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實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標是國家重要戰(zhàn)略、全球主要經濟體的一致行動。“雙碳”目標的達成是一個系統(tǒng)工程，關鍵路徑是能源結構調整與節(jié)能降耗，能源是主戰(zhàn)場，電力系統(tǒng)革新是核心。這是構建新型電力系統(tǒng)的時代背景和理論基礎。

電力系統(tǒng)是由發(fā)輸變配用各領域、源網荷儲各環(huán)節(jié)、技術體制各層面緊密耦合形成的有機整體。在新型電力系統(tǒng)的構建過程中，傳統(tǒng)電力結構、發(fā)展模式、利益格局、技術特征等均面臨革命性變化。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的技術特征、運行機制、基礎設施均將發(fā)生革命性的變化。

隨著新能源滲透率提高，電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)“雙高”特性——高比例新能源、高比例電力電子設備接入?；谛履茉窗l(fā)電具有隨機性、波動性、分散性等特點，電源側出力波動加大，負荷側不確定性增加，電力系統(tǒng)功率平衡壓力增加，電網安全運行風險加大。

與此同時，在新型電力系統(tǒng)的構建過程中，將催生大量新技術、新業(yè)態(tài)，電力系統(tǒng)“源網荷”生態(tài)發(fā)生重大變化。

表現(xiàn)為，能源生產端形成多元化清潔能源供應體系，以風電、光伏等新能源發(fā)電為供應主體，化石能源電源的功能變?yōu)槎档妆Ｕ稀⒄{節(jié)與支撐；電網側呈現(xiàn)交直流混聯(lián)大電網與多種形態(tài)電網并存的格局，傳統(tǒng)大電網與局域網互補共生；負荷側電氣化水平大幅提升，用能模式向多能互補、源荷互動發(fā)展。

一、發(fā)電側：新能源為主體，煤電兜底保障

在新型電力系統(tǒng)的構建過程中，新能源與化石能源之間的博弈將從激烈對撞向共存共生轉變。

“雙碳”目標的實現(xiàn)將新能源推向快速發(fā)展的黃金賽道。風電、光伏發(fā)電是裝機主體、電力與電量供應主體。從發(fā)展規(guī)?？矗履茉囱b機占比、發(fā)電量占比將大比例提升。

2020年底，我國新能源發(fā)電累計裝機容量達到5.35億千瓦，同比增長29.4%，占全國總裝機容量的比重達到24.3%。2020年新能源發(fā)電新增裝機容量首次突破1億千瓦，達到1.2億千瓦，占全國電源新增總裝機容量的63%；全國新能源發(fā)電量7276億千瓦時，約占總發(fā)電量的10%，同比提高約1個百分點。

在“雙碳”戰(zhàn)略下，“十四五”“十五五”期間新能源將呈現(xiàn)跨越式發(fā)展，全國年均新增規(guī)?？赡軙凇笆濉被A上倍增，“十四五”期間每年新增風光裝機規(guī)模在1億千瓦以上，“十五五”期間每年新增風光規(guī)模1.5億千瓦以上。預計2025年，我國新能源發(fā)電累計裝機容量有望突破10億千瓦，新能源裝機占比將達到40%左右，發(fā)電量占比將接近20%左右。

中國科學院院士周孝信研究認為，2030年風電、太陽能總裝機達到16.1億千瓦，2033年非水可再生能源發(fā)電裝機占比超過50%，裝機占比首次超過煤電；2060年非水可再生能源發(fā)電裝機占比超過82%；2051年新能源發(fā)電量比重超50%。

全球能源互聯(lián)網發(fā)展合作組織則提出更為樂觀的發(fā)展情景。他們研究認為，2030年、2050年、2060年，中國清潔能源裝機將分別增至25.7億、68.7億、76.8億千瓦，分別占比67.5%、92%和96%，實現(xiàn)能源生產體系全面轉型。對于煤電而言，我國煤電總量應控制在2025年達到峰值，2050年電力系統(tǒng)要實現(xiàn)近零排放，2060年煤電完全退出。

在風電、光伏大規(guī)模發(fā)展同時，氫能等新興能源受益于技術進步、成本下降雙驅動，其應用市場規(guī)模將更廣泛；水電、生物質能發(fā)電、光熱發(fā)電等構成多元化的非化石能源生態(tài)。此時，新能源是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的責任主體，同時需要具備一定的主動支撐、系統(tǒng)調節(jié)與故障穿越能力，分攤電力系統(tǒng)成本上升的壓力。

化石能源電源占比不斷下降是大勢所趨，將由基礎電源成為調節(jié)電源轉變，化石能源電源向兜底保障、調節(jié)與支撐功能轉變。但需要注意的是，煤電的戰(zhàn)略地位仍不容小覷，尤其在寒潮或高溫等特殊情境下，風電、光伏出力減少，缺少煤電負荷兜底，電力系統(tǒng)的實時平衡將被打破。

