推動構建以新能源為主體的新型電力系統初探

楊振綱 胡玉峰 王珂

（作者為南方電網公司2021年中青年干部培訓班二班（秋季）學員）

實現碳達峰碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央統籌國內國際兩個大局作出的重大戰略決策，是應對氣候變化的主動之策，是保障我國能源安全的必由之路，是提升國際競爭力、培育發展新動能的創新之舉，是實現經濟高質量發展的內在要求，彰顯了可持續發展的深入洞見和“人民至上”的初心情懷。

當前，人民日益增長的清潔低碳、安全高效的能源需求與我國清潔低碳能源發展不平衡不充分、經濟社會和電力系統對新能源發展承載能力不足的矛盾日益凸顯。解決這一矛盾的關鍵，一是要以科技創新引領電力行業發展，從根本上提升全行業生產力水平，滿足日益增長的電力需求；二是要充分發揮市場在資源配置中的決定性作用，更好地發揮政府作用，建立健全電力市場，構建與生產力相互匹配、相互促進的生產關系。

發展路徑篇

關于2030年前碳達峰。根據科學估算，到2030年全國碳排放總量在115億噸左右。2021~2030年全國能源消費總量約有18%的增長空間，平均每年不到2%。具體到電力行業，由于電力在終端能源消費中的占比會從目前的27%提升到35%左右，今后十年還會有約48%的增長空間。

關于2060年前碳中和。于電力行業，由非化石能源逐步替代化石能源，實現以新能源發電為主體。碳排放將由2020年的43億噸、“十五五”達到峰值的45億噸，降至本世紀中葉的4億噸，并通過碳捕獲將剩余碳排放全部中和。于工業、交通、建筑領域，通過電能替代和綠氫等手段，碳排放水平將由目前的44.6億噸增長至45億噸，“十五五”實現低峰值達峰，2060年前降至5億噸，并以碳捕獲、生物質改造技術實現碳中和。于工業生產過程二氧化碳排放，通過綠氫替代還原劑或碳捕獲等手段實現碳減排，并通過植物碳匯實現碳中和。

在能源這個主戰場，雙碳發展路徑可以概括為終端用能電氣化和電力供給低碳化。對此，習近平總書記提出了具體而明確的要求，加快構建清潔低碳、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，實施可再生能源替代，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統，通過能源電力綠色低碳發展引領經濟社會系統性變革，這為我國能源電力行業改革發展指明了方向。

構建新型電力系統，實現雙碳目標，需從“源網荷儲”四個方面協同發力，系統推進。電源側，持續推進風光等新能源生產成本降低，并逐步成為主體電源；積極穩妥發展核電和水電。預計到2030年，風光等新能源裝機達到45%，非化石能源裝機占比為68%；到2060年，風光等新能源裝機約為80%，非化石能源達到96%。電網側，持續擴展“西電東送、北電南送”，實現能源資源高效內循環；構建“合理分區、柔性互聯、安全可控、開放互濟”的主網架和“強簡有序、靈活可靠、先進適用”的配電網，構建強健的中樞平臺支撐；加快傳統電網數字化轉型，通過數字賦能實現智能決策、智能調控、智能運行。負荷側，推動戰略性新興產業和高附加值低能耗產業發展，加快形成綠色低碳的生產生活方式；堅持節能優先，支持重點行業節能改造，推動重點領域和新基建領域能效提升；拓展電能應用的廣度深度，加快推動以電代煤、代油、代氣、代柴；加快實現電制氫對化石能源的進一步替代。儲能側，加快布局發展抽水蓄能；優先在源荷側就近布局新型儲能，實現互補發展。通過改造傳統電源，提升靈活調節能力。整合電動汽車、工業可調節負荷等彈性資源，聚合形成虛擬電廠，構建用戶側優質調節資源。

科技創新篇

電力系統發展與電力科技進步緊密交織、相輔相成。超超臨界機組、高水頭抽水蓄能、特高壓輸電、柔性直流輸電、大電網安全穩定系統等重大電力裝備與技術，有力保障了我國互聯大電網的發展與“西電東送”國家戰略的實施。2014年，習近平總書記提出“四個革命，一個合作”能源安全新戰略，為我國能源電力高質量發展指明了道路，隨后以新能源發電、柔性配電網、綜合能源、新型儲能、電動汽車、云大物移智鏈等為代表的新一代能源電力科技實現了快速發展與規模化應用，為構建以新能源為主體的新型電力系統奠定了良好基礎。

新型電力系統面臨的主要技術問題。當前，新型電力系統建設已成為時代使命，新能源發電機組隨機性、波動性、間歇性大，具有“極熱無風”“晚峰無光”“大裝機、小電量”等特性，其大量并網并逐步成為主力電源，會影響電力安全可靠供應。新型電力系統中，新能源機組、直流系統、分布式電源、微電網與多能互補網絡、新型負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運行特性、穩定機理、平衡控制等發生重大變化，不確定性增加，轉動慣量降低，系統安全穩定運行風險增大。

