能源低碳轉型有待電力系統破題

■本刊記者 余璇/ 編輯 向敏

8月2 日，由中國能源研究會和中國電力企業聯合會共同主辦、自然資源保護協會（NRDC）支持的“中國電力低碳轉型高峰論壇”在京舉辦。

論壇發布了由中國能源研究會和中國電力企業聯合會共同完成的《構建新型電力系統研究》《新型電力系統調節能力提升及政策研究》報告。《構建新型電力系統研究》報告預測，到2060 年，我國在生產側一次能源通過電能轉化比重會由2020 年45%提高到85%以上，電能占相應的終端能源消費也從目前的26%提高到70%左右，電能將逐步成為終端能源主體。

能源轉型面臨挑戰電力系統或成破題關鍵

“我國是能源消費大國，占世界消費總量四分之一。碳排放相當于美國、日本、歐盟碳排放的總和。我國必須主動進行能源轉型，才能實現經濟低碳發展。”中國工程院院士湯廣福在論壇上指出。

碳達峰碳中和“1+N”政策體系及相關政策的陸續出臺，清潔能源裝機規模占比的持續增長，標志著我國能源轉型正朝著清潔、低碳、安全、高效大步邁進。然而，我國能源轉型是一個長期的過程，所面臨的挑戰不容小覷。

在國際方面，近年來全球能源價格劇烈波動，對我國能源安全穩定供應造成影響。在國內方面，我國能源資源稟賦為富煤、缺油、少氣，新能源裝機與負荷呈逆向分布。相關數據顯示，“三北”地區負荷占全國總負荷的比例僅為36%，但集中了全國75%的新能源裝機。湯廣福坦言，目前我國能源供應自主度在80%左右，自主力不足。再加上能源結構問題，資源與負荷逆向分布，都給能源轉型帶來很大的壓力。

壓力之下，能源轉型如何推進？與會專家認為，一次能源中的風、光、水、核等都必須轉化為電能才能加以利用，未來的氫能、儲能等，也主要通過電能進行轉換，因此電力系統在能源轉型中將起到核心作用，電力將成為能源轉型的“主戰場”。

“重構能源體系是實現‘雙碳’目標的必然要求。”中國能源研究會能源政策研究中心主任林衛斌在論壇上表示，要合理把握能源轉型節奏，協同推進能源系統電氣化和電力系統低碳化。新能源不能單邊冒進，要與能源系統形態變革雙輪驅動。

“我們電力系統的形態結構會發生根本的轉變，我們過去電力系統發輸用是單向流動的，在新的電力系統下應該是發輸儲用雙向流動的。”電力規劃設計總院高級顧問徐小東認為，未來電力資源配置規模將進一步擴大，過去主要送西南水電和西部、北部的煤電，未來新的西電東送還要繼續，西部和北部就不是煤電為主，應該以送光伏和風電為主，由此帶來直流多落點和密集通道等問題，也會增加電力系統安全穩定運行的難度和復雜度。“我國現在的新能源還不能說是主體電源，新能源發展到最后應該成為電力系統的基礎保障性電源。”他表示，“現在我國的新能源對電力系統支撐貢獻率大概不到5%，絕大部分電力系統支撐現在還是靠化石能源、水電、核電。所以新能源向主體能源轉變，除了新能源用電量要成為主體，更重要的是對電力系統的支撐要成為主體，這個難度是比較大的。”

“電力綠色低碳轉型主線還應該是發展，在發展中轉型，在轉型中發展，并且在這個過程中要保持一個相對平衡的態勢。”中國能源研究會理事長史玉波表示，當前電力在我國經濟社會終端用能地位十分關鍵，保持電力充足供應，涉及能源安全，涉及國計民生，必須牢牢把握住電力安全穩定充足供應的底線。

《構建新型電力系統研究》提出，未來構建新型電力系統需要分“三步走”：2020—2030 年努力推進技術變革、體制機制創新，實現增量替代；2030—2040年初步形成以新能源為主體的新型電力系統，煤電逐漸退出主導地位，非化石能源發電逐漸成為主體能源；2040—2060 年新型電力系統逐步成熟，新能源主體地位不斷加強，煤電加快退出。

靈活性調節成為高頻詞

“新型電力系統是在傳統電力系統的基礎上，順應碳達峰碳中和要求的系統高級形態，是以新能源發電為主體，以靈活性資源為支撐，具有交直流混聯和微電網并存的電網形態，應用先進前沿技術，依托統一電力市場，實現能源資源大范圍優化配置的基礎平臺。”中國電力企業聯合會常務副理事長楊昆在會上表示，新型電力系統具有綠色低碳、柔性靈活、互動融合、智能高效、安全穩定的顯著特征。

