1、研究背景
隨著經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，人類對能源的需求與消耗急劇增加，特別是對化石能源的采集與消費需求日益增長。中國作為全球二氧化碳排放量最高的國家，采取了一系列應對措施。先是碳達峰與碳中和的戰(zhàn)略目標，隨后提出加快落實“四個革命，一個合作”的能源安全新戰(zhàn)略。
電力系統(tǒng)作為連接一次能源與終端能源的樞紐，可通過清潔能源大規(guī)模替代和終端再電氣化的方式，減少二氧化碳的排放，對實現(xiàn)雙碳目標提供主動支撐。在我國實現(xiàn)碳達峰與碳中和目標的過程中，電力系統(tǒng)將起到至關(guān)重要的作用。2021年3月，領(lǐng)導人提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)；同年9月，中國國家電網(wǎng)公司把構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、助力“雙碳”目標作為電力系統(tǒng)的重大戰(zhàn)略任務(wù)，推進電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級。
隨著新型電力系統(tǒng)這一概念的提出，其運行特征也對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提出巨大挑戰(zhàn)。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程中，有必要博采信息領(lǐng)域的先進技術(shù)，利用數(shù)字化與智能化的相關(guān)技術(shù)，突破新型電力系統(tǒng)高比例新能源與高比例電力電子裝置的“雙高”困境。
2、研究意義
在雙碳目標的引導下，我國電力能源領(lǐng)域?qū)l(fā)生重大變革，電源形態(tài)、電網(wǎng)形態(tài)與運行特性將會面對“百年未有之大變局”。因此有必要結(jié)合電力系統(tǒng)的運行特性和發(fā)展現(xiàn)狀，從能源消費、能源供應、能源體制與能源技術(shù)方面出發(fā)，對新型電力系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題、發(fā)展方向、機遇挑戰(zhàn)等方面進行研究，分析新型電力系統(tǒng)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、核心技術(shù)與能源體制方面發(fā)生的重要變革，并對未來新型電力系統(tǒng)的研究重點進行展望。
3、重點內(nèi)容
研究思路與研究框架
1、雙碳目標下電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)
1）能源消費：終端能效及新能源消納需提高
（1）終端用能能效過低與再電氣化水平較弱
（2）終端新能源就地消納問題
2）能源供應：新能源替代及供應安全需加強
（1）終端用能能效過低與再電氣化水平較弱
（2）新能源強隨機性與電力供應安全問題
3）能源體制：面向雙碳的能源市場體制需完善
（1）電力現(xiàn)貨市場與中長期交易市場機制問題
（2）分布式電力市場機制問題
（3）電力行業(yè)碳交易市場機制問題
4）能源技術(shù)：清潔用能的低碳技術(shù)研發(fā)需健全
（1）制氫技術(shù)與電力系統(tǒng)應用問題
（2）碳捕捉、利用與封存（CCUS）技術(shù)問題
2、應對雙碳目標新型電力系統(tǒng)發(fā)展舉措
1）能源消費：終端能效及新能源消納需提高
（1）終端側(cè)的電能替代與再電氣化改造
（2）利用消費終端廣泛開展新能源就地消納
2）能源供應：火電機組改造及新能源替代
（1）化石能源機組的低碳化改造
（2）利用數(shù)字信息化手段加速新能源替代
3）能源機制：構(gòu)建綠色低碳發(fā)展的能源機制
（1）完善促進新能源消納的集中式電力市場
（2）結(jié)合信息技術(shù)構(gòu)建終端分布式電力市場
4）能源技術(shù)：攻關(guān)新興能源技術(shù)加速碳中和
（1）能源供給側(cè)新興技術(shù)
（2）能源消費側(cè)新興技術(shù)
3、雙碳目標下新型電力系統(tǒng)發(fā)展展望
1）新結(jié)構(gòu)：由通過區(qū)域互聯(lián)的大電網(wǎng)集中消納的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向通過能源終端網(wǎng)絡(luò)-主動配電網(wǎng)-區(qū)域大電網(wǎng)逐層消納的新結(jié)構(gòu)
