“兩個50%”目標下典型東部電網的挑戰與應對

談 健 李 琥 葛 毅 周 奎 貢曉旭

（1.國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院，江蘇南京210008；2.清華四川能源互聯網研究院，四川成都610000）

0 引言

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

2019年，國家電網公司提出了到2050年實現“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到50%。在達到“兩個50%”過程中，電處于能源供給和消費革命的關鍵位置[2]：電是風、光等清潔能源轉化利用的中間載體，同時也是能源終端利用的主要形式。因此，推進“兩個50%”目標實現，將是電網企業貫徹國家能源革命戰略的光榮使命。與此同時，“兩個50%”目標的提出，也對加快電網轉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規劃運行帶來巨大壓力[3-4]。而在電氣化方面，作為推進電氣化建設最重要的承載，電網還需進一步攻堅克難，深化各領域、各行業的電氣化建設，提高服務水平，促進能源消費方式的轉變。

東部沿海是我國經濟最為發達的區域之一，電力能源發展水平居全國前列，在推進“兩個50%”方面具有代表性。同時，東部電網又具備其特殊性，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。從指標現狀來看，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。

為助力東部沿海省份的能源清潔化和終端電氣化建設，本研究首先從“兩個50%”下的電力系統特征出發，以東部沿海××電網為對象，明確了“兩個50%”目標下其面臨的挑戰，最后為深化推進能源清潔化和終端電氣化建設提出了應對建議。

1 “兩個50%”目標下的電力系統特征

在“兩個50%”目標下，電網將逐步從單純的能量轉換、傳輸、應用的載體，向服務于全社會的資源優化配置平臺演變，表現出相應的突出特征。

1.1 生產消費多元化

原有集中發電和傳統用電格局將迎來變革，越來越多的新型能源業態將構建多元化的能源生產消費方式，極大地擴展能源生產消費模式與市場交易形態，催生眾多的市場交易主體，人人都能參與到能源的生產、消費和交易之中。

1.2 能源輸配協同化

多能源耦合特性逐步增強，以技術成熟的交直流輸電技術為基礎，形成以電網為骨干網架，借助高效的氣電轉換、熱泵與廣泛應用的冷熱電三聯供等能量轉換技術構建的多能耦合網絡[5]，真正構建起以電為中心的“能源互聯網”，充分發揮各分布式資源的集聚效應與協同優勢。

1.3 信息物理融合化

既要求加強信息網絡建設，依托“大云物移智”技術構建廣泛互聯、全域感知、高效運轉的信息網絡，同時也要求電網物理網絡與信息網絡高度集成互聯，支撐電網與用戶的雙向互動，電網由傳統控制管理模式向開放雙向經營模式轉變[6]。

2 “兩個50%”帶來的挑戰

為更具體地明晰“兩個50%”目標下東部受端電網所面臨的挑戰，研究建立了能源-電力-經濟模型（圖1），開展以能耗水平、部門需求、終端消費及環境影響等為基礎的能源發展趨勢預測，對能源清潔化率和終端電氣化率的演變路徑進行了定量分析。

基于該模型，以××電網所在區域為具體案例開展分析，結果表明：為了達成在2050年實現終端電氣化率50%的目標，該省需進一步深化工業、交通領域的電能替代。隨著未來電力需求的大幅增長，考慮到能源清潔化率指標，新增電力需求將主要由非化石能源提供。

因此，未來電能結構是影響非化石能源消費占比的關鍵因素。

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

2.1 電網發展挑戰

隨著“兩個50%”目標的逐步推進，風、光等可再生能源大力發展，火電定位調整，形成一種全新的高度清潔化電源格局，同時也給電力系統的規劃運行帶來了相應挑戰。

2.1.1 資源負荷逆配挑戰

××電網所在區域具備一定的可再生能源資源，但發展潛力有限[7]，僅從現有資源角度考慮，即使在大規模開發可再生能源的條件下，區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鍵因素。

