推动构建以新能源为主体的新型电力系统初探

杨振纲 胡玉峰 王珂

（作者为南方电网公司2021年中青年干部培训班二班（秋季）学员）

实现碳达峰碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，是应对气候变化的主动之策，是保障我国能源安全的必由之路，是提升国际竞争力、培育发展新动能的创新之举，是实现经济高质量发展的内在要求，彰显了可持续发展的深入洞见和“人民至上”的初心情怀。

当前，人民日益增长的清洁低碳、安全高效的能源需求与我国清洁低碳能源发展不平衡不充分、经济社会和电力系统对新能源发展承载能力不足的矛盾日益凸显。解决这一矛盾的关键，一是要以科技创新引领电力行业发展，从根本上提升全行业生产力水平，满足日益增长的电力需求；二是要充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，更好地发挥政府作用，建立健全电力市场，构建与生产力相互匹配、相互促进的生产关系。

发展路径篇

关于2030年前碳达峰。根据科学估算，到2030年全国碳排放总量在115亿吨左右。2021~2030年全国能源消费总量约有18%的增长空间，平均每年不到2%。具体到电力行业，由于电力在终端能源消费中的占比会从目前的27%提升到35%左右，今后十年还会有约48%的增长空间。

关于2060年前碳中和。于电力行业，由非化石能源逐步替代化石能源，实现以新能源发电为主体。碳排放将由2020年的43亿吨、“十五五”达到峰值的45亿吨，降至本世纪中叶的4亿吨，并通过碳捕获将剩余碳排放全部中和。于工业、交通、建筑领域，通过电能替代和绿氢等手段，碳排放水平将由目前的44.6亿吨增长至45亿吨，“十五五”实现低峰值达峰，2060年前降至5亿吨，并以碳捕获、生物质改造技术实现碳中和。于工业生产过程二氧化碳排放，通过绿氢替代还原剂或碳捕获等手段实现碳减排，并通过植物碳汇实现碳中和。

在能源这个主战场，双碳发展路径可以概括为终端用能电气化和电力供给低碳化。对此，习近平总书记提出了具体而明确的要求，加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高能源利用效率，实施可再生能源替代，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统，通过能源电力绿色低碳发展引领经济社会系统性变革，这为我国能源电力行业改革发展指明了方向。

构建新型电力系统，实现双碳目标，需从“源网荷储”四个方面协同发力，系统推进。电源侧，持续推进风光等新能源生产成本降低，并逐步成为主体电源；积极稳妥发展核电和水电。预计到2030年，风光等新能源装机达到45%，非化石能源装机占比为68%；到2060年，风光等新能源装机约为80%，非化石能源达到96%。电网侧，持续扩展“西电东送、北电南送”，实现能源资源高效内循环；构建“合理分区、柔性互联、安全可控、开放互济”的主网架和“强简有序、灵活可靠、先进适用”的配电网，构建强健的中枢平台支撑；加快传统电网数字化转型，通过数字赋能实现智能决策、智能调控、智能运行。负荷侧，推动战略性新兴产业和高附加值低能耗产业发展，加快形成绿色低碳的生产生活方式；坚持节能优先，支持重点行业节能改造，推动重点领域和新基建领域能效提升；拓展电能应用的广度深度，加快推动以电代煤、代油、代气、代柴；加快实现电制氢对化石能源的进一步替代。储能侧，加快布局发展抽水蓄能；优先在源荷侧就近布局新型储能，实现互补发展。通过改造传统电源，提升灵活调节能力。整合电动汽车、工业可调节负荷等弹性资源，聚合形成虚拟电厂，构建用户侧优质调节资源。

科技创新篇

电力系统发展与电力科技进步紧密交织、相辅相成。超超临界机组、高水头抽水蓄能、特高压输电、柔性直流输电、大电网安全稳定系统等重大电力装备与技术，有力保障了我国互联大电网的发展与“西电东送”国家战略的实施。2014年，习近平总书记提出“四个革命，一个合作”能源安全新战略，为我国能源电力高质量发展指明了道路，随后以新能源发电、柔性配电网、综合能源、新型储能、电动汽车、云大物移智链等为代表的新一代能源电力科技实现了快速发展与规模化应用，为构建以新能源为主体的新型电力系统奠定了良好基础。

新型电力系统面临的主要技术问题。当前，新型电力系统建设已成为时代使命，新能源发电机组随机性、波动性、间歇性大，具有“极热无风”“晚峰无光”“大装机、小电量”等特性，其大量并网并逐步成为主力电源，会影响电力安全可靠供应。新型电力系统中，新能源机组、直流系统、分布式电源、微电网与多能互补网络、新型负荷等电力电子装置大量接入，弱支撑性与低抗扰性将使得电力系统运行特性、稳定机理、平衡控制等发生重大变化，不确定性增加，转动惯量降低，系统安全稳定运行风险增大。

