推動(dòng)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)初探

楊振綱 胡玉峰 王珂

（作者為南方電網(wǎng)公司2021年中青年干部培訓(xùn)班二班（秋季）學(xué)員）

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是應(yīng)對(duì)氣候變化的主動(dòng)之策，是保障我國(guó)能源安全的必由之路，是提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、培育發(fā)展新動(dòng)能的創(chuàng)新之舉，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，彰顯了可持續(xù)發(fā)展的深入洞見(jiàn)和“人民至上”的初心情懷。

當(dāng)前，人民日益增長(zhǎng)的清潔低碳、安全高效的能源需求與我國(guó)清潔低碳能源發(fā)展不平衡不充分、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和電力系統(tǒng)對(duì)新能源發(fā)展承載能力不足的矛盾日益凸顯。解決這一矛盾的關(guān)鍵，一是要以科技創(chuàng)新引領(lǐng)電力行業(yè)發(fā)展，從根本上提升全行業(yè)生產(chǎn)力水平，滿足日益增長(zhǎng)的電力需求；二是要充分發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用，更好地發(fā)揮政府作用，建立健全電力市場(chǎng)，構(gòu)建與生產(chǎn)力相互匹配、相互促進(jìn)的生產(chǎn)關(guān)系。

發(fā)展路徑篇

關(guān)于2030年前碳達(dá)峰。根據(jù)科學(xué)估算，到2030年全國(guó)碳排放總量在115億噸左右。2021~2030年全國(guó)能源消費(fèi)總量約有18%的增長(zhǎng)空間，平均每年不到2%。具體到電力行業(yè)，由于電力在終端能源消費(fèi)中的占比會(huì)從目前的27%提升到35%左右，今后十年還會(huì)有約48%的增長(zhǎng)空間。

關(guān)于2060年前碳中和。于電力行業(yè)，由非化石能源逐步替代化石能源，實(shí)現(xiàn)以新能源發(fā)電為主體。碳排放將由2020年的43億噸、“十五五”達(dá)到峰值的45億噸，降至本世紀(jì)中葉的4億噸，并通過(guò)碳捕獲將剩余碳排放全部中和。于工業(yè)、交通、建筑領(lǐng)域，通過(guò)電能替代和綠氫等手段，碳排放水平將由目前的44.6億噸增長(zhǎng)至45億噸，“十五五”實(shí)現(xiàn)低峰值達(dá)峰，2060年前降至5億噸，并以碳捕獲、生物質(zhì)改造技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳中和。于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程二氧化碳排放，通過(guò)綠氫替代還原劑或碳捕獲等手段實(shí)現(xiàn)碳減排，并通過(guò)植物碳匯實(shí)現(xiàn)碳中和。

在能源這個(gè)主戰(zhàn)場(chǎng)，雙碳發(fā)展路徑可以概括為終端用能電氣化和電力供給低碳化。對(duì)此，習(xí)近平總書(shū)記提出了具體而明確的要求，加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高能源利用效率，實(shí)施可再生能源替代，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，通過(guò)能源電力綠色低碳發(fā)展引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，這為我國(guó)能源電力行業(yè)改革發(fā)展指明了方向。