在新型電力系統(tǒng)的運行特性與建設(shè)需求下，將會在區(qū)域互聯(lián)大電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，逐漸形成由能源終端網(wǎng)絡(luò)-主動配電網(wǎng)-區(qū)域大電網(wǎng)為關(guān)鍵支撐點的逐層消納新結(jié)構(gòu)。未來的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將會呈現(xiàn)能源終端網(wǎng)絡(luò)-主動配電網(wǎng)-交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的三層混合數(shù)字化組網(wǎng)格局，優(yōu)先利用終端消費網(wǎng)絡(luò)進行新能源就地消納，分層分區(qū)通過需求響應開發(fā)各層次消費側(cè)的慣性資源，并自下而上逐層實現(xiàn)電力電量平衡。
2）新技術(shù)：由“以安全穩(wěn)定為核心”的電力技術(shù)體系轉(zhuǎn)向“保證新型電力系統(tǒng)供電充裕度、靈活性、安全性”的電力技術(shù)體系
在新型電力系統(tǒng)下，電力技術(shù)體系需要解決如下3個問題：首先，目前新能源的裝機容量難以保證系統(tǒng)在負荷高峰期的充裕度；其次，系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定與動態(tài)安全將難以實現(xiàn)，供電安全性需要保證；第三，系統(tǒng)電力電量的平衡難以保證。在此背景下，考慮如下措施：
以光伏發(fā)電、風力發(fā)電為主導的新能源發(fā)電技術(shù)與以儲氫為代表的儲能技術(shù)，將是保證供電充裕度的關(guān)鍵。在系統(tǒng)靈活性方面，核能技術(shù)、氫能技術(shù)與能源消費側(cè)的能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠為系統(tǒng)開發(fā)更多的靈活性資源。最后，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過交融多種能源系統(tǒng)，通過多種能源形式之間的互濟互補，支撐系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，解決新能源供應不足的問題，結(jié)合電動汽車等可靈活性參與需求響應的資源，實現(xiàn)源荷雙向互動，充分開發(fā)能源消費終端的靈活性資源。此外，與火電機組結(jié)合的CCUS技術(shù)將會為電力系統(tǒng)節(jié)能降碳提供重要支撐。
3）新機制：由“中長期交易為主，日內(nèi)交易為補充”的市場機制轉(zhuǎn)向“以實時電力交易為主”的市場機制
在新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的市場交易機制將難以適應新能源波動性需求，也難以發(fā)揮新能源低碳清潔屬性，需要構(gòu)建實時交易與碳交易相結(jié)合的電力市場機制。集中式電力市場與分布式電力市場，將會逐步形成“以實時電力交易為主”的能源交易市場機制，同時與碳排放權(quán)交易市場進行實時銜接，使新能源一方面盡可能參與日內(nèi)實時市場，保證電力交易曲線每隔4h滾動更新，并在新能源電廠進行日內(nèi)實時交易的同時，同時保證其能夠?qū)崟r進入碳排放權(quán)交易市場進行碳配額交易與CCER交易，由實時電力市場與碳交易市場共同確定其交易結(jié)果和交易曲線。
4、結(jié)論
針對我國提出的雙碳目標與新型電力系統(tǒng)的建設(shè)要求，研究并歸納了目前國內(nèi)外在低碳減排方面提出的政策措施，從能源消費、能源供給、能源體制與能源技術(shù)4個層面，結(jié)合電力系統(tǒng)目前的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)水平，分析了電力系統(tǒng)在實現(xiàn)雙碳目標與構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中所面臨的挑戰(zhàn)，基于建設(shè)新型電力系統(tǒng)過程中的諸多發(fā)展舉措，總結(jié)并展望了在建設(shè)新型電力系統(tǒng)過程中電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、核心技術(shù)、能源機制方面將會發(fā)生的重大變革，進而保證電力行業(yè)盡快完成新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，對其他行業(yè)提供有力支撐。
來源：別朝紅, 王則凱, 肖遙, 李更豐
（電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室(西安交通大學)，國網(wǎng)西咸新區(qū)供電公司）
