北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局主動(dòng)作出的重大戰(zhàn)略決策，是我國(guó)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)與高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求。2021年3月15日召開的中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議，研究了我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的基本思路和主要舉措，提出“要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，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)”。

（來源：微信公眾號(hào)“能源研究俱樂部” ID：nyqbyj 作者：趙文瑛）

一、未來新型電力系統(tǒng)的構(gòu)想

碳排放與人口、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、能源、技術(shù)等多種因素有關(guān)，能源活動(dòng)是我國(guó)主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的90%左右，其中電力行業(yè)排放約占能源行業(yè)排放的40%，因此能源電力行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳中和的主力軍。從數(shù)量關(guān)系上來看，實(shí)現(xiàn)碳中和，一是增加森林、海洋、濕地等碳匯量以及碳利用封存能力，二是降低化石能源消費(fèi)、工業(yè)生產(chǎn)的碳排放，主要從能源供給的低碳化、能源利用的高效化、能源消費(fèi)的電氣化三個(gè)方面著手。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的主要途徑，不僅使電力系統(tǒng)“發(fā)-輸（變）-配-用”全環(huán)節(jié)發(fā)生根本變革，也會(huì)使建筑、交通、工業(yè)等行業(yè)用能方式發(fā)生深刻變化。

電力系統(tǒng)的基本任務(wù)是將電能在電壓、頻率等參數(shù)合格的前提下安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地分配給各用電負(fù)荷。在時(shí)間維度上，由于電能難以大規(guī)模存儲(chǔ)，電力系統(tǒng)的基本特征是必須時(shí)刻保持動(dòng)態(tài)供需平衡，包括有功功率和無功功率動(dòng)態(tài)平衡；在空間維度上，我國(guó)能源資源分布與需求中心逆向分布，跨省跨區(qū)輸電是重要手段，形成了“西電東送、北電南送”的資源配置格局。在電量平衡上，碳排放與發(fā)電量（非裝機(jī)容量）相關(guān)，“以新能源為主體”即要增加非化石能源發(fā)電量占比，降低火電機(jī)組發(fā)電量占比；在電力平衡上，光伏、風(fēng)電置信容量低，據(jù)相關(guān)測(cè)算，我國(guó)水電可開發(fā)裝機(jī)約6.6億千瓦（目前已開發(fā)程度達(dá)到56%），沿海核電廠址資源約2億千瓦（含規(guī)劃在內(nèi)的），我國(guó)目前尚沒有可大規(guī)模替代火電機(jī)組的有效途徑和方式。

二、面臨的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)

由于新能源發(fā)電固有的強(qiáng)隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性，以及通過電力電子裝置并入電網(wǎng)的特征，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)“一低、兩高、雙峰、雙隨機(jī)”的特點(diǎn)，即低系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、高比例新能源+高比例電力電子裝備、夏冬負(fù)荷雙高峰、發(fā)電出力和用電負(fù)荷雙側(cè)隨機(jī)波動(dòng)，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來重大挑戰(zhàn)。

電源側(cè)，最大挑戰(zhàn)在于新能源以能夠參與電力實(shí)時(shí)平衡的很小的置信容量實(shí)現(xiàn)發(fā)電量高占比目標(biāo)。據(jù)預(yù)測(cè)，在“3060”目標(biāo)下，2030年風(fēng)光裝機(jī)將達(dá)到17億千瓦以上，發(fā)電量占比約24%；2060年風(fēng)光裝機(jī)將達(dá)到50億千瓦以上，發(fā)電量占比約67%。隨著新能源滲透率的提高，新能源出力的波動(dòng)與負(fù)荷需求的波動(dòng)疊加后的凈負(fù)荷峰谷差明顯增大，電力系統(tǒng)需要解決調(diào)峰、調(diào)頻、靈活調(diào)節(jié)資源稀缺、低慣性、抗擾動(dòng)能力弱、新能源機(jī)組低/高電壓穿越等問題。

在日電力平衡上，新能源的日波動(dòng)性大（據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)網(wǎng)區(qū)域風(fēng)電日最大波動(dòng)率約為23%、光伏日最大波動(dòng)率約為54%）、反調(diào)峰特性及光伏“鴨型曲線”問題，使新能源對(duì)電力平衡支撐較弱，新型電力系統(tǒng)對(duì)靈活調(diào)節(jié)能力和快速爬坡能力要求更高；在月度電量平衡上，風(fēng)電為春、秋高峰，光伏為夏、秋高峰，負(fù)荷為夏、冬高峰，加上季節(jié)性水電影響，季節(jié)性不平衡問題日益凸顯。

