貢曉旭

（1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江蘇南京210008；2.清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院，四川成都610000）

0 引言

黨的“十八大”以來，習(xí)近平總書記提出的能源革命戰(zhàn)略思想為做好新時代能源工作指明了努力方向，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系是推動中國能源革命的本質(zhì)要求[1]，其中能源清潔化和終端電氣化建設(shè)已成為能源革命的重要內(nèi)容。

2019年，國家電網(wǎng)公司提出了到2050年實(shí)現(xiàn)“兩個50%”的重要判斷[2]，指出到2050年，我國能源清潔化率和終端電氣化率將均達(dá)到50%。在達(dá)到“兩個50%”過程中，電處于能源供給和消費(fèi)革命的關(guān)鍵位置[2]：電是風(fēng)、光等清潔能源轉(zhuǎn)化利用的中間載體，同時也是能源終端利用的主要形式。因此，推進(jìn)“兩個50%”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，將是電網(wǎng)企業(yè)貫徹國家能源革命戰(zhàn)略的光榮使命。與此同時，“兩個50%”目標(biāo)的提出，也對加快電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級提出了前所未有的要求。首先，清潔能源尤其是新能源所固有的波動性、間歇性和不確定性等特征將給電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行帶來巨大壓力[3-4]。而在電氣化方面，作為推進(jìn)電氣化建設(shè)最重要的承載，電網(wǎng)還需進(jìn)一步攻堅(jiān)克難，深化各領(lǐng)域、各行業(yè)的電氣化建設(shè)，提高服務(wù)水平，促進(jìn)能源消費(fèi)方式的轉(zhuǎn)變。

東部沿海是我國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的區(qū)域之一，電力能源發(fā)展水平居全國前列，在推進(jìn)“兩個50%”方面具有代表性。同時，東部電網(wǎng)又具備其特殊性，能源資源匱乏與能源需求旺盛的矛盾始終存在，屬于能源受端，綜合能源自給率低。從指標(biāo)現(xiàn)狀來看，東部沿海省份大多在電氣化方面走在全國前列。然而，由于長期依賴煤炭等化石能源等因素，多數(shù)東部省份的能源清潔化率均低于全國平均水平，清潔替代仍然任重而道遠(yuǎn)。

為助力東部沿海省份的能源清潔化和終端電氣化建設(shè)，本研究首先從“兩個50%”下的電力系統(tǒng)特征出發(fā)，以東部沿?！痢岭娋W(wǎng)為對象，明確了“兩個50%”目標(biāo)下其面臨的挑戰(zhàn)，最后為深化推進(jìn)能源清潔化和終端電氣化建設(shè)提出了應(yīng)對建議。

1 “兩個50%”目標(biāo)下的電力系統(tǒng)特征

在“兩個50%”目標(biāo)下，電網(wǎng)將逐步從單純的能量轉(zhuǎn)換、傳輸、應(yīng)用的載體，向服務(wù)于全社會的資源優(yōu)化配置平臺演變，表現(xiàn)出相應(yīng)的突出特征。

1.1 生產(chǎn)消費(fèi)多元化

原有集中發(fā)電和傳統(tǒng)用電格局將迎來變革，越來越多的新型能源業(yè)態(tài)將構(gòu)建多元化的能源生產(chǎn)消費(fèi)方式，極大地?cái)U(kuò)展能源生產(chǎn)消費(fèi)模式與市場交易形態(tài)，催生眾多的市場交易主體，人人都能參與到能源的生產(chǎn)、消費(fèi)和交易之中。

1.2 能源輸配協(xié)同化

多能源耦合特性逐步增強(qiáng)，以技術(shù)成熟的交直流輸電技術(shù)為基礎(chǔ)，形成以電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，借助高效的氣電轉(zhuǎn)換、熱泵與廣泛應(yīng)用的冷熱電三聯(lián)供等能量轉(zhuǎn)換技術(shù)構(gòu)建的多能耦合網(wǎng)絡(luò)[5]，真正構(gòu)建起以電為中心的“能源互聯(lián)網(wǎng)”，充分發(fā)揮各分布式資源的集聚效應(yīng)與協(xié)同優(yōu)勢。

1.3 信息物理融合化

既要求加強(qiáng)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，依托“大云物移智”技術(shù)構(gòu)建廣泛互聯(lián)、全域感知、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的信息網(wǎng)絡(luò)，同時也要求電網(wǎng)物理網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)高度集成互聯(lián)，支撐電網(wǎng)與用戶的雙向互動，電網(wǎng)由傳統(tǒng)控制管理模式向開放雙向經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變[6]。

