新能源在新型電力系統中的研究分析

竇寒竹，陳吉祥，張 闊

(國網浙江省電力有限公司天臺縣供電公司，天臺 317200)

0 引 言

2021年3月，習近平總書記在中央財政委員會第九次會議上強調，要深化電力體制改革，建立以新能源為主體的新的電力體制。這是一個至關重要的新思路，它為能源和電力行業提供了基本基礎，指出了前進的方向，并指出了未來電力系統的破壞性創新。此前，國家發展和改革委員會、國家能源管理局以及能源和電力行業提議建立一個適合發展高比例可再生能源的新電力系統[1]。

電力行業的“碳達峰，碳中和”和進度對雙碳目標的實現和影響較大，因此必須加快構建以新能源為主題的新型電力系統[2]?；谝孕履茉礊橹黧w的新型電力系統體系構建后，風電和光伏發電將會迎來發展的挑戰和機遇，由于風電和光伏發電具有間歇性和波動性的特征，而儲能是解決新能源發電不穩定的重要工具，所以未來儲能發展是必然的趨勢[3]。隨著常規火電機組的有序退網和大規模的新能源發電并網，以及大量、高比例電力電子元件輸電設備的投運，未來電力系統的穩定性將會有所降低，傳統的技術手段已經無法適應電網的運行需求，所以需要數字智能技術和傳統電力技術深度結合，才能促進電力系統安全、穩定和高效的運行[3]。

1 電力系統的現狀

我國新能源產業發展迅猛，近十余年都以30%以上的超常速度增長，如今我國已是全球風電和光伏發電規模最大、發展最快的國家。據國家能源局有關統計，截至2020年底，我國新能源發電裝機總規模5.6億千瓦，位居全球首位，占總裝機比重25.5%。其中：風電2.8億千瓦、光伏發電2.5億千瓦、生物質發電2952萬千瓦，風電、光伏發電新增裝機接近1.2億千瓦，約占全國新增發電裝機的62.8%。風電、光伏發電量7 270億千瓦時，占總發電量比重9.5%，同比增長0.9個百分點。這些都表明我國新能源綠色電能替代作用不斷增強，有力支撐了能源綠色低碳轉型[4]。

據兩大電網公司有關數據統計，2020年，國家電網公司經營區域內，新能源市場化交易電量1577億千瓦時，占新能源發電量的21.7%。其中，新能源跨省跨區交易電量920億千瓦時，新能源與大用戶直接交易、發電權交易等省內新能源交易電量657億千瓦時。南方電網公司經營區域內，消納新能源電量1 022億千瓦時，同比增長27%，新能源利用率99.8%，基本實現全額消納。其中，新能源市場化交易電量96億千瓦時，占新能源發電量的17.3%。

2 “雙碳”目標下新型電力系統的建設方向

目前，要構建高效的能源體系和新型的電力體系只有選擇科技的改革和創新這條道路，隨著能源和新型電力領域的全面發展，新能源被廣泛的應用于新型電力系統中。隨著電力系統設備的需要滿足新技術的要求和開發就面臨著不斷的創新改革和突破，為了構建多位化和立體化體系的新型電力系統，需要對新型電力系統的建設方向研究，具體技術研究方向和途徑如下：

(1)大電網(骨干網架)建設

隨著新能源應用于新型電力系統后，需搭建一個靈活可靠配比新能源、智能和深度調峰的合理體系和系統。圍繞大型能源基地的跨區域輸送、調度能力和儲能的推廣，從大電網建設角度看，重點在于滿足大型能源基地與負荷中心的聯通通道需求，以及負荷中心區域內調配通道能力。結合我國清潔能源資源區位稟賦因素，大型能源基地配套調峰機組以實現穩定外輸效果(參考青海-河南特高壓直流線路輸出端的海南州風-光-水互補新能源基地)；與跨區域輸送能力相配套，電網新一代調度系統的推廣應用有望提速。