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，需從“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”四個(gè)方面協(xié)同發(fā)力，系統(tǒng)推進(jìn)。電源側(cè)，持續(xù)推進(jìn)風(fēng)光等新能源生產(chǎn)成本降低，并逐步成為主體電源；積極穩(wěn)妥發(fā)展核電和水電。預(yù)計(jì)到2030年，風(fēng)光等新能源裝機(jī)達(dá)到45%，非化石能源裝機(jī)占比為68%；到2060年，風(fēng)光等新能源裝機(jī)約為80%，非化石能源達(dá)到96%。電網(wǎng)側(cè)，持續(xù)擴(kuò)展“西電東送、北電南送”，實(shí)現(xiàn)能源資源高效內(nèi)循環(huán)；構(gòu)建“合理分區(qū)、柔性互聯(lián)、安全可控、開(kāi)放互濟(jì)”的主網(wǎng)架和“強(qiáng)簡(jiǎn)有序、靈活可靠、先進(jìn)適用”的配電網(wǎng)，構(gòu)建強(qiáng)健的中樞平臺(tái)支撐；加快傳統(tǒng)電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過(guò)數(shù)字賦能實(shí)現(xiàn)智能決策、智能調(diào)控、智能運(yùn)行。負(fù)荷側(cè)，推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和高附加值低能耗產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加快形成綠色低碳的生產(chǎn)生活方式；堅(jiān)持節(jié)能優(yōu)先，支持重點(diǎn)行業(yè)節(jié)能改造，推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域和新基建領(lǐng)域能效提升；拓展電能應(yīng)用的廣度深度，加快推動(dòng)以電代煤、代油、代氣、代柴；加快實(shí)現(xiàn)電制氫對(duì)化石能源的進(jìn)一步替代。儲(chǔ)能側(cè)，加快布局發(fā)展抽水蓄能；優(yōu)先在源荷側(cè)就近布局新型儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)發(fā)展。通過(guò)改造傳統(tǒng)電源，提升靈活調(diào)節(jié)能力。整合電動(dòng)汽車(chē)、工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷等彈性資源，聚合形成虛擬電廠，構(gòu)建用戶側(cè)優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)資源。

科技創(chuàng)新篇

電力系統(tǒng)發(fā)展與電力科技進(jìn)步緊密交織、相輔相成。超超臨界機(jī)組、高水頭抽水蓄能、特高壓輸電、柔性直流輸電、大電網(wǎng)安全穩(wěn)定系統(tǒng)等重大電力裝備與技術(shù)，有力保障了我國(guó)互聯(lián)大電網(wǎng)的發(fā)展與“西電東送”國(guó)家戰(zhàn)略的實(shí)施。2014年，習(xí)近平總書(shū)記提出“四個(gè)革命，一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，為我國(guó)能源電力高質(zhì)量發(fā)展指明了道路，隨后以新能源發(fā)電、柔性配電網(wǎng)、綜合能源、新型儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、云大物移智鏈等為代表的新一代能源電力科技實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展與規(guī)模化應(yīng)用，為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)奠定了良好基礎(chǔ)。

新型電力系統(tǒng)面臨的主要技術(shù)問(wèn)題。當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)建設(shè)已成為時(shí)代使命，新能源發(fā)電機(jī)組隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性大，具有“極熱無(wú)風(fēng)”“晚峰無(wú)光”“大裝機(jī)、小電量”等特性，其大量并網(wǎng)并逐步成為主力電源，會(huì)影響電力安全可靠供應(yīng)。新型電力系統(tǒng)中，新能源機(jī)組、直流系統(tǒng)、分布式電源、微電網(wǎng)與多能互補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)、新型負(fù)荷等電力電子裝置大量接入，弱支撐性與低抗擾性將使得電力系統(tǒng)運(yùn)行特性、穩(wěn)定機(jī)理、平衡控制等發(fā)生重大變化，不確定性增加，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增大。

推動(dòng)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的科技創(chuàng)新核心方向。面對(duì)能源電力安全、經(jīng)濟(jì)、綠色“不可能三角”帶來(lái)的挑戰(zhàn)，加快推進(jìn)科技創(chuàng)新是必由之路。電源側(cè)，積極推進(jìn)清潔轉(zhuǎn)型，研制應(yīng)用4兆瓦+級(jí)陸上風(fēng)電、15兆瓦+級(jí)海上風(fēng)電、25%+光伏電池等更高效率、更低成本的新能源發(fā)電裝備，大力發(fā)展第四代核電技術(shù)、常規(guī)煤電機(jī)組靈活性與超低排放技術(shù)、生物質(zhì)混燃發(fā)電與氣化發(fā)電技術(shù)、高效低成本氫能制儲(chǔ)用技術(shù)，積極探索核聚變、海洋能、干熱巖地?zé)崮?、天然氣水合物?yīng)用技術(shù)。電網(wǎng)側(cè)，大力推進(jìn)電網(wǎng)數(shù)字化、智能化、柔性化轉(zhuǎn)型，加快突破新能源基地直流外送技術(shù)、海上風(fēng)電新型匯集組網(wǎng)送出技術(shù)、新能源主動(dòng)支撐技術(shù)、概率性規(guī)劃技術(shù)、源荷不確定情況下電力電量平衡技術(shù)、新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定機(jī)理與新一代穩(wěn)控技術(shù)、新型電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與韌性提升技術(shù)、海量調(diào)度對(duì)象的可觀可測(cè)可控技術(shù)。負(fù)荷側(cè)，大力推進(jìn)“新電氣化”與能源高效利用，加快推進(jìn)冷熱電氣高效轉(zhuǎn)化與梯次利用技術(shù)、低碳零碳高效用能技術(shù)、車(chē)-樁-網(wǎng)互動(dòng)與電力交通融合技術(shù)、智能用電與供需互動(dòng)技術(shù)研究應(yīng)用。儲(chǔ)能側(cè)，大力推進(jìn)高可靠、長(zhǎng)壽命、低成本新型儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)及規(guī)?；瘧?yīng)用，突破大型可變速抽水蓄能機(jī)組裝備技術(shù)，發(fā)展高電壓吉瓦時(shí)儲(chǔ)能電站集成技術(shù)、分布式儲(chǔ)能聚合應(yīng)用技術(shù)，推動(dòng)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能、低成本高能量密度液流電池儲(chǔ)能、寬溫度長(zhǎng)循環(huán)鈉離子儲(chǔ)能、固態(tài)鋰電池儲(chǔ)能以及海水抽水蓄能技術(shù)發(fā)展。