2021年1月，湖南、浙江等省份拉閘限電，北京市重啟燃煤供熱機組，在此背后負荷大幅增加，新能源發(fā)電負荷銳減，不得不由煤電承擔迎峰度冬的重任。2020年8月，美國加州由于連續(xù)酷熱造成電力短缺；2021年2月，美國得克薩斯州因極寒天氣發(fā)生電力短缺。面對突發(fā)狀況的出現(xiàn)，新能源無法獨立支撐電力系統(tǒng)，需要電力系統(tǒng)在更大范圍內的互濟來解圍。風光與煤電是互補關系，絕非替代關系。

在能源生產方式上，電源生態(tài)大中小容量并存，集中式和分布式布局并存，在網離網運營并存。未來新能源高比例接入將呈現(xiàn)集中式與分布式并重的態(tài)勢，包括西北、華北、東北地區(qū)的大規(guī)模風光基地、東部沿海地區(qū)的海上風電基地，以及數量可觀、就近消納的分布式電源。

二、電網側：大電網與微網共榮共生

電網是電力系統(tǒng)的中樞，在電力系統(tǒng)的調度、控制、管理中發(fā)揮重要作用。新型電力系統(tǒng)的運行模式下，電網企業(yè)的功能定位、商業(yè)模式、運行特征等也隨之變化。

在全球電力工業(yè)180年的發(fā)展進程中，前150年以大電網模式為主。分布式電源、微電網、局域網等的出現(xiàn)，推動了大電網與微電網之間的融合。大電網的公共屬性將進一步增強，主要承擔跨區(qū)域、遠距離資源輸配責任，配網側資產配置以響應用戶負荷變化為原則，承擔區(qū)域電力安全平穩(wěn)運行的保底責任。

在新型電力系統(tǒng)下，電網運行生態(tài)特點表現(xiàn)為：（1）特高壓外送通道投資規(guī)模提高，以支撐大規(guī)模新能源并網消納；（2）微電網、局域網、大規(guī)模柔直等新型組網技術快速發(fā)展，大電網與微電網融合發(fā)展，交流大電網與交直流配網并存；（3）配網向智能柔性的主動配電網轉變，具有靈活控制和運行能力，可以支持分布式新能源、電動汽車、儲能等用能設施和分布式發(fā)電設備海量接入，滿足功率雙向流動和多元負荷用電需要；（4）電網與管網、通信網、電視網、交通網等融合共治，共同參與智慧城市、智慧生活建設，數字智能電力生態(tài)系統(tǒng)形成。

從投資視角看，為保障電網安全、穩(wěn)定運行，國內特高壓、柔性直流投資預計加快，電化學儲能、抽水蓄能、氫能、充電樁、燃煤機組靈活性改造等具備靈活性調節(jié)能力的資產收益將大幅提高，配網側一二次融合設備、智能電表、智能開關等智能終端的投資需求將大幅增加。

從智能電網的技術特征看，電網利用小微傳感、邊緣計算、電力物聯(lián)網、大數據挖掘等技術手段，構建具備云-邊協(xié)同、海量數據處理、數據驅動分析、高度智能化決策等能力的電網平臺，實現(xiàn)電網運營、業(yè)務管理和產業(yè)融合全面數字化。

三、負荷側：由源隨荷動”轉向“源網荷互動”

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個超大規(guī)模的非線性時變能量平衡系統(tǒng)，生產組織模式是“源隨荷動”，用精準可控的發(fā)電系統(tǒng)，去匹配基本可測的用電系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)下，隨著風光滲透率的提高，以及儲能、分布式電源、UPS電源、制冷制熱設備、充電樁等多元化可調節(jié)負荷的大規(guī)模接入，發(fā)電側、負荷側預測難度加大。

從負荷側的特點看：（1）工業(yè)、交通、建筑等負荷側電能替代水平大幅提升；（2）能源產品和服務需求多樣化，水、熱、冷、電、氣等多重能源深度耦合，能源梯級利用、能效診斷與能效提升等綜合服務需求成為常態(tài)；（3）負荷側通過儲能、分布式發(fā)電等多種設備的接入，配網側從單一、被動、通用化的能源消費模式向融合多種需求、主動參與、定制化的雙向交互模式轉變，用能模式由“源隨荷動”將向“源網荷互動”轉變；（4）負荷側數據廣泛交互、價值共享，通過數字化手段可以實現(xiàn)終端用能狀態(tài)全面感知和智慧互動；

此外，在未來城市能源管理系統(tǒng)中，虛擬電廠控制平臺將在城市配網中將廣泛應用。城市虛擬電廠通過物聯(lián)網實時匯總終端用電設備的狀態(tài)和需求信息，實現(xiàn)對分布式發(fā)電機組、可控負荷、儲能設施實時調控管理，通過與輸電網的信息實時交互實現(xiàn)電力供需平衡。還可以將相關信息實時傳輸至電碳市場中心和電網調度控制中心，構建分時、梯度的虛擬電廠群，主動響應電網調度信號，參與電力市場交易和電網運行。