新型電力系統(tǒng)助力實現(xiàn)“雙碳”目標的路徑研究

新型電力系統(tǒng)助力實現(xiàn)“雙碳”目標的路徑研究摘要：“碳達峰、碳中和”是一場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革，大力發(fā)展風光等非化石類新能源改善能源供給結構，加快構建新型電力系統(tǒng)提升消納新能源是實現(xiàn)這一目標的關鍵。本文研究分析建設現(xiàn)代能源體系帶來的變化和機遇，指出“雙碳”目標下新型電力系統(tǒng)的建設方向和實現(xiàn)路徑，以及如何有效推進能源結構調整，促進能源高效利用。關鍵詞：碳達峰；碳中和；新能源；新型電力系統(tǒng)；路徑前言“碳達峰、碳中和”目標是生態(tài)文明建設的必然要求，是推動區(qū)域城鄉(xiāng)能源協(xié)調發(fā)展的重要途徑，是推動構建人類命運共同體的責任擔當和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內在要求的重大戰(zhàn)略決策。在清潔低碳化能耗的過程中，電能在能源系統(tǒng)中占據主導地位。以煤炭等化石能源為主的能源消費結構特點是由我國能源資源豐富的體現(xiàn)，也為“碳達峰、碳中和”目標實現(xiàn)帶來很大挑戰(zhàn)，大力發(fā)展新能源勢在必行。以新能源為主題的新電力系統(tǒng)建設是能源和電力轉型的必然要求，這是實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的重要途徑。能源電力部門擁有密集的技術資本，對路線的依賴程度很高，技術路線的試錯成本極高。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是一項復雜的系統(tǒng)工程，應通過綜合分析電力生產結構變化的變化和挑戰(zhàn)的線索，研究電力通過低碳轉型的過程、形態(tài)、技術等重要問題，技術、方向等是形成廣泛共識的關鍵。1現(xiàn)代能源體系建設帶來的變化和機遇能源系統(tǒng)達到“碳達峰、碳中和”目標的過程伴隨著傳統(tǒng)能源系統(tǒng)向以新能源為主體的新型能源系統(tǒng)的轉型升級，相關物質基礎和技術基礎不斷發(fā)生深刻變化，加快建設現(xiàn)代能源體系將帶來產業(yè)發(fā)展變化和機遇，風光新能源規(guī)?？焖僭鲩L，將帶來新能源產業(yè)、新型儲能產業(yè)的發(fā)展機遇；能源智能化帶來云大物移新技術與能源產業(yè)融合發(fā)展等。一是二次能源特性的變化。電力系統(tǒng)的一次能源主體從可儲存和運輸的化石能源轉移到與氣象環(huán)境相關的不可儲存或運輸的風能和太陽能，一次能源供應具有高度的不確定性。二是電力布局和功能變化。根據中國風能和太陽能資源的分布情況，新的電力開發(fā)將在集中和分散的同時進行，電源的一般接入位置更偏遠，離低壓水平更深。未來，新能源作為主電源，不僅是主要的電力供應商，而且還將具有相當程度的主動支持、故障調節(jié)和穿越等“電網建設”能力，對常規(guī)送料功能進行逐步調整和支撐。第三，網絡的大小和形態(tài)變化。西部和北部地區(qū)的大型清潔能源基地的整體負荷中心輸電模式在中東部地區(qū)保持不變。在不久的將來，電網的規(guī)模仍將擴大。電網的形態(tài)已經從交直流混合電網轉變?yōu)槲㈦娋W，柔性直接電網和其他形式并存。第四，荷載結構及其變化特征。能源消耗高度電氣化，電力需求持續(xù)增長。配電網是活躍的，具有靈活的多能源轉換，“產銷者”廣泛存在，負荷從單一用電轉變?yōu)榘l(fā)電/用電一體化，調節(jié)支持能力得到提高。第五，電網平衡格局的變化。新能源系統(tǒng)在供需雙方都面臨重大不確定性。功率平衡模式從“源隨負載變化”的發(fā)電/消耗平衡轉變?yōu)楦髸r間尺度和更大儲能空間的平衡，其中多能量轉換參與緩沖。第六，能源系統(tǒng)技術基礎的變化。