推動新型電力系統構建的科技創新核心方向。面對能源電力安全、經濟、綠色“不可能三角”帶來的挑戰，加快推進科技創新是必由之路。電源側，積極推進清潔轉型，研制應用4兆瓦+級陸上風電、15兆瓦+級海上風電、25%+光伏電池等更高效率、更低成本的新能源發電裝備，大力發展第四代核電技術、常規煤電機組靈活性與超低排放技術、生物質混燃發電與氣化發電技術、高效低成本氫能制儲用技術，積極探索核聚變、海洋能、干熱巖地熱能、天然氣水合物應用技術。電網側，大力推進電網數字化、智能化、柔性化轉型，加快突破新能源基地直流外送技術、海上風電新型匯集組網送出技術、新能源主動支撐技術、概率性規劃技術、源荷不確定情況下電力電量平衡技術、新型電力系統安全穩定機理與新一代穩控技術、新型電力系統風險評估與韌性提升技術、海量調度對象的可觀可測可控技術。負荷側，大力推進“新電氣化”與能源高效利用，加快推進冷熱電氣高效轉化與梯次利用技術、低碳零碳高效用能技術、車-樁-網互動與電力交通融合技術、智能用電與供需互動技術研究應用。儲能側，大力推進高可靠、長壽命、低成本新型儲能技術研發及規模化應用，突破大型可變速抽水蓄能機組裝備技術，發展高電壓吉瓦時儲能電站集成技術、分布式儲能聚合應用技術，推動先進壓縮空氣儲能、低成本高能量密度液流電池儲能、寬溫度長循環鈉離子儲能、固態鋰電池儲能以及海水抽水蓄能技術發展。

建立健全科技創新體制機制的建議。構建以新能源為主體的新型電力系統是能源電力行業發展的重大變革，對電力科技創新提出更高要求，需要政府部門、關聯企業、科研院所協同推進，深化科技體制機制改革，加快完善關鍵核心技術攻關的新型舉國體制，通過構建產學研創新聯合體，建設國家、區域重大聯合創新平臺，出臺鼓勵協同創新的政策機制，充分發揮社會主義制度優越性；也要通過市場的決定性作用來優化資源配置，使舉國體制更加科學、集約、有效，讓更多的創新要素向企業集聚，激發市場主體的創新活力。

市場建設篇

關于新型電力市場建設面臨的主要問題。新型電力系統能否健康持續高質量發展，生產關系調整的核心是解決各利益主體的成本疏導和構建科學合理的價格機制，建立起與之匹配的新型電力市場。由于新型電力系統從源網荷儲各要素都面臨著較大的生產力變革和結構變革，源荷兩側的利用小時數、特性曲線差異拉大，宏觀看不可避免地增大了電源與負荷的容量比和電網的布局，同時增大了儲能布局，使之成為電力系統的第四大獨立要素，各要素必要的成本投入需要新型電力市場疏導和調節。逐步成為主體的風光等新能源發電，在技術創新的推動下和充分競爭的市場中，投資成本持續下降，從上網電量單價這一角度衡量，目前已實現與煤電同價，低于氣電，未來還有較大的下降空間，這些空間需要通過新型電力市場引導，用以補償其他電源的容量、調節能力貢獻和網荷儲三側消納能力、調節能力、控制能力等方面建設成本。

關于新型電力市場建設的基本原則。為了實現新型電力市場建設的主要目標，需遵循以下基本原則。一是堅持市場在資源配置中的決定性作用原則，釋放各主體的市場價值，體現電力商品的經濟、低碳、綠色價值，促進新能源在競爭中健康蓬勃發展。核心是為新能源提供穩定回報，調動新能源產業鏈積極性，從而促進規模發展。同時，推動新能源全面參與市場，在競爭中不斷降低成本，為其他各方的合理成本提供回收來源。二是堅持“放開兩頭、管住中間”的原則，尤其對第四要素的儲能，應主要參考“放開兩頭”的原則，以市場手段形成價格，保障成本回收。支持靈活性資源獲得合理收益，體現其價值，充分挖掘抽水蓄能、電化學儲能、火電、負荷等靈活性資源的潛能，支撐系統安全穩定運行，并為其獲得合理收益提供市場平臺。三是統籌協調電力市場與碳市場原則，通過市場挖掘并兌現綠電的減碳效益和環保效益。新型電力市場可緊密關聯碳交易市場和綠證交易市場，協調電力與碳排放、綠色能源價值的關系，并與其他外部市場協同發展，助力實現碳達峰碳中和。

關于新型電力市場建設的初步構想。總體思路是容量市場建設、電量市場完善、輔助服務市場優化、碳交易市場與綠電市場的融合，以實現全國統一電力市場的建設。容量市場主要針對傳統電源（由主供電源向基礎電源/保障電源的定位變化）和大型抽水蓄能等調節電源，主要解決電力系統各個時間尺度的供應容量保障、調峰容量保障，解決傳統電源和抽水蓄能的投資回收問題。電量市場主要優化電力中長期和現貨交易的協同配合，使市場充分跟蹤一次能源價格波動引起的成本波動，同時全力實現電力供需關系和價格的可預測可調控，穩定經濟社會用電的基本預期，建立帶時標曲線的新型電力市場交易機制，形成適合新能源的交易體系。輔助服務市場作為對容量、電量兩大市場的補充，針對調頻、調壓、備用、電力需求響應等輔助服務建立市場，疏導系統必要的成本投入，挖掘靈活性資源的價值。搭建有利于低碳發展的平臺，圍繞電價、碳價、綠證價格，對各市場主體的交易行為特征、價格形成機制等進行系統研究，統籌協調發展新型電力市場，融合發展碳交易市場和綠證交易市場，充分體現和挖掘清潔電力的綠色、低碳效益與價值，創造有利于非化石能源，尤其是新能源發展的環境和平臺。構建全國統一電力市場，充分考慮我國電力系統網絡結構堅強、跨省交易容量大占比高、直流輸電為主、跨區交易相對獨立的特點，建立全國統一、區域融合、省為主體的統一開放、競爭有序、安全高效、治理完善的電力市場。