建立健全科技創(chuàng)新體制機(jī)制的建議。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是能源電力行業(yè)發(fā)展的重大變革，對(duì)電力科技創(chuàng)新提出更高要求，需要政府部門(mén)、關(guān)聯(lián)企業(yè)、科研院所協(xié)同推進(jìn)，深化科技體制機(jī)制改革，加快完善關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)的新型舉國(guó)體制，通過(guò)構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新聯(lián)合體，建設(shè)國(guó)家、區(qū)域重大聯(lián)合創(chuàng)新平臺(tái)，出臺(tái)鼓勵(lì)協(xié)同創(chuàng)新的政策機(jī)制，充分發(fā)揮社會(huì)主義制度優(yōu)越性；也要通過(guò)市場(chǎng)的決定性作用來(lái)優(yōu)化資源配置，使舉國(guó)體制更加科學(xué)、集約、有效，讓更多的創(chuàng)新要素向企業(yè)集聚，激發(fā)市場(chǎng)主體的創(chuàng)新活力。

市場(chǎng)建設(shè)篇

關(guān)于新型電力市場(chǎng)建設(shè)面臨的主要問(wèn)題。新型電力系統(tǒng)能否健康持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，生產(chǎn)關(guān)系調(diào)整的核心是解決各利益主體的成本疏導(dǎo)和構(gòu)建科學(xué)合理的價(jià)格機(jī)制，建立起與之匹配的新型電力市場(chǎng)。由于新型電力系統(tǒng)從源網(wǎng)荷儲(chǔ)各要素都面臨著較大的生產(chǎn)力變革和結(jié)構(gòu)變革，源荷兩側(cè)的利用小時(shí)數(shù)、特性曲線差異拉大，宏觀看不可避免地增大了電源與負(fù)荷的容量比和電網(wǎng)的布局，同時(shí)增大了儲(chǔ)能布局，使之成為電力系統(tǒng)的第四大獨(dú)立要素，各要素必要的成本投入需要新型電力市場(chǎng)疏導(dǎo)和調(diào)節(jié)。逐步成為主體的風(fēng)光等新能源發(fā)電，在技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)下和充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中，投資成本持續(xù)下降，從上網(wǎng)電量單價(jià)這一角度衡量，目前已實(shí)現(xiàn)與煤電同價(jià)，低于氣電，未來(lái)還有較大的下降空間，這些空間需要通過(guò)新型電力市場(chǎng)引導(dǎo)，用以補(bǔ)償其他電源的容量、調(diào)節(jié)能力貢獻(xiàn)和網(wǎng)荷儲(chǔ)三側(cè)消納能力、調(diào)節(jié)能力、控制能力等方面建設(shè)成本。