推动新型电力系统构建的科技创新核心方向。面对能源电力安全、经济、绿色“不可能三角”带来的挑战，加快推进科技创新是必由之路。电源侧，积极推进清洁转型，研制应用4兆瓦+级陆上风电、15兆瓦+级海上风电、25%+光伏电池等更高效率、更低成本的新能源发电装备，大力发展第四代核电技术、常规煤电机组灵活性与超低排放技术、生物质混燃发电与气化发电技术、高效低成本氢能制储用技术，积极探索核聚变、海洋能、干热岩地热能、天然气水合物应用技术。电网侧，大力推进电网数字化、智能化、柔性化转型，加快突破新能源基地直流外送技术、海上风电新型汇集组网送出技术、新能源主动支撑技术、概率性规划技术、源荷不确定情况下电力电量平衡技术、新型电力系统安全稳定机理与新一代稳控技术、新型电力系统风险评估与韧性提升技术、海量调度对象的可观可测可控技术。负荷侧，大力推进“新电气化”与能源高效利用，加快推进冷热电气高效转化与梯次利用技术、低碳零碳高效用能技术、车-桩-网互动与电力交通融合技术、智能用电与供需互动技术研究应用。储能侧，大力推进高可靠、长寿命、低成本新型储能技术研发及规模化应用，突破大型可变速抽水蓄能机组装备技术，发展高电压吉瓦时储能电站集成技术、分布式储能聚合应用技术，推动先进压缩空气储能、低成本高能量密度液流电池储能、宽温度长循环钠离子储能、固态锂电池储能以及海水抽水蓄能技术发展。

建立健全科技创新体制机制的建议。构建以新能源为主体的新型电力系统是能源电力行业发展的重大变革，对电力科技创新提出更高要求，需要政府部门、关联企业、科研院所协同推进，深化科技体制机制改革，加快完善关键核心技术攻关的新型举国体制，通过构建产学研创新联合体，建设国家、区域重大联合创新平台，出台鼓励协同创新的政策机制，充分发挥社会主义制度优越性；也要通过市场的决定性作用来优化资源配置，使举国体制更加科学、集约、有效，让更多的创新要素向企业集聚，激发市场主体的创新活力。

市场建设篇

关于新型电力市场建设面临的主要问题。新型电力系统能否健康持续高质量发展，生产关系调整的核心是解决各利益主体的成本疏导和构建科学合理的价格机制，建立起与之匹配的新型电力市场。由于新型电力系统从源网荷储各要素都面临着较大的生产力变革和结构变革，源荷两侧的利用小时数、特性曲线差异拉大，宏观看不可避免地增大了电源与负荷的容量比和电网的布局，同时增大了储能布局，使之成为电力系统的第四大独立要素，各要素必要的成本投入需要新型电力市场疏导和调节。逐步成为主体的风光等新能源发电，在技术创新的推动下和充分竞争的市场中，投资成本持续下降，从上网电量单价这一角度衡量，目前已实现与煤电同价，低于气电，未来还有较大的下降空间，这些空间需要通过新型电力市场引导，用以补偿其他电源的容量、调节能力贡献和网荷储三侧消纳能力、调节能力、控制能力等方面建设成本。

关于新型电力市场建设的基本原则。为了实现新型电力市场建设的主要目标，需遵循以下基本原则。一是坚持市场在资源配置中的决定性作用原则，释放各主体的市场价值，体现电力商品的经济、低碳、绿色价值，促进新能源在竞争中健康蓬勃发展。核心是为新能源提供稳定回报，调动新能源产业链积极性，从而促进规模发展。同时，推动新能源全面参与市场，在竞争中不断降低成本，为其他各方的合理成本提供回收来源。二是坚持“放开两头、管住中间”的原则，尤其对第四要素的储能，应主要参考“放开两头”的原则，以市场手段形成价格，保障成本回收。支持灵活性资源获得合理收益，体现其价值，充分挖掘抽水蓄能、电化学储能、火电、负荷等灵活性资源的潜能，支撑系统安全稳定运行，并为其获得合理收益提供市场平台。三是统筹协调电力市场与碳市场原则，通过市场挖掘并兑现绿电的减碳效益和环保效益。新型电力市场可紧密关联碳交易市场和绿证交易市场，协调电力与碳排放、绿色能源价值的关系，并与其他外部市场协同发展，助力实现碳达峰碳中和。

关于新型电力市场建设的初步构想。总体思路是容量市场建设、电量市场完善、辅助服务市场优化、碳交易市场与绿电市场的融合，以实现全国统一电力市场的建设。容量市场主要针对传统电源（由主供电源向基础电源/保障电源的定位变化）和大型抽水蓄能等调节电源，主要解决电力系统各个时间尺度的供应容量保障、调峰容量保障，解决传统电源和抽水蓄能的投资回收问题。电量市场主要优化电力中长期和现货交易的协同配合，使市场充分跟踪一次能源价格波动引起的成本波动，同时全力实现电力供需关系和价格的可预测可调控，稳定经济社会用电的基本预期，建立带时标曲线的新型电力市场交易机制，形成适合新能源的交易体系。辅助服务市场作为对容量、电量两大市场的补充，针对调频、调压、备用、电力需求响应等辅助服务建立市场，疏导系统必要的成本投入，挖掘灵活性资源的价值。搭建有利于低碳发展的平台，围绕电价、碳价、绿证价格，对各市场主体的交易行为特征、价格形成机制等进行系统研究，统筹协调发展新型电力市场，融合发展碳交易市场和绿证交易市场，充分体现和挖掘清洁电力的绿色、低碳效益与价值，创造有利于非化石能源，尤其是新能源发展的环境和平台。构建全国统一电力市场，充分考虑我国电力系统网络结构坚强、跨省交易容量大占比高、直流输电为主、跨区交易相对独立的特点，建立全国统一、区域融合、省为主体的统一开放、竞争有序、安全高效、治理完善的电力市场。