“十四五”新型电力系统发展的挑战

       我国“双碳”目标对电力行业的客观要求催生新型电力系统。2020年9月习总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出了我国“双碳”目标。根据公开数据资料显示，2020年我国全社会碳排放约106亿吨，其中电力行业碳排放约46亿吨，占全社会碳排放总量43.4%。作为全社会碳排放最高的行业，电力行业是实现双碳目标的主战场。电力行业的零碳化需要接入高比例新能源，相应的也会具备高比例电力电子设备、低系统转动惯量特征，传统电力系统难以满足“两高一低”带来的安全、经济运行要求，在此背景下新型电力系统概念应运而生。
（来源：微信公众号“爱能界” 作者：雷明杰）
       以新能源为主体的新型电力系统是以承载实现碳达峰碳中和，贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求为前提，确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标、以最大化消纳新能源为主要任务，以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。在国家、部委及地方层面，新型电力系统或相关产业要求均被列入了“十四五”规划中。
       在《“十四五”规划和2035年远景目标纲要》中提到：“十四五”期间，要推进能源革命，建设清洁低碳、安全高效的能源体系，提高能源供给保障能力。加快发展非化石能源，坚持集中式和分布式并举，大力提升风电、光伏发电规模，非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右，同时加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提高电力系统互补互济和智能调节能力，加强源网荷储衔接，提升清洁能源消纳和存储能力。
       与此同时，《“十四五”现代能源体系规划》（发改能源〔2022〕210号）提出：构建新型电力系统，推动电力系统向适应大规模高比例新能源方向演进。统筹高比例新能源发展和电力安全稳定运行，加快电力系统数字化升级和新型电力系统建设迭代发展，全面推动新型电力技术应用和运行模式创新，深化电力体制改革。《“十四五”可再生能源发展规划》中也提到，需要统筹电源与电网、可再生能源与传统化石能源、可再生能源开发与消纳的关系，加快构建新型电力系统，提升可再生能源消纳和存储能力，实现能源绿色低碳转型与安全可靠供应相统一。
       各省份对新型电力系统均提出了规划或要求。浙江省推出了新型电力系统试点建设方案，浙江省发展改革委、省能源局印发《浙江省“十四五”新型电力系统试点建设方案》和《浙江省2022年新型电力系统试点项目计划》，方案要求“十四五”期间重点实施100个左右新型电力系统试点项目，到2025年新增新能源装机680万千瓦以上，积极推进源网荷储一体化、多能互补、虚拟电厂、智慧电厂等关键示范，充分挖掘系统灵活性调节能力和需求侧资源，强化源网荷储各环节间协调互动，提升新能源消纳水平。上海、内蒙、广东、湖北省等各省市均发布了能源发展“十四五”规划中，提出了对新型电力系统的要求，包括大力发展可再生能源，严控煤电增量，开展煤电绿色转型工程，建设新型电力系统示范区，建立灵活调节机制提升电源灵活性，建设坚强智能电网等措施。
新型电力系统特征
       首先，新型电力系统是大规模高比例新能源的清洁低碳电力系统。在新型电力系统下，新能源电源装机规模将会大幅增长，新能源装机及发电量占比大幅提升。各类电源的定位作用发生转变。新能源从提供电量补充逐步成为提供电量支撑的主体电源。水电和核电仍然是保障电力电量供应的基础性电源。煤电将转为以提供电力为主、电量为辅的备用保障电源。气电主要作为调节性和保安电源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、紧急事故备用作用。储能在电源侧、电网侧、用户侧同步发展、共同作用，提供可信容量。
       其次，新型电力系统是结合现代信息通信技术与电力技术的智能互联电力系统。在发电侧，通过物联网技术的广泛互联，将催生出新能源场站的智能发电和智慧运维等新型业务。在电网侧，通过物联网构建的“新能源云网”，将有可能进一步提升新能源的智能调度水平，实现新能源的全方位、全流程消纳。在用电侧，分布式新能源通过物联网技术组网，将实现小型光伏发电、分散式风电、生物燃料电厂、储能装置、新能源汽车等设备的广泛互联，形成多个大中型的虚拟电厂，并借助信息共享和云计算处理。
       最后，新型电力系统是符合未来灵活开放电力市场的安全高效电力系统。新型电力系统下，源网荷储互动将成为新型电力系统运行常态，可中断负荷和虚拟电厂将得到普及应用，电力负荷将具备柔性、双向性特征。用户与发电企业的直接交易将成为绝大部分电量的销售模式，灵活性资源也将随着现货市场机制的逐步完善成为核心交易内容。
新型电力系统面临的挑战
       在新型电力系统构建的过程中，电力行业将面临以下几方面挑战。
       一、系统稳定挑战
       新型电力系统将面临系统稳定挑战。风电、光伏因其自身出力特性，可靠性偏低，这将导致电力系统可靠容量不足，另外新能源发电与用电季节性不匹配，存在季节性电量平衡难题。我国能源资源与负荷呈逆向分布的特性使得，传统电网难以满足未来电力输送需求。新型电力系统下，高比例风光机组将导致系统转动惯量严重不足，系统频率调节能力显著下降。
       二、电力成本挑战
       新型电力系统下，电源使用成本和输配电成本均会提高，制造各类新能源设备依赖于充足的关键矿物供应，如锂、钴、铜、镍等关键矿物，而制造高比例的新能源设备必将抬高关键矿物价格，导致电源制造成本提高；风光电源出力的波动性会使电力系统的实时平衡更加复杂，为了保障电力系统实时平衡的辅助服务也将增加电源使用成本。另外，新型电力系统需要建设更多的电网设施及其它相关配套设施，电网公司新增输配电固定资产投资额将会显著上升，会导致输配电价上升。
       三、低碳用能挑战
       新型电力系统除了在供给侧面临挑战外，在用户侧也需要保证用户更倾向于使用低碳能源。除了依靠企业自身积极履行社会责任外，我国目前针对用户侧有不同的低碳约束政策，包括能耗双控约束、绿电配额制约束和碳市场约束，共同约束和激励用户更多地低碳用能。