關(guān)于新型電力市場(chǎng)建設(shè)的基本原則。為了實(shí)現(xiàn)新型電力市場(chǎng)建設(shè)的主要目標(biāo)，需遵循以下基本原則。一是堅(jiān)持市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用原則，釋放各主體的市場(chǎng)價(jià)值，體現(xiàn)電力商品的經(jīng)濟(jì)、低碳、綠色價(jià)值，促進(jìn)新能源在競(jìng)爭(zhēng)中健康蓬勃發(fā)展。核心是為新能源提供穩(wěn)定回報(bào)，調(diào)動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)鏈積極性，從而促進(jìn)規(guī)模發(fā)展。同時(shí)，推動(dòng)新能源全面參與市場(chǎng)，在競(jìng)爭(zhēng)中不斷降低成本，為其他各方的合理成本提供回收來(lái)源。二是堅(jiān)持“放開(kāi)兩頭、管住中間”的原則，尤其對(duì)第四要素的儲(chǔ)能，應(yīng)主要參考“放開(kāi)兩頭”的原則，以市場(chǎng)手段形成價(jià)格，保障成本回收。支持靈活性資源獲得合理收益，體現(xiàn)其價(jià)值，充分挖掘抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、火電、負(fù)荷等靈活性資源的潛能，支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，并為其獲得合理收益提供市場(chǎng)平臺(tái)。三是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)原則，通過(guò)市場(chǎng)挖掘并兌現(xiàn)綠電的減碳效益和環(huán)保效益。新型電力市場(chǎng)可緊密關(guān)聯(lián)碳交易市場(chǎng)和綠證交易市場(chǎng)，協(xié)調(diào)電力與碳排放、綠色能源價(jià)值的關(guān)系，并與其他外部市場(chǎng)協(xié)同發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。

關(guān)于新型電力市場(chǎng)建設(shè)的初步構(gòu)想?？傮w思路是容量市場(chǎng)建設(shè)、電量市場(chǎng)完善、輔助服務(wù)市場(chǎng)優(yōu)化、碳交易市場(chǎng)與綠電市場(chǎng)的融合，以實(shí)現(xiàn)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)的建設(shè)。容量市場(chǎng)主要針對(duì)傳統(tǒng)電源（由主供電源向基礎(chǔ)電源/保障電源的定位變化）和大型抽水蓄能等調(diào)節(jié)電源，主要解決電力系統(tǒng)各個(gè)時(shí)間尺度的供應(yīng)容量保障、調(diào)峰容量保障，解決傳統(tǒng)電源和抽水蓄能的投資回收問(wèn)題。電量市場(chǎng)主要優(yōu)化電力中長(zhǎng)期和現(xiàn)貨交易的協(xié)同配合，使市場(chǎng)充分跟蹤一次能源價(jià)格波動(dòng)引起的成本波動(dòng)，同時(shí)全力實(shí)現(xiàn)電力供需關(guān)系和價(jià)格的可預(yù)測(cè)可調(diào)控，穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)社會(huì)用電的基本預(yù)期，建立帶時(shí)標(biāo)曲線的新型電力市場(chǎng)交易機(jī)制，形成適合新能源的交易體系。輔助服務(wù)市場(chǎng)作為對(duì)容量、電量?jī)纱笫袌?chǎng)的補(bǔ)充，針對(duì)調(diào)頻、調(diào)壓、備用、電力需求響應(yīng)等輔助服務(wù)建立市場(chǎng)，疏導(dǎo)系統(tǒng)必要的成本投入，挖掘靈活性資源的價(jià)值。搭建有利于低碳發(fā)展的平臺(tái)，圍繞電價(jià)、碳價(jià)、綠證價(jià)格，對(duì)各市場(chǎng)主體的交易行為特征、價(jià)格形成機(jī)制等進(jìn)行系統(tǒng)研究，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展新型電力市場(chǎng)，融合發(fā)展碳交易市場(chǎng)和綠證交易市場(chǎng)，充分體現(xiàn)和挖掘清潔電力的綠色、低碳效益與價(jià)值，創(chuàng)造有利于非化石能源，尤其是新能源發(fā)展的環(huán)境和平臺(tái)。構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)，充分考慮我國(guó)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)、跨省交易容量大占比高、直流輸電為主、跨區(qū)交易相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)，建立全國(guó)統(tǒng)一、區(qū)域融合、省為主體的統(tǒng)一開(kāi)放、競(jìng)爭(zhēng)有序、安全高效、治理完善的電力市場(chǎng)。