加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)保障能源電力安全
——訪清華大學(xué)信息國(guó)家研究中心研究員曹軍威

■本刊記者 余璇 白歌/ 編輯 王睿佳

去年以來(lái)，新型電力系統(tǒng)逐步進(jìn)入人們視野。新型電力系統(tǒng)在保障電力安全方面能發(fā)揮怎樣的作用，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨怎樣的挑戰(zhàn)，如何應(yīng)對(duì)“能源不可能三角”問(wèn)題？本刊記者就此專訪了清華大學(xué)信息國(guó)家研究中心研究員曹軍威。

《中國(guó)電業(yè)與能源》：在保障電力供應(yīng)方面，新型電力系統(tǒng)有何優(yōu)勢(shì)，存在哪些挑戰(zhàn)，有何建議？

曹軍威：新型電力系統(tǒng)在保障電力供應(yīng)方面最大的挑戰(zhàn)在于新能源發(fā)電的間歇性和不確定性。比如新能源發(fā)電的代表——風(fēng)電和光伏發(fā)電，都會(huì)受到天氣變化等多方面外部因素的影響，無(wú)法做出確定性的出力計(jì)劃。另外，新型電力系統(tǒng)中，類似電動(dòng)汽車充電這類隨機(jī)性強(qiáng)的負(fù)荷比例增加，給負(fù)荷預(yù)測(cè)也增加了難度，總的體現(xiàn)為給電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)更大的困難和挑戰(zhàn)。

但同時(shí)新能源和儲(chǔ)能的發(fā)展也給新型電力系統(tǒng)帶來(lái)新的優(yōu)勢(shì)，比如分布式部署和實(shí)施帶來(lái)的與用戶互動(dòng)的靈活性。分布式光伏和新型儲(chǔ)能的發(fā)展，使得在樓宇/園區(qū)乃至城市/區(qū)域的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)成為可能。自下而上構(gòu)建“局域消納在先，廣域互聯(lián)在后”的能源電力基礎(chǔ)設(shè)施，需要具備以下方面的技術(shù)特征。

能量層面主要體現(xiàn)為多能互補(bǔ)，比如充分利用風(fēng)光儲(chǔ)充、冷熱電氫之間的互補(bǔ)關(guān)系。從電的角度，風(fēng)電和光伏發(fā)電本身就有一定的互補(bǔ)性，風(fēng)光雖然間歇性和不確定性比較強(qiáng)，但在一定范圍和一定時(shí)段統(tǒng)計(jì)意義上是有規(guī)律可循的，可以充分利用風(fēng)光發(fā)電的規(guī)律，與負(fù)荷變化的規(guī)律相適應(yīng)，再輔助以儲(chǔ)能的利用。另外可以跳出電，充分利用冷熱電氫不同能源形式之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，實(shí)現(xiàn)真正的多能互補(bǔ)。比如不同的應(yīng)用場(chǎng)景可以統(tǒng)籌考慮蓄冷、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)電和制氫的經(jīng)濟(jì)性以及和不同負(fù)荷之間的匹配關(guān)系等。電力電子技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)和能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，未來(lái)新型電力系統(tǒng)也必然是高比例電力電子化的系統(tǒng)。

信息層面主要體現(xiàn)為最大限度地利用以“云大物移智鏈”為代表的新一代信息技術(shù)。比如新一代人工智能技術(shù)在負(fù)荷預(yù)測(cè)、新能源出力預(yù)測(cè)和儲(chǔ)能電池壽命預(yù)測(cè)等領(lǐng)域都有很多應(yīng)用；傳感和通信技術(shù)的進(jìn)步使得電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)越來(lái)越透明，給電網(wǎng)實(shí)時(shí)安全穩(wěn)定分析提供了可能；算力的飛速發(fā)展加上云邊協(xié)同機(jī)制的建立，給基于大數(shù)據(jù)分析的能量管理系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)新的機(jī)遇；區(qū)塊鏈技術(shù)可以用于解決跨域多主體之間的信任協(xié)調(diào)問(wèn)題，可以提高電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享和交易結(jié)算等業(yè)務(wù)的效率；數(shù)字孿生、元宇宙和Web3.0 的興起會(huì)進(jìn)一步提升人機(jī)物融合的用戶交互體驗(yàn)。

價(jià)值層面主要體現(xiàn)為適應(yīng)我國(guó)新一輪電力體制改革的發(fā)展需要，進(jìn)一步還原能源的商品屬性，以市場(chǎng)機(jī)制提高資源配置的效率，以價(jià)值流影響信息流和能量流的變化。價(jià)值流也不僅僅體現(xiàn)為能量交易，還表現(xiàn)在綠色、低碳等多維度的價(jià)值傳遞，比如最近開始興起的綠電交易和碳交易等。新一輪電力體制改革在售電開放的同時(shí)，提倡為用戶提供更多的增值服務(wù)，激發(fā)了更多商業(yè)模式和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

《中國(guó)電業(yè)與能源》：未來(lái)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵在哪里？如何才能處理好清潔低碳發(fā)展、電力供應(yīng)安全和系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成本三者之間的平衡關(guān)系？

曹軍威：未來(lái)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵在于分層分級(jí)和分階段發(fā)展。

首先是空間上的分層分級(jí)，可以從某個(gè)局部開始試點(diǎn)示范。比如在一個(gè)樓宇/園區(qū)層面，先嘗試提高新能源滲透率，以及開展碳減排方面的工作，形成能源微電網(wǎng)和低碳園區(qū)的樣板；然后再在一個(gè)城市/區(qū)域的層面，開展更大范圍的能源互聯(lián)和智慧城市的試點(diǎn)實(shí)施；最后在大電網(wǎng)層面，開展更大規(guī)模的高比例可再生能源場(chǎng)景的應(yīng)用和實(shí)踐，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的綠色低碳和高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展。