(2)儲能建設

儲能應用場景豐富，在新型電力系統中的應用前景廣闊，具體應用領域可分為發電側、電網側和用戶側三大類以及多種子場景：

(1)發電側：火儲聯合調頻，穩定輸出功率；新能源發電配儲，平抑出力波動，提高消納等；

(2)電網側：調峰、二次調頻、冷備用、黑啟動等；

(3)用戶側： 峰谷套利、需量管理、動態擴容，用戶主要分為家庭、工業、商業、市政等；

(4)微電網：主要為離主電網絡較遠的無電、弱電地區，需要自建電網，可采用可再生能源與儲能作為解決方案；

(5)分布式離網：4G/5G 基站供電、風景區驛站供電、森林監控站供電、油田采油站供電、高速加油站供電等。

(3)配電網建設

“雙碳”目標下，新能源的接入比例持續提升，集中式與分布式并進的格局有望持續強化，要求配網逐步向供需互動的有源網絡過渡。用電形式多樣化與能源結構清潔化，預計將加速配網系統的復雜化和功能多樣化，對配網系統的安全、智能、高效、開放、低碳要求不斷提升[5]。

3 新能源為主體的新型電力系統的構建

我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。我們要提高對“雙碳”目標的認識，實現這一目標的目的,是為了破解溫室效應和氣候變化帶來的威脅，以清潔綠色方式滿足人類用能需求，提升經濟社會的可持續發展能力，進而提升人類福祉[6]。我們既要確保如期實現“雙碳”目標，又要在實施路徑中，充分考慮成本與效益的關系，綜合考慮轉型發展與保持經濟競爭力的關系，盡可能做到低成本減碳、高質量發展。

以新能源為主體的新型電力系統，包括：新能源為主體的電源結構，高彈性的數字化、智能化電網，源網荷儲、多元互動，及以電為中心的綜合能源服務體系等，通過統一高效、有機協調的電力市場，實現電力系統各環節緊密鏈接、穩定有序，為經濟社會發展提供源源不斷的動力支持。

3.1 新能源為主體的電力供應

保持風電、太陽能發電快速發展。堅持集中式和分布式并舉，大力提升風電、光伏發電規模。在開發、送出和市場消納協調發展的前提下，在“三北”地區建設以新能源為主體的清潔化電源基地，實現新能源集約、高效開發。積極開發中東部風能、太陽能資源，有序發展海上風電，加快東南沿海海上風電基地建設。以風電、光伏發電的大規模開發利用，推動風電、光伏發電技術進步和成本降低，完善新能源發電服務體系，不斷提升新能源發電的競爭力。

積極推進水電、核電、氣電電源的開發：以西南地區主要河流為重點，加快推動流域調節作用強的龍頭電站開發，實施雅魯藏布江下游的水電開發。根據相關科研人員和大數據統計：全國2025、2030、2035年以新能源為主體的電力供應格局統計見表1。

表1 2025、2030、2035年新能源電力供應格局統計表數

3.2 建設高彈性、數字化、智能化電力系統

打造多元融合高彈性電網。適應高比例新能源、高比例電力電子設備需要，促進系統各環節全面數字化、智能化。建立全網協同、數字驅動、主動防御、智能決策的新一代調控體系。加強源網荷儲多向互動，多能互聯，推進多種能源形式之間的優化協調，提高電力設施利用效率，提升整體彈性。加強預測預警體系建設，保障極端事件下的電力系統恢復能力。

持續開展煤電機組靈活性改造。煤電功能定位由主體電源逐步轉變為調節電源，需大規模實施煤電機組靈活性改造，從整體上提升機組的靈活調節能力。要加強規劃引導，有序安排改造項目，30萬千瓦、60萬千瓦亞臨界機組，應優先實施靈活性改造。同時要完善輔助服務補償機制，保障煤電機組的合理收益。

大力加強儲能體系建設。加快抽水蓄能建設。既要推進單機容量30萬千瓦以上、電站容量百萬千瓦以上的抽水蓄能項目建設，又要因地制宜，建設中、小型抽水蓄能項目，對具備條件的水電站進行抽水蓄能改造。完善電動汽車參與系統調節的激勵機制，不斷提升電動汽車與電力系統互動水平。鼓勵各類電化學儲能、物理儲能的開發應用。

4 結束語

面對“雙碳”目標，電力行業任務艱巨，我國經濟雙循環發展新格局、新型城鎮化建設和電氣化進程加快，將推動電力需求保持剛性增長。從電力的特性看，傳統能源、新能源轉換為電力，是提升能源利用效率的有效途徑。隨著全社會電氣化水平的提升，更多碳排放從終端用能行業轉移到電力，電力行業碳減排壓力將持續加大。在此背景下，加快構建以新能源為主體的新型電力系統，是電力工業促進自身碳減排、支撐全社會碳減排的必由之路，是實現電力工業高質量發展的必然選擇。