雙碳背景下新型電力系統(tǒng)特征分析研究

張云鶴

（鄂爾多斯市碳中和研究應(yīng)用有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū) 鄂爾多斯 017000）

0 引言

2021 年3 月15 日，習近平總書記主持召開中央財經(jīng)委員會第九次會議，會議指出，“十四五”是碳達峰的關(guān)鍵期、窗口期。要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)[1]。

新型電力系統(tǒng)指的是以新能源為供給主體，以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)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(tǒng)[2]。

而蒙西電網(wǎng)是全國唯一一家隸屬于地方政府管理的省級電網(wǎng)公司，屬于典型的以生產(chǎn)為主的輸出型電網(wǎng)，既有其特殊性，又具有代表性，一直以來是全國電力改革的先行示范區(qū)[3]。下面，將對新型電力系統(tǒng)特征，結(jié)合蒙西電網(wǎng)實際情況進行詳細展開。

1 新型電力系統(tǒng)特征

1.1 清潔低碳

清潔能源原意是對環(huán)境友好的能源，指環(huán)保、排放少、污染程度小。然而，這個概念并不十分準確，容易導致人們將其誤解為對能源進行分類，認為能源可以分為清潔和不清潔兩類，從而誤解清潔能源的本意[4]。目前，清潔能源新概念是與低碳相結(jié)合的，主要指對能源清潔、高效、系統(tǒng)化應(yīng)用的技術(shù)體系，強調(diào)的是污染小、轉(zhuǎn)換率高、系統(tǒng)化規(guī)?；瘧?yīng)用等。目前，低碳清潔能源重點關(guān)注在可再生能源方面，是指原材料可以再生的能源，如水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能、生物能、地熱能等，也就逐漸延伸出現(xiàn)在常常被提起的新能源概念。

內(nèi)蒙古自治區(qū)第十一次黨代會上提出：“在全國率先建成以新能源為主體的能源供給體系，率先構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，到2025 年新能源裝機規(guī)模超過火電裝機規(guī)模，2030 年新能源發(fā)電總量超過火電發(fā)電總量?！睘閷崿F(xiàn)國家雙碳目標，“十四五”“十五五”期間，新能源必將迎來飛躍式的發(fā)展，大幅替代傳統(tǒng)能源。從內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，截止2023 年4 月底，全區(qū)累計新能源并網(wǎng)裝機規(guī)模達6713 萬千瓦，占總裝機容量的37.5%，這一比例較去年同期增加了2.4 個百分點，新能源替代比例不斷上升[5]。

1.2 安全可控

原本以火電為主體的能源系統(tǒng)已在多年發(fā)展磨合中，與電網(wǎng)有機結(jié)合，各種調(diào)節(jié)措施相對成熟穩(wěn)定。但當新能源大規(guī)模代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源情況下，安全可控便成為一個重要問題。

新能源目前主要成熟的是風、光轉(zhuǎn)化電力。風力變化快、不穩(wěn)定、有明顯季節(jié)特征，光伏出力受日出日落自然規(guī)律約束，并會被陰天、沙塵暴等情況大幅影響。依據(jù)國務(wù)院《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，到2030 年，非化石能源消費比重達到25%左右；到2060 年，非化石能源消費比重達到80%以上。這對傳統(tǒng)電網(wǎng)是顛覆性的，原本電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)如此大規(guī)模的新能源接入，并且在新能源受自然規(guī)律和突發(fā)情況干擾的情況下，調(diào)節(jié)能力是不足的，這也是直接觸發(fā)新型電力系統(tǒng)改革的原因。

結(jié)合2021 年全國多地爆發(fā)的缺電限電情況來看，蒙西電網(wǎng)受到的沖擊也非常嚴重，以當年7 月形勢最為嚴峻，10 余次達到紅色等級有序用電預(yù)警，超過一半的天數(shù)都需要進行有序用電，大范圍工業(yè)用戶用電受影響，甚至有些負荷需要連續(xù)被限制超過10h。究其原因一方面是煤價的居高不下，煤電發(fā)電意愿下降嚴重；另一方面就是因為新能源在蒙西電網(wǎng)中的裝機比例越來越大，而可調(diào)用儲能規(guī)模有限。當小風季來臨，缺電的不可控因素就愈加嚴重。