2 “兩個50%”帶來的挑戰(zhàn)

為更具體地明晰“兩個50%”目標(biāo)下東部受端電網(wǎng)所面臨的挑戰(zhàn)，研究建立了能源-電力-經(jīng)濟(jì)模型（圖1），開展以能耗水平、部門需求、終端消費(fèi)及環(huán)境影響等為基礎(chǔ)的能源發(fā)展趨勢預(yù)測，對能源清潔化率和終端電氣化率的演變路徑進(jìn)行了定量分析。

基于該模型，以××電網(wǎng)所在區(qū)域?yàn)榫唧w案例開展分析，結(jié)果表明：為了達(dá)成在2050年實(shí)現(xiàn)終端電氣化率50%的目標(biāo)，該省需進(jìn)一步深化工業(yè)、交通領(lǐng)域的電能替代。隨著未來電力需求的大幅增長，考慮到能源清潔化率指標(biāo)，新增電力需求將主要由非化石能源提供。

因此，未來電能結(jié)構(gòu)是影響非化石能源消費(fèi)占比的關(guān)鍵因素。

通過測算，若要達(dá)成能源清潔化率達(dá)到50%的目標(biāo)，新增電力需求的75%以上需要由非化石能源提供。若不增加區(qū)外清潔電力引入，即使在積極大規(guī)模開發(fā)可再生能源的條件下，2050年該省能源清潔化率仍低于35%，因此區(qū)外清潔來電將成為關(guān)鍵因素。

2.1 電網(wǎng)發(fā)展挑戰(zhàn)

隨著“兩個50%”目標(biāo)的逐步推進(jìn)，風(fēng)、光等可再生能源大力發(fā)展，火電定位調(diào)整，形成一種全新的高度清潔化電源格局，同時也給電力系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行帶來了相應(yīng)挑戰(zhàn)。

2.1.1 資源負(fù)荷逆配挑戰(zhàn)

××電網(wǎng)所在區(qū)域具備一定的可再生能源資源，但發(fā)展?jié)摿τ邢轠7]，僅從現(xiàn)有資源角度考慮，即使在大規(guī)模開發(fā)可再生能源的條件下，區(qū)外來電仍將是其清潔電力需求的主要來源，是影響能源清潔化率的關(guān)鍵因素。

因此，從區(qū)外來看，該受端電網(wǎng)需大規(guī)模購入外來電力，對通道和調(diào)度提出了更高要求。而從現(xiàn)狀來看，區(qū)外電力送電時序與規(guī)模存在較大不確定性，且規(guī)劃項(xiàng)目的通道資源極為有限。從區(qū)內(nèi)來看，因資源與負(fù)荷逆向配置的關(guān)系，本地電源中大部分的風(fēng)電、光伏等裝機(jī)將集中在北部和沿海地區(qū)，海上風(fēng)電基地大規(guī)模投產(chǎn)后，可再生能源發(fā)電裝機(jī)和電力負(fù)荷的逆向分布趨勢將更加明顯，區(qū)內(nèi)送電壓力不斷增大，需要進(jìn)一步提高電能傳輸水平和調(diào)度水平。

同時，隨著海上風(fēng)電規(guī)模不斷擴(kuò)大且不斷向遠(yuǎn)海延伸，與大規(guī)模海上風(fēng)電相匹配的柔性輸電技術(shù)的需求也將不斷增加，對電網(wǎng)發(fā)展提出了更高的技術(shù)要求。

2.1.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)

隨著越來越多的風(fēng)電、光伏等可再生能源通過電力電子變換裝置接入電網(wǎng)，以及柔性直流輸電技術(shù)、直流配電技術(shù)、負(fù)荷側(cè)電力電子裝置的不斷涌現(xiàn)，系統(tǒng)中電力電子裝備將不斷增加，導(dǎo)致系統(tǒng)慣性降低[7]，威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.3 海量互動需求挑戰(zhàn)

隨機(jī)波動的風(fēng)電和太陽能發(fā)電成為主力電源，對于調(diào)頻、負(fù)荷跟蹤能力的需求大大增加[8]，除了傳統(tǒng)機(jī)組之外，對于新興靈活性資源的需求大幅增加，儲能、虛擬電廠等應(yīng)用需求逐步擴(kuò)大，越來越多的主體將參與到源網(wǎng)荷互動中，互動需求呈指數(shù)增長，對信息系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)行提出了更高要求。