然后是時(shí)間上的分階段部署和實(shí)施，比如煤電在很長(zhǎng)一段時(shí)間在電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)中的主體地位不能變，新能源還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間逐漸發(fā)展；“雙碳”目標(biāo)也不應(yīng)該馬上就開始一味地減碳甚至零碳負(fù)碳，還應(yīng)該充分利用現(xiàn)在到2030 年碳達(dá)峰的時(shí)間窗口，保障能源安全的同時(shí)發(fā)展經(jīng)濟(jì)并提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。在各個(gè)階段都應(yīng)該做到認(rèn)真分析安全、經(jīng)濟(jì)和清潔低碳發(fā)展之間的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，要抓鐵有痕、持續(xù)用力，堅(jiān)定不移地不斷化矛盾為統(tǒng)一，最終走上綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的道路。

安全、經(jīng)濟(jì)、清潔被稱為能源領(lǐng)域的“不可能三角”問(wèn)題。如果片面把某一方面絕對(duì)化，就很容易得到其他方面“不可能”的結(jié)論。比如要實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的安全，那就會(huì)不計(jì)成本，以最大的系統(tǒng)冗余、確定性和保守度來(lái)?yè)Q取，就根本談不上經(jīng)濟(jì)性和清潔性。但是安全、經(jīng)濟(jì)、清潔并不是簡(jiǎn)單的取舍關(guān)系，而是相輔相成、對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系。

比如，如果不追求絕對(duì)的安全，而是以一定范圍的相對(duì)安全為前提，同時(shí)顧及電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，又最大限度地考慮清潔低碳發(fā)展的需要，就會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，新能源發(fā)電相比煤電不但能解決清潔低碳問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)性反而越來(lái)越強(qiáng)；儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展不但經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越強(qiáng)，還能促進(jìn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；電動(dòng)汽車充電不但替代了化石能源終端消費(fèi)，與電網(wǎng)互動(dòng)還能提升安全穩(wěn)定性和系統(tǒng)運(yùn)行效率。

《中國(guó)電業(yè)與能源》：去年我國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)了電力供應(yīng)緊張的狀況，極個(gè)別地區(qū)采取了非常規(guī)處置措施，對(duì)此您怎么看？

曹軍威：電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本原理是能量守恒，需要電源、電網(wǎng)、負(fù)荷和儲(chǔ)能（“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”）的協(xié)調(diào)配合，達(dá)到電量瞬時(shí)平衡的要求。目前在我國(guó)，電網(wǎng)連接電源、負(fù)荷和儲(chǔ)能，是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的主體。

電網(wǎng)調(diào)度有很多具體的手段和方法，例如可以在一定程度上做負(fù)荷預(yù)測(cè)，電源做日前的出力計(jì)劃，一旦出現(xiàn)特殊源荷不平衡的情況，還可以在電源和負(fù)荷兩方面都準(zhǔn)備備用調(diào)度。儲(chǔ)能的作用也很關(guān)鍵，可以充當(dāng)電源和負(fù)荷的雙重角色，一旦瞬時(shí)平衡無(wú)法達(dá)成，儲(chǔ)能起到時(shí)空轉(zhuǎn)移的作用，用空間換時(shí)間，能量先儲(chǔ)存起來(lái)，需要的時(shí)候再用。但儲(chǔ)能本身也是有成本的，還要從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度去綜合考慮，目前還不可能單純靠?jī)?chǔ)能完全解決平衡調(diào)度問(wèn)題。

從電源和儲(chǔ)能的角度都無(wú)法解決問(wèn)題的時(shí)候，就要考慮“拉閘限電”。事實(shí)上，“拉閘限電”也包括很多不同的情況，比如同樣是“拉閘限電”，有序用電是電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)先會(huì)采用的方式，就是與用戶溝通進(jìn)行避峰錯(cuò)峰用電；再有就是需求側(cè)管理和響應(yīng)，甚至如果用戶主動(dòng)參與電網(wǎng)互動(dòng)，在高峰時(shí)段被“拉閘限電”還會(huì)獲得額外的收益。這些都是電網(wǎng)調(diào)度在與用戶負(fù)荷互動(dòng)中可以采取的有益方式。

而我們所討論的引起社會(huì)關(guān)注的所謂大面積“拉閘限電”，一般是指沒(méi)有預(yù)先通知用戶而臨時(shí)采取的措施，也因此造成了一定范圍的用戶損失、關(guān)鍵設(shè)施停運(yùn)乃至造成不良的社會(huì)影響。電網(wǎng)調(diào)度也是按照一定的規(guī)程操作的，一旦電量不平衡程度超出警戒范圍，造成電網(wǎng)崩潰，那就是更大的事故，后果不堪設(shè)想。

去年導(dǎo)致我國(guó)部分地區(qū)“拉閘限電”的直接原因，是電網(wǎng)調(diào)度在電源出力跟不上、有序用電準(zhǔn)備不足等一系列問(wèn)題疊加的基礎(chǔ)上，不具備進(jìn)一步調(diào)節(jié)的能力之后，為避免更大范圍的事故發(fā)生，做出被迫臨時(shí)切負(fù)荷的操作。這一方面需要從技術(shù)層面去探討如何降低發(fā)生這種情況的可能性，還要從經(jīng)濟(jì)、政策和社會(huì)層面去爭(zhēng)取更大的調(diào)節(jié)空間，這都是未來(lái)新型電力系統(tǒng)應(yīng)該著眼的方向?！?/p>