“十四五”新型電力系統發展的挑戰

       我國“雙碳”目標對電力行業的客觀要求催生新型電力系統。2020年9月習總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出了我國“雙碳”目標。根據公開數據資料顯示，2020年我國全社會碳排放約106億噸，其中電力行業碳排放約46億噸，占全社會碳排放總量43.4%。作為全社會碳排放最高的行業，電力行業是實現雙碳目標的主戰場。電力行業的零碳化需要接入高比例新能源，相應的也會具備高比例電力電子設備、低系統轉動慣量特征，傳統電力系統難以滿足“兩高一低”帶來的安全、經濟運行要求，在此背景下新型電力系統概念應運而生。
（來源：微信公眾號“愛能界” 作者：雷明杰）
       以新能源為主體的新型電力系統是以承載實現碳達峰碳中和，貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內在要求為前提，確保能源電力安全為基本前提、以滿足經濟社會發展電力需求為首要目標、以最大化消納新能源為主要任務，以堅強智能電網為樞紐平臺，以源網荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統。在國家、部委及地方層面，新型電力系統或相關產業要求均被列入了“十四五”規劃中。
       在《“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要》中提到：“十四五”期間，要推進能源革命，建設清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力。加快發展非化石能源，堅持集中式和分布式并舉，大力提升風電、光伏發電規模，非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右，同時加快電網基礎設施智能化改造和智能微電網建設，提高電力系統互補互濟和智能調節能力，加強源網荷儲銜接，提升清潔能源消納和存儲能力。
       與此同時，《“十四五”現代能源體系規劃》（發改能源〔2022〕210號）提出：構建新型電力系統，推動電力系統向適應大規模高比例新能源方向演進。統籌高比例新能源發展和電力安全穩定運行，加快電力系統數字化升級和新型電力系統建設迭代發展，全面推動新型電力技術應用和運行模式創新，深化電力體制改革。《“十四五”可再生能源發展規劃》中也提到，需要統籌電源與電網、可再生能源與傳統化石能源、可再生能源開發與消納的關系，加快構建新型電力系統，提升可再生能源消納和存儲能力，實現能源綠色低碳轉型與安全可靠供應相統一。
       各省份對新型電力系統均提出了規劃或要求。浙江省推出了新型電力系統試點建設方案，浙江省發展改革委、省能源局印發《浙江省“十四五”新型電力系統試點建設方案》和《浙江省2022年新型電力系統試點項目計劃》，方案要求“十四五”期間重點實施100個左右新型電力系統試點項目，到2025年新增新能源裝機680萬千瓦以上，積極推進源網荷儲一體化、多能互補、虛擬電廠、智慧電廠等關鍵示范，充分挖掘系統靈活性調節能力和需求側資源，強化源網荷儲各環節間協調互動，提升新能源消納水平。上海、內蒙、廣東、湖北省等各省市均發布了能源發展“十四五”規劃中，提出了對新型電力系統的要求，包括大力發展可再生能源，嚴控煤電增量，開展煤電綠色轉型工程，建設新型電力系統示范區，建立靈活調節機制提升電源靈活性，建設堅強智能電網等措施。
新型電力系統特征
       首先，新型電力系統是大規模高比例新能源的清潔低碳電力系統。在新型電力系統下，新能源電源裝機規模將會大幅增長，新能源裝機及發電量占比大幅提升。各類電源的定位作用發生轉變。新能源從提供電量補充逐步成為提供電量支撐的主體電源。水電和核電仍然是保障電力電量供應的基礎性電源。煤電將轉為以提供電力為主、電量為輔的備用保障電源。氣電主要作為調節性和保安電源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、緊急事故備用作用。儲能在電源側、電網側、用戶側同步發展、共同作用，提供可信容量。
       其次，新型電力系統是結合現代信息通信技術與電力技術的智能互聯電力系統。在發電側，通過物聯網技術的廣泛互聯，將催生出新能源場站的智能發電和智慧運維等新型業務。在電網側，通過物聯網構建的“新能源云網”，將有可能進一步提升新能源的智能調度水平，實現新能源的全方位、全流程消納。在用電側，分布式新能源通過物聯網技術組網，將實現小型光伏發電、分散式風電、生物燃料電廠、儲能裝置、新能源汽車等設備的廣泛互聯，形成多個大中型的虛擬電廠，并借助信息共享和云計算處理。
       最后，新型電力系統是符合未來靈活開放電力市場的安全高效電力系統。新型電力系統下，源網荷儲互動將成為新型電力系統運行常態，可中斷負荷和虛擬電廠將得到普及應用，電力負荷將具備柔性、雙向性特征。用戶與發電企業的直接交易將成為絕大部分電量的銷售模式，靈活性資源也將隨著現貨市場機制的逐步完善成為核心交易內容。
新型電力系統面臨的挑戰
       在新型電力系統構建的過程中，電力行業將面臨以下幾方面挑戰。
       一、系統穩定挑戰
       新型電力系統將面臨系統穩定挑戰。風電、光伏因其自身出力特性，可靠性偏低，這將導致電力系統可靠容量不足，另外新能源發電與用電季節性不匹配，存在季節性電量平衡難題。我國能源資源與負荷呈逆向分布的特性使得，傳統電網難以滿足未來電力輸送需求。新型電力系統下，高比例風光機組將導致系統轉動慣量嚴重不足，系統頻率調節能力顯著下降。
       二、電力成本挑戰
       新型電力系統下，電源使用成本和輸配電成本均會提高，制造各類新能源設備依賴于充足的關鍵礦物供應，如鋰、鈷、銅、鎳等關鍵礦物，而制造高比例的新能源設備必將抬高關鍵礦物價格，導致電源制造成本提高；風光電源出力的波動性會使電力系統的實時平衡更加復雜，為了保障電力系統實時平衡的輔助服務也將增加電源使用成本。另外，新型電力系統需要建設更多的電網設施及其它相關配套設施，電網公司新增輸配電固定資產投資額將會顯著上升，會導致輸配電價上升。
       三、低碳用能挑戰
       新型電力系統除了在供給側面臨挑戰外，在用戶側也需要保證用戶更傾向于使用低碳能源。除了依靠企業自身積極履行社會責任外，我國目前針對用戶側有不同的低碳約束政策，包括能耗雙控約束、綠電配額制約束和碳市場約束，共同約束和激勵用戶更多地低碳用能。