1.3 靈活高效

當電力系統(tǒng)以新能源為主體，為應(yīng)對其不穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)也必須向靈活高效方向邁進。其主要體現(xiàn)在調(diào)度側(cè)、用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)3 個方面。

1.3.1 調(diào)度側(cè)

新型電力系統(tǒng)以提升用戶服務(wù)為重要目標，符合國家對電力市場化運營的要求，電網(wǎng)公司也將從電網(wǎng)管理職能逐漸轉(zhuǎn)化為服務(wù)職能，電力調(diào)度也將更多向經(jīng)濟調(diào)度方向轉(zhuǎn)型。一是電力交易市場可以依據(jù)相關(guān)政策對用戶的分類，分配其所用電能比例，通過電力市場，對國家重點扶持行業(yè)和控制行業(yè)的電價進行明顯區(qū)分，通過價格手段和綠電有限配比等措施調(diào)節(jié)用戶生產(chǎn)意愿；二是電力調(diào)度側(cè)未來將更加重視發(fā)電與負荷就地消納，小負荷小用戶通過配電網(wǎng)中分布式風電、光伏等新能源供電，這需要從負荷分配和分布式新能源并網(wǎng)規(guī)劃上進行精心布局，減輕主網(wǎng)系統(tǒng)壓力；三是原來的電力調(diào)度有著明顯計劃性經(jīng)濟的性質(zhì)，在面對煤炭價格大幅波動，火電廠發(fā)電意愿嚴重下降的情況時，調(diào)度能力明顯不足，限電情況時有發(fā)生，電網(wǎng)也經(jīng)常處于邊緣平衡狀態(tài)，承受擾動能力嚴重下降。這就是計劃性的調(diào)度遇見市場化的煤炭價格產(chǎn)生的結(jié)果。

2021 年7 月底，國家發(fā)改委為應(yīng)對全國大規(guī)模缺電情況，出臺《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》，允許用戶電價根據(jù)市場和供應(yīng)關(guān)系進行調(diào)整，這是電力改革重要的一步。根據(jù)該政策要求，目前蒙西電網(wǎng)對大用戶實施峰谷電價。例如小風季期間，低谷電價為平價的0.49 倍，而高峰電價為1.48 倍，晚高峰期間（18:00 ～20:00）要執(zhí)行尖峰電價，即在高峰電價基礎(chǔ)上再上浮20%。電價措施有效地讓用戶主動參與調(diào)峰，以鄂爾多斯市為例，晚高峰主動錯避峰負荷平均約25 萬千瓦，最高達70 萬千瓦，對應(yīng)地區(qū)最大負荷580 萬千瓦來看，主動錯避峰降幅最高達12%，對尖峰時段調(diào)峰作用非常可觀。

1.3.2 用戶側(cè)

隨著新能源大規(guī)模并入電力供應(yīng)體系，電力的穩(wěn)定性面臨更大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這一情況，需要在用戶側(cè)增加發(fā)電和儲能的手段，以確保電力供應(yīng)的平穩(wěn)性。同時，引入靈活的用戶負荷調(diào)整，使用戶能夠根據(jù)電網(wǎng)電力供應(yīng)的實際情況進行相應(yīng)的調(diào)整，這變得非常必要。在新型電力系統(tǒng)的“源網(wǎng)荷儲”概念中，電力供應(yīng)側(cè)、電力網(wǎng)絡(luò)、用戶負荷以及儲能系統(tǒng)相互融合，形成一種協(xié)同互補的格局。在這種格局下，負荷側(cè)也將經(jīng)歷重要的改革。傳統(tǒng)上，負荷側(cè)僅僅是電力接收的終端，而如今，它將逐步演變?yōu)槟軌騾⑴c電力調(diào)節(jié)的關(guān)鍵角色。這種新形態(tài)的負荷側(cè)不再是被動的受端，而是具備一定調(diào)節(jié)能力的參與者。用戶可以根據(jù)電力供應(yīng)的波動情況，靈活地調(diào)整用電行為，以平衡電力網(wǎng)絡(luò)的負荷。通過智能技術(shù)，用戶負荷能夠更加精準地響應(yīng)電力供應(yīng)的變化，從而有效地緩解電力不穩(wěn)定性的問題。

1.3.3 電網(wǎng)側(cè)