然而，現階段我國新型電力系統建設面臨新能源發電占比逐漸增大、“源網荷”協調困難、用戶側供需互動需求加大、數字化水平有待提升、體制機制尚未健全等多方面挑戰。

“隨著新能源發電占比增大，新能源資源的波動性和隨機性，對電力系統的功率平衡、抗沖擊能力提出了更高要求。我們需要改變過去100 多年的電力系統理論，把傳統的剛性電力系統變得更為柔性一些，充分挖掘多種資源的靈活性，包括發電側的靈活性運行、電網側的時空互補、需求側動態負荷的靈活性，支撐風光的高比例發展。”湯廣福表示。

中國電力企業聯合會規劃發展部副主任張琳在發布《新型電力系統調節能力提升及政策研究》成果時介紹，截至2020 年底，全國靈活調節電源裝機占比18.5%；預計到2025年，抽水蓄能電站裝機應達到6200 萬千瓦，新增火電靈活性改造2 億千瓦，建設不少于3000 萬千瓦的新型儲能，才能滿足系統調節需求。

楊昆表示，新型電力系統建設是一項長期任務，要充分認識構建新型電力系統的長期性、差異性、靈活性和創新性，依據各地資源稟賦，因地制宜構建新型電力系統，大力提升新型電力系統調節能力，保障新能源大規模開發和高效利用。

中國華能集團有限公司科技部主任許世森表示，新型電力系統需要靈活性電源支撐，在我國需要煤電作為靈活電源進行支撐，否則很難實現能源安全供應。

除此之外，三峽科技有限責任公司董事長江冰表示，配網側和用戶側涌現出了大量的新型主體，將發揮重要作用。“儲能作為在電源與負荷之間轉變的‘自由人’，可增強電力系統的靈活性，成為電力系統平衡不可或缺的第四元素。”

徐小東表示，我國亟須升級電力傳統調度運行體系。傳統調度無法適應源網荷儲多向互動的運行需求，需要通過數字化技術提升調度的靈活性，以適應新型電力系統運行方式的頻繁變化。

“要確保電力系統的穩定運行，用戶側必須深度參與系統平衡，同時配電網進一步完善物理架構和運行邏輯。虛擬電廠將成為未來電力系統平衡的重要組成部分。”國家電力投資集團戰略規劃部副主任李鵬介紹，2022年7月13日，國家電投在江蘇通過虛擬電廠成功實現39 萬千瓦的靈活調節，相當于低成本替代了新建的60 萬千瓦煤電機組，有效保障了電力系統安全穩定，降低系統整體用電成本。

史玉波強調，要加強技術創新，目前我們已掌握的技術還不能完全支撐我國2060 碳中和目標的實現，亟須實現重大技術的突破，甚至是一些顛覆性技術的突破。

未來數字化建設將提供關鍵性支撐

“電力電源清潔化，電力系統柔性化，電力系統數字化，電力系統電力電子化是新型電力系統4個內在的本質特征。”湯廣福表示，電力系統數字化，才能保證感知、互動、共享、靈活柔性、安全可靠、開放共享這些外部特征。

業內專家指出，目前電力系統數字技術和物理系統的融合不夠深入，支撐轉型的能力不足。人工智能算法、大數據理論等與國外相比仍存在較大差距，需加強基礎性研究。與此同時，大量的芯片、元器件等“卡脖子”和短板技術，仍然需要長期攻關。電力系統數字化應通過數字技術與物理系統的深度融合，實現對電力系統的“數字賦能”。

“數字化和智能化是我們新型電力系統的重要基礎。”徐小東指出。

推動電力系統向全環節的數字化和調控體系智能化轉變，先進的通信、大數據、物聯網技術，要全面覆蓋電力系統發輸配用的全環節，用人工智能技術升級智慧化的調控運行技術，來打造新一代電力系統的中樞大腦。

多位專家表示，現階段電力系統建設應提升數字分析水平，加強電網協調控制能力。目前電力系統呈現“雙高”特性，傳統分析方法已無法適應新形勢。傳統計劃調度更表現出不適應新能源發展的情況，必須借助人工智能實現智能調度。同時，“源網荷儲”需要縱向貫通，亟須數字化建設實現源網荷儲協調互動。

“將來調度隨著數字化程度提高，是由算法決定的。”江冰認為，傳統的調度雖然已經實現了自動化，但基本上還是計劃。

“未來能源網將以能源的分布式生產和利用為突出特征，在數字化技術驅動下，真正進化成自平衡、自運行、自處理的‘源網荷儲’一體化的智慧能源系統。”李鵬表示，只有在這種技術條件下，才有可能實現高比例的清潔能源發輸配用一體化鏈條打通，并具備以下幾個核心特點，即用戶側會深度參與到電力系統平衡中來，源網荷儲互動會變成常態，負荷特性由剛性純消費性向柔性生產和消費兼具轉變。

針對我國新型電力系統發展情況以及數字化融合發展情況，楊昆建議，在中東部及南方負荷中心區域立足于核電、海上風電高效利用，探索建立送入電力加數字化技術、源網荷儲高效協同的模式。根據不同地區的電源特點和用電負荷分配特征來確定各自的模式。■