因此，從區外來看，該受端電網需大規模購入外來電力，對通道和調度提出了更高要求。而從現狀來看，區外電力送電時序與規模存在較大不確定性，且規劃項目的通道資源極為有限。從區內來看，因資源與負荷逆向配置的關系，本地電源中大部分的風電、光伏等裝機將集中在北部和沿海地區，海上風電基地大規模投產后，可再生能源發電裝機和電力負荷的逆向分布趨勢將更加明顯，區內送電壓力不斷增大，需要進一步提高電能傳輸水平和調度水平。

同時，隨著海上風電規模不斷擴大且不斷向遠海延伸，與大規模海上風電相匹配的柔性輸電技術的需求也將不斷增加，對電網發展提出了更高的技術要求。

2.1.2 系統穩定性挑戰

隨著越來越多的風電、光伏等可再生能源通過電力電子變換裝置接入電網，以及柔性直流輸電技術、直流配電技術、負荷側電力電子裝置的不斷涌現，系統中電力電子裝備將不斷增加，導致系統慣性降低[7]，威脅系統安全穩定運行。

2.1.3 海量互動需求挑戰

隨機波動的風電和太陽能發電成為主力電源，對于調頻、負荷跟蹤能力的需求大大增加[8]，除了傳統機組之外，對于新興靈活性資源的需求大幅增加，儲能、虛擬電廠等應用需求逐步擴大，越來越多的主體將參與到源網荷互動中，互動需求呈指數增長，對信息系統建設、運行提出了更高要求。

圖1 “兩個50%”指標演進計算模型示意圖

2.2 企業經營挑戰

電能作為能源市場的商品，既關乎國計民生，也關乎電力企業的經營效益。隨著生產側清潔化和消費側電氣化比例的不斷提高，高比例清潔能源廣泛接入對電網的生產運行產生了重要影響，影響線損等核心經營指標。同時隨著電力體制改革推進，電網傳統經營模式逐步改變，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，嚴重影響營收水平。

3 應對建議

3.1 電網發展

3.1.1 擴大清潔能源供應

對內支持可再生能源開發和核電建設，有序規劃海上風電開發布局與開發時序，加快配套電網送出工程建設；對外充分利用已建通道，加強與送電端的協調，提升通道利用率和清潔電力比例，結合各地電源建設時序預先開展新建通道可行性研究。

3.1.2 打造柔性傳輸網絡

主網層面構建聯系緊密的交直流混連主干網架，滿足清潔能源豐富地區、沿海地區大規模清潔能源和核電接入消納需求，持續提升負荷集聚地區電網供電能力和抵御嚴重故障的能力；配網層面打造靈活智能配電網，克服大規模可再生能源并網帶來的穩定性問題，提升配電網接入能力。

3.1.3 擴大儲能靈活性資源建設

圍繞故障恢復、應急防災等方面充分開展儲能服務電網穩定運行的應用研究，推進抽水蓄能建設的同時，通過區外投資等方式參與區外新增抽水蓄能項目的建設，增加可調節資源。創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用。

3.1.4 多措并舉優化電網規劃運行

開發可再生能源與主動負荷響應、分布式儲能（包括電動汽車）、輸電網相協同的配電網規劃模型與方法，充分利用廣域內分布式能源時空互補性，建立多級調度電網互動響應機制，因地制宜開展區域內、區域間的風光水火聯合調度運行。

3.2 企業經營

面對售電收入面臨的挑戰，電網企業應發揮自身規模、平臺優勢，轉變經營思維，積極開展數字化轉型，全面服務政府、服務企業、服務客戶、服務市場，通過項目咨詢、項目投融資、規劃設計、建站并網、工程實施、運營管理、運維檢修、供能服務、增值服務等方式，提供“專業化、流程化、標準化、可視化、系統化，智能化、互動化”的“一站式全流程”能源服務，打造“集約高效、經濟適用、智能綠色、安全可靠”的用能環境，構建互利共贏、開放共享的能源互聯網生態。

4 結語

作為典型的能源受端電網，××電網在推進“兩個50%”目標下面臨的諸多挑戰也是擺在若干東部沿海省份面前的共性問題，需要協調好優化能源結構與保證能源供應二者的關系，大力推進能源供應清潔化和能源消費電氣化建設，在電網建設和企業經營兩方面精準發力，高質量推進“兩個50%”目標的實現。