按照電網(wǎng)功能劃分，一般分為主網(wǎng)、配網(wǎng)。主網(wǎng)指66kV 及以上，配網(wǎng)指35kV 及以下。配網(wǎng)顧名思義，指分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)電網(wǎng)中，配網(wǎng)系統(tǒng)中很少接入電廠、光伏、風電等，配網(wǎng)一般只是純粹的給負荷送電。但在未來規(guī)劃中，越來越重視負荷的重要性，電網(wǎng)末端負荷的電能質(zhì)量需要得到保障。當末端有電源接入時，其電能質(zhì)量將得到大幅提升，并且新型電力系統(tǒng)主打電力交易，屆時大多數(shù)電力交易在配電網(wǎng)中就完成了。主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)只是用于保電網(wǎng)頻率、分配較大用戶，及在較大電廠之間潮流、事故情況下提供支援等作用。

1.4 智能友好

智能友好主要指提高電網(wǎng)平衡能力的核心問題，主要涉及以下3 點：

1.4.1 提高新能源發(fā)電的可預(yù)測性

新能源發(fā)電的出力非常不穩(wěn)定，但是通過精確的天氣預(yù)測和智能運算，是具備實現(xiàn)精確的短期和超短期出力預(yù)測和較為準確的5 天內(nèi)中期預(yù)測條件的。目前國內(nèi)因地域廣、自然生態(tài)環(huán)境復雜等原因，該預(yù)測精準度尚有很大進步空間，還需進一步發(fā)展，通過更精準的預(yù)測，使供電側(cè)備用需求降低，控制發(fā)電成本；使用電側(cè)提前得知未來電力缺口，做好準備或降負荷措施，減少因臨時減供負荷造成的生產(chǎn)損失。從蒙西電網(wǎng)來看，具備小時級和5 天中期級別新能源出力預(yù)測能力，調(diào)度系統(tǒng)會根據(jù)小時級預(yù)測情況，提前進行有序用電預(yù)指令下達，做好負荷儲備，以便快速響應(yīng)。同時，調(diào)度系統(tǒng)會每5 天下發(fā)一次電力供需形勢預(yù)報，省地縣三級電力調(diào)度機構(gòu)聯(lián)動，提前通知好可能參加有序用電的用戶，做到信息公開，讓用戶有所準備。

1.4.2 提高新能源發(fā)電的穩(wěn)定性

在新能源發(fā)電領(lǐng)域，依賴單一性質(zhì)的發(fā)電方式往往難以維持穩(wěn)定的能源供應(yīng)。為了解決這一挑戰(zhàn)，常常采取風光互補的策略，以實現(xiàn)能源輸出的相對平衡。這意味著風能和太陽能等不同的發(fā)電方式相互補充，以便在不同條件下維持持續(xù)的電力生產(chǎn)。然而，要實現(xiàn)這種互補，就需要建立合適的協(xié)調(diào)和管理機制，以確保在各種環(huán)境條件下都能獲得可靠的能源供應(yīng)。此外，為了應(yīng)對能源供需的高峰和低谷，大規(guī)模的儲能設(shè)備也變得至關(guān)重要。這些儲能系統(tǒng)可以在能源供應(yīng)充足時存儲多余的能量，并在需求增加時釋放出來，從而平衡電網(wǎng)負荷。這種調(diào)節(jié)功能不僅能夠提高能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能夠應(yīng)對突發(fā)情況，如能源需求劇增或發(fā)電波動，這也將激發(fā)推動新型儲能的進一步發(fā)展。面對能源轉(zhuǎn)型的迫切需求，儲能技術(shù)正不斷創(chuàng)新和演進，以適應(yīng)日益復雜的能源供應(yīng)格局，新型儲能系統(tǒng)不僅可以在電力領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用，還可以促進可再生能源的更廣泛應(yīng)用，加速能源可持續(xù)發(fā)展的步伐。

1.4.3 增強發(fā)電的可調(diào)可控性

在應(yīng)對能源系統(tǒng)的演變和挑戰(zhàn)時，面臨著兩個重要方面的工作。一方面，需要對傳統(tǒng)的火電機組進行深入的調(diào)整和改造，使其具備適應(yīng)更大幅度調(diào)峰范圍的能力。這不僅為新能源的快速發(fā)展創(chuàng)造了更寬廣的施展空間，同時也有助于提升整個能源系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。通過對火電機組的升級，可以更靈活地調(diào)整發(fā)電產(chǎn)能，以滿足能源供需的波動，從而更好地支持可持續(xù)發(fā)展的目標；另一方面，采用更先進的能量管理系統(tǒng)技術(shù)，可以更好地協(xié)調(diào)新能源與傳統(tǒng)能源的耦合關(guān)系。這樣的技術(shù)能夠有效整合不同能源來源，使其在電力生產(chǎn)和分配中實現(xiàn)更高效的協(xié)同作用。通過精確的預(yù)測、監(jiān)控和調(diào)度，可以更好地平衡電力系統(tǒng)的供求關(guān)系，減少波動性，從而提升整個能源系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，這一舉措旨在確保電網(wǎng)能夠在面對各種挑戰(zhàn)和變化時保持安全運行。