網絡電源連接技術從交流同步轉移到電力電子，交流電力系統(tǒng)的同步運行機制由物理特性決定，并轉化為人類控制算法；電力電子器件在微秒級引入開關過程，分析從機電瞬態(tài)到電磁瞬態(tài)的認知轉換。2“雙碳”目標下新型電力系統(tǒng)的建設方向當前，建設高效能源體系和新型電力系統(tǒng)只能選擇科技改革創(chuàng)新的道路，隨著能源和電力領域的全面發(fā)展，新能源被廣泛應用于新的電力系統(tǒng)中。由于電力系統(tǒng)設備滿足新技術和發(fā)展要求的需求面臨著不斷創(chuàng)新和進步的改革，以建立新的多位置電力系統(tǒng)和個性化系統(tǒng)，因此新的研究能源系統(tǒng)的建設方向是必要的，具體技術研究方向和方法如下：2.1大電網(骨干網架)建設我國能源生產和消費逆向分布特征明顯，中東部地區(qū)能源消費量占全國比重超過70%，而重要能源基地主要分布在西部地區(qū)。新能源發(fā)展必須提高資源配置效率，促進區(qū)域協(xié)調發(fā)展。隨著新能源應用于新型電力系統(tǒng)，實現(xiàn)新能源靈活可靠的比例、智能化和深層次調整。在大型能源基地周圍提高區(qū)域間運輸能力、調度和儲存能源。從大電網建設的角度來看，重點是滿足大型電力基地和負荷中心之間連接通道的需求，以及負荷中心區(qū)域內配電通道的容量。結合我國清潔能源資源配置因素，大功率基地支持調峰機組，實現(xiàn)穩(wěn)定的對外運輸效果，加上區(qū)域間運輸能力，預計將加速下一代電網調度系統(tǒng)的廣泛應用。2.2儲能建設儲能作為重要的調節(jié)資源，對于促進新能源高比例消納、保障電力安全供應和提高電力系統(tǒng)運行效率具有重要作用。在新能源系統(tǒng)中，儲能應用場景豐富且前景廣闊。具體應用領域可分為三大類：發(fā)電側、電網側和用戶側，以及多種子場景：（1）發(fā)電側：火力儲能聯(lián)合調節(jié)頻率，輸出功率穩(wěn)定；新的發(fā)電、配電和儲存，水平強度波動，改善消化等，通過協(xié)同優(yōu)化運行提高新能源消納水平。（2）電網側：峰值設置、二次調頻、冷備份、黑啟動等，儲能可以提高電力系統(tǒng)供電能力，延緩電力系統(tǒng)投資。（3）用戶側：峰谷套利，需量管理，動態(tài)擴容，用戶主要分為家庭、工業(yè)、商業(yè)、市政等，實現(xiàn)與新型電力終端深度融合，形成產銷一體的能源消費新格局，提高電力系統(tǒng)整體運行效率。（4）微電網：主要用于遠離主電網、需要自建電網的無電和弱電地區(qū)?？稍偕茉春蛢δ芸梢宰鳛榻鉀Q方案。新能源發(fā)展呈現(xiàn)集中式與分布式并舉，新型電力系統(tǒng)的網架結構將向“主干網架+中小型電網及微型電網”柔性互聯(lián)形態(tài)發(fā)展，將集中式和分布式儲能相結合發(fā)展能有效提高儲能效率。2.3配電網建設在“雙碳”目標下，獲得新能源的比例繼續(xù)增加。預計集中和分配并存的格局將繼續(xù)加強，需要從配電網絡逐步過渡到供需互動的活躍網絡。電力消耗形式的多樣化和能源矩陣的清潔應加速配電網系統(tǒng)的復雜性和功能多樣化，對安全、智能、效率、開放性和低碳含量的要求日益提高。3新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構建我國力爭2030年前實現(xiàn)“碳達峰”，2060年前實現(xiàn)“碳中和”，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體。我們必須提高對“雙碳”目標的認識。實現(xiàn)這一目標的目的是解決溫室效應和氣候變化帶來的威脅，以清潔和綠色的方式滿足人類的能源需求，提升經濟和社會的可持續(xù)發(fā)展能力，進而改善人類福祉。我們不僅要確保“雙碳”目標如期實現(xiàn)，還要充分考慮實施路徑上的成本效益比，統(tǒng)籌考慮轉型發(fā)展與保持經濟競爭力的關系，盡可能降低碳排放成本，實現(xiàn)高質量發(fā)展。