風(fēng)光有效利用小時(shí)數(shù)低，相同發(fā)電量情況下需要約3倍煤電機(jī)組容量。新型電力系統(tǒng)下，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量中新能源為主體，新能源的穿透率（新能源裝機(jī)/用電負(fù)荷）要遠(yuǎn)高于100%，同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)條件下，煤電裝機(jī)客觀上仍需要隨著全社會(huì)用電負(fù)荷增加而增加（優(yōu)先考慮水電、核電、氣電參與平衡后），進(jìn)而導(dǎo)致電力供應(yīng)總體充裕，火電利用小時(shí)數(shù)不斷降低，新能源發(fā)力時(shí)段棄電上升，消納更加困難，新能源利用小時(shí)數(shù)也會(huì)減少，系統(tǒng)成本和全社會(huì)用電成本明顯增加。

電網(wǎng)側(cè)，“一低、兩高、雙峰、雙隨機(jī)”的新型電力系統(tǒng)以及交直流混聯(lián)電網(wǎng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)給電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡帶來巨大挑戰(zhàn)，電網(wǎng)需不斷提升系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡能力、清潔能源消納能力以及資源優(yōu)化配置能力。新能源高比例接入電力系統(tǒng)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小、頻率調(diào)節(jié)能力降低，系統(tǒng)短路容量下降、抗擾動(dòng)能力降低，系統(tǒng)無功支撐能力降低，暫態(tài)過電壓?jiǎn)栴}突出，新能源機(jī)組存在大規(guī)模電網(wǎng)解列可能，增加了電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、電能質(zhì)量控制以及維持系統(tǒng)平衡提出了更高要求。

新能源較為經(jīng)濟(jì)的利用方式是就地或就近利用，受土地、資源等因素制約，未來新能源開發(fā)將集中式與分布式并重，“三北”地區(qū)新能源資源豐富但本地消納困難，仍需考慮外送問題。風(fēng)光水火（儲(chǔ)）打捆外送對(duì)于保障受端穩(wěn)定供應(yīng)以及通道利用率都是有利的，而由于風(fēng)光有效利用小時(shí)數(shù)低，高比例的風(fēng)光（儲(chǔ)）外送或?qū)е峦ǖ览�用率低、投資回報(bào)低，或使風(fēng)光裝機(jī)過剩以滿足設(shè)計(jì)輸送電量要求，都會(huì)影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性，因此未來如果配套火電機(jī)組不足，外送恐將成問題。

另外，隨著技術(shù)發(fā)展，未來新能源電量外送需求通過輸電線路抑或就地轉(zhuǎn)化為氫（或碳?xì)淙剂希┻M(jìn)行輸運(yùn)，需結(jié)合下游應(yīng)用及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性深入研究。

用戶側(cè)，多元、互動(dòng)、靈活的用能設(shè)備大量接入對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行控制、終端電能質(zhì)量等造成重大影響。分布式能源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車、智能用電等交互式設(shè)備大量接入，潮流流向?qū)�發(fā)生改變，電壓分布、諧波等影響配網(wǎng)電能質(zhì)量，終端無序用電將會(huì)增加凈負(fù)荷峰谷差，功率波動(dòng)問題更加突出，配網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力和消納能力面臨挑戰(zhàn)，安全穩(wěn)定運(yùn)行受到影響。同時(shí)，無論是電源還是電網(wǎng)若按傳統(tǒng)最大負(fù)荷進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)備利用率則將會(huì)降低。

電能將逐步成為最主要的終端能源消費(fèi)品種，從2000年到2020年，我國(guó)電能占終端能源消費(fèi)比重從14.5%增長(zhǎng)到27%，年均提高0.6個(gè)百分點(diǎn)；據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)，2025年、2030年、2060年電能占終端能源消費(fèi)比重有望分別達(dá)到30%、35%、65%以上，年均提高約1.0個(gè)百分點(diǎn)。終端電氣化對(duì)眾多領(lǐng)域用能方式將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

儲(chǔ)能側(cè)，最大挑戰(zhàn)在于突破大規(guī)模、長(zhǎng)周期、高安全、低成本的儲(chǔ)能技術(shù)。大規(guī)模儲(chǔ)能是一種顛覆性技術(shù)，改變了電能難以存儲(chǔ)的傳統(tǒng)認(rèn)知，如果新能源電量大比例通過儲(chǔ)能解決穩(wěn)定供應(yīng)問題，則某種程度上實(shí)現(xiàn)了電能的發(fā)輸配用環(huán)節(jié)的解耦，使得電能如同超市中的商品一樣。

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本文標(biāo)題：新型電力系統(tǒng)的未來構(gòu)想+風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)+應(yīng)對(duì)舉措

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