1.5 開放互動

從信息角度講：在物聯(lián)網(wǎng)時代，一個顯著的特征在于機器社交，而就能源網(wǎng)的最終演變而言，它的終極形態(tài)必然是用能設(shè)備之間互聯(lián)互通和機器社交。新型電力系統(tǒng)，將是以電力網(wǎng)為基礎(chǔ)，賦予物聯(lián)網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)等新概念，進一步增添了附加價值。這種融合為電力網(wǎng)賦予了更重要的角色和更高的利用率，使其成為一個綜合性的平臺。

從角色定位講：電網(wǎng)公司將逐漸從電力管理者的角色向服務(wù)商、資源整合商的角色演變，電力系統(tǒng)中各個參與方之間的關(guān)系是開放互通、交流互動的。這一特征旨在促進能源領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展，使不同的參與者能夠更緊密地協(xié)同工作，共同推動能源系統(tǒng)的優(yōu)化和智能化。

具體特征主要表現(xiàn)在以下4 個方面：

1.5.1 數(shù)據(jù)共享和交流

在新型電力系統(tǒng)中，各種能源設(shè)備、智能電表、傳感器等都可以通過互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)的共享和交流，這使各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)都能夠被準確地采集、傳遞和分析，從而更好地了解能源系統(tǒng)的運行狀況和需求。

1.5.2 多方參與

“開放互動”鼓勵不同的參與者加入電力系統(tǒng)，包括能源供應(yīng)商、能源消費者、能源交易平臺、技術(shù)提供商等。這些參與者之間可以實現(xiàn)信息共享，合作開發(fā)新的能源解決方案，共同創(chuàng)造更加智能和高效的能源生態(tài)系統(tǒng)。

1.5.3 能源交易和市場

開放互動的特點還體現(xiàn)在能源交易市場的開放性。能源市場的參與者可以自由地交易能源，不僅限于傳統(tǒng)的能源供應(yīng)商和消費者，還可以包括分布式能源生產(chǎn)者、儲能系統(tǒng)運營商等。這種開放的交易環(huán)境可以促進能源資源的更有效利用和分配。

1.5.4 創(chuàng)新和合作

開放互動鼓勵不同領(lǐng)域的創(chuàng)新和合作。能源系統(tǒng)中的各個參與者可以共同研發(fā)新的能源技術(shù)、智能控制系統(tǒng)以及能源管理方案，以提高能源效率，減少碳排放等。

總體來說，“開放互動”是新型電力系統(tǒng)中一個關(guān)鍵的特征，強調(diào)了各個參與方之間緊密合作、信息共享和資源交流的重要性。通過這種開放的互動，能源系統(tǒng)可以更加智能、靈活地應(yīng)對不斷變化的能源需求和挑戰(zhàn)。

2 結(jié)束語

蒙西電網(wǎng)閆軍副總經(jīng)理在全公司2022 年安全生產(chǎn)工作會提到：“隨著國家碳達峰碳中和路徑更加明確，新型電力系統(tǒng)建設(shè)亟待破題。鑒于蒙西電網(wǎng)新能源比例高、地區(qū)用電負荷大、源荷分布不平衡，缺乏大規(guī)模靈活性調(diào)峰資源等現(xiàn)狀，新能源出力隨機性、波動性、間歇性尤為突出?！?/p>

新能源飛速發(fā)展給電力系統(tǒng)構(gòu)建帶來更多挑戰(zhàn)，正確認識新型電力系統(tǒng)，通過新型電力系統(tǒng)特征了解電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的必然原因和未來方向，可以為能源行業(yè)和“雙碳”相關(guān)從業(yè)者提供更多參考，更清晰地感受國家能源轉(zhuǎn)型的路徑和脈絡(luò)。