以新能源為主體的新能源體系，包括：以新能源為主體的能源結構、數字化、高彈性的智能電網、多元化互動、綜合能源服務和以電力為中心的系統(tǒng)等，通過高效、協(xié)調的電力市場有機統(tǒng)一，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)緊密連接、穩(wěn)定有序的動力，不斷支持經濟社會發(fā)展。3.1新能源為主體的電力供應加快推進資源富集地區(qū)的風電、光伏等新能源開發(fā)，積極推進西南水電基地剩余資源開發(fā)，從供需兩側發(fā)力積極推進儲能、需求側資源利用等建設，顯著提升系統(tǒng)消納新能源能力。堅持集中配電，大力推進風電、光伏發(fā)電規(guī)模。在市場開發(fā)、調度和協(xié)調發(fā)展的前提下，在“三北”地區(qū)建設以新能源為主體的清潔能源基地，實現(xiàn)新能源的集約高效發(fā)展。積極開發(fā)中部和東部地區(qū)的風能和太陽能資源，有序發(fā)展海上風能，加快東南沿海海上風電基地建設。積極推進水電、核能和天然氣能源開發(fā)：以西南地區(qū)主要河流為重點，加快發(fā)展流域內具有較強調節(jié)作用的龍頭電站，實施雅魯藏布江下游水電開發(fā)。根據相關科研人員和大數據統(tǒng)計：全國2025、2030、2035年以新能源為主體的電力供應格局統(tǒng)計見表1。表12025、2030、2035年新能源電力供應格局統(tǒng)計表數全國新能源為主體的電力供應格局項目單位2025年2030年2035年水電發(fā)電裝機容量億kW3.94.44.8核電發(fā)電裝機容量億kW0.81.31.8風電發(fā)電裝機容量億kW468太陽能發(fā)電裝機容量億kW5915抽水蓄能裝機容量億kW0.81.21.5氣電裝機容量億kW1.52.3533.2建設高彈性、數字化、智能化電力系統(tǒng)創(chuàng)建多聚合高彈性網絡。適應高比例新能源、高比例電力電子設備的需求，推動系統(tǒng)各方面全面、智能化數字化，積極開展減碳、零碳、負碳等前瞻能源技術研發(fā)布局。建立跨網絡協(xié)同、數字驅動、主動防御和智能決策的新一代監(jiān)管體系。改善源網絡中的多方向負荷存儲交互、多能源互聯(lián)，促進各種形式能源之間的最佳協(xié)調，提高能源設施的使用效率，并提高整體彈性。加強預測和警報系統(tǒng)，確保電力系統(tǒng)在極端事件中的恢復能力。繼續(xù)實現(xiàn)煤電機組柔性化改造。煤電功能定位逐步由主電源向調節(jié)電源轉變。要實施大型煤電機組柔性化改造，整個提升裝置的靈活調整能力。加強規(guī)劃導向，有序組織改造項目。應優(yōu)先考慮30萬千瓦和60萬千瓦的亞臨界機組，以實現(xiàn)靈活性改造。同時，有必要完善輔助服務的補償機制，以確保燃煤發(fā)電機組的合理產量。大力加強儲能系統(tǒng)。加快抽水蓄能電站建設。不僅要推進單機容量30萬千瓦以上、電站容量數百萬千瓦的抽水蓄能工程建設，還要因地制宜建設中小型抽水蓄能工程，并實現(xiàn)合適水電站抽水蓄能的改造。完善電動汽車參與系統(tǒng)監(jiān)管激勵機制，不斷提高電動汽車與電力系統(tǒng)的互動水平。鼓勵開發(fā)和應用各種電化學儲能、物理儲能。結語綜上所述，在“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略背景下，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，把握好現(xiàn)代能源體系建設帶來的機遇，推動能源資源配置更加合理高效，引領電力行業(yè)轉型升級，明晰“雙碳”目標下新型電力系統(tǒng)的建設方向，加強大骨干網架、儲能和配電網建設，加快新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的構建，增加新能源為主體的電力供應比例，建設高彈性、數字化、智能化電力系統(tǒng)是助力實現(xiàn)“雙碳”目標的必然路徑。參考文獻[1]岳蕾,王丹迪.以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下抽水蓄能標準體系建設的思考[J].西北水