圖1 “兩個50%”指標(biāo)演進(jìn)計(jì)算模型示意圖

2.2 企業(yè)經(jīng)營挑戰(zhàn)

電能作為能源市場的商品，既關(guān)乎國計(jì)民生，也關(guān)乎電力企業(yè)的經(jīng)營效益。隨著生產(chǎn)側(cè)清潔化和消費(fèi)側(cè)電氣化比例的不斷提高，高比例清潔能源廣泛接入對電網(wǎng)的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生了重要影響，影響線損等核心經(jīng)營指標(biāo)。同時隨著電力體制改革推進(jìn)，電網(wǎng)傳統(tǒng)經(jīng)營模式逐步改變，電力交易“去中心化”特征逐步凸顯，必將帶來終端客戶和電量的流失，嚴(yán)重影響營收水平。

3 應(yīng)對建議

3.1 電網(wǎng)發(fā)展

3.1.1 擴(kuò)大清潔能源供應(yīng)

對內(nèi)支持可再生能源開發(fā)和核電建設(shè)，有序規(guī)劃海上風(fēng)電開發(fā)布局與開發(fā)時序，加快配套電網(wǎng)送出工程建設(shè)；對外充分利用已建通道，加強(qiáng)與送電端的協(xié)調(diào)，提升通道利用率和清潔電力比例，結(jié)合各地電源建設(shè)時序預(yù)先開展新建通道可行性研究。

3.1.2 打造柔性傳輸網(wǎng)絡(luò)

主網(wǎng)層面構(gòu)建聯(lián)系緊密的交直流混連主干網(wǎng)架，滿足清潔能源豐富地區(qū)、沿海地區(qū)大規(guī)模清潔能源和核電接入消納需求，持續(xù)提升負(fù)荷集聚地區(qū)電網(wǎng)供電能力和抵御嚴(yán)重故障的能力；配網(wǎng)層面打造靈活智能配電網(wǎng)，克服大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)帶來的穩(wěn)定性問題，提升配電網(wǎng)接入能力。

3.1.3 擴(kuò)大儲能靈活性資源建設(shè)

圍繞故障恢復(fù)、應(yīng)急防災(zāi)等方面充分開展儲能服務(wù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的應(yīng)用研究，推進(jìn)抽水蓄能建設(shè)的同時，通過區(qū)外投資等方式參與區(qū)外新增抽水蓄能項(xiàng)目的建設(shè)，增加可調(diào)節(jié)資源。創(chuàng)新開展可再生能源制氫、鹽穴壓縮空氣儲能、飛輪儲能等新型儲能應(yīng)用。

3.1.4 多措并舉優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行

開發(fā)可再生能源與主動負(fù)荷響應(yīng)、分布式儲能（包括電動汽車）、輸電網(wǎng)相協(xié)同的配電網(wǎng)規(guī)劃模型與方法，充分利用廣域內(nèi)分布式能源時空互補(bǔ)性，建立多級調(diào)度電網(wǎng)互動響應(yīng)機(jī)制，因地制宜開展區(qū)域內(nèi)、區(qū)域間的風(fēng)光水火聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行。

3.2 企業(yè)經(jīng)營

面對售電收入面臨的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)發(fā)揮自身規(guī)模、平臺優(yōu)勢，轉(zhuǎn)變經(jīng)營思維，積極開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，全面服務(wù)政府、服務(wù)企業(yè)、服務(wù)客戶、服務(wù)市場，通過項(xiàng)目咨詢、項(xiàng)目投融資、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建站并網(wǎng)、工程實(shí)施、運(yùn)營管理、運(yùn)維檢修、供能服務(wù)、增值服務(wù)等方式，提供“專業(yè)化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化、系統(tǒng)化，智能化、互動化”的“一站式全流程”能源服務(wù)，打造“集約高效、經(jīng)濟(jì)適用、智能綠色、安全可靠”的用能環(huán)境，構(gòu)建互利共贏、開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。

4 結(jié)語

作為典型的能源受端電網(wǎng)，××電網(wǎng)在推進(jìn)“兩個50%”目標(biāo)下面臨的諸多挑戰(zhàn)也是擺在若干東部沿海省份面前的共性問題，需要協(xié)調(diào)好優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)與保證能源供應(yīng)二者的關(guān)系，大力推進(jìn)能源供應(yīng)清潔化和能源消費(fèi)電氣化建設(shè)，在電網(wǎng)建設(shè)和企業(yè)經(jīng)營兩方面精準(zhǔn)發(fā)力，高質(zhì)量推進(jìn)“兩個50%”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。