在构建以新能源为主体的新型电力系统实践中先行示范

李玉玲

摘要：构建以新能源为主体的新型电力系统是对能源电力发展作出的系统阐述，明确了新型电力系统在实现“双碳”目标中的基础地位，为能源电力发展指明了科学方向、提供了根本遵循。

关键词：新能源;电力系统;实践

一、从“双碳”目标到新型电力系统

（一）能源消费在碳排放中占据绝对主体地位

未来一段时期，中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这就要求我国在今后很长的周期内，对碳排放总量施行更严格的控制。

据估算，2020年我国二氧化碳排放总量约110亿吨，我国能源燃烧的二氧化碳排放约为98亿吨，电力行业约39亿吨（不含热电联供的供热碳排放约5亿吨，计入工业、建筑等终端用热行业），占二氧化碳总排放量的比重分别为88%和35%。可以看出，能源燃烧和电力行业在二氧化碳排放中占据绝对主体地位，在上述领域实现碳减排将成为实现全行业“双碳”目标实现的重要一环。

（二）能源结构转型是实现“双碳”目标的重要途经

从目前的的产业模式和技术发展来看，实现能源领域的碳减排主要有四个主要途径：能源结构转型，产业模式升级，用能效率提升，碳捕获、利用和封存（CCUS）技术的广泛应用，其中能源结构转型对碳减排的贡献率最高。

一是满足终端用电负荷增长需求，通过电能替代帮助其他行业转移碳排放。与2020年相比，未来十年，其他行业电能替代电量将新增超过1万亿千瓦时，可减少其他行业二氧化碳排放超过5亿吨。

二是服务源端高比例风、光等非化石能源发电的接入和送出，支撑源端的清洁替代减排。根据预测，以2020年为基准，2030年由于支撑源端新增非化石能源电量，替代化石能源电量等效碳减排16亿吨以上;2060年由于支撑源端新增非化石能源电量，替代化石能源电量等效碳减排超过85亿吨。

三是电力行业能源燃烧碳排放持续下降，助力碳减排目标实现。2030年后，能源燃烧碳排放加速下降，2060年考虑LULUCF（土地利用及土地利用变化）后全行业温室气体基本实现近零排放，能够实现碳中和目标。

二、电力行业实现“双碳”目标的难点及建议

（一）面临难点

电力行业实现“双碳”目标，根本途径是建设以新能源为主体的新型电力系统。现阶段主要在电力稳定供应、电力系统安全稳定运行、新技术成熟度不足以及政策机制不配套等方面面临重大挑战，这也是目前电力行业实现“双碳”目标的最大难点。

1.电力供应安全方面面临挑战。

一是体现在新能源最小出力处于较低水平，对电力平衡支撑能力不足。部分地区高温寒潮等极端气候发生过程中电力供应需求显著增加，保障电力供应难度大。以东北电网为例，2021年7月28日，受副热带高压位置偏北影响，东北地区天气连续多日高温，东北全网用电负荷最高达到7058万千瓦，同比增长8.2%;而风力发电创历史新低3.4万千瓦，不足风电装机容量的0.1%，新能源难以支撑电网的电力需求。

二是体现在现有火电等常规装机规模不足以保证未来电力供应需求。2030年如维持现有火电装机规模不变，则火电装机容量缺额达1.54亿千瓦，难以有效保障电力供应。

2.高比例新能源消纳難以维持。

一是体现在新能源电量渗透率与利用率之间相互制约，高比例的新能源电量占比必然造成利用率的下降。亟待推动新能源消纳模式从追求新能源利用率到提高新能源发电量占比的转变。经测算，2030年，以新能源发电量最大为目标布局新能源，可提升新能源电量占比1.75个百分点，但新能源利用率降低1.87个百分点。

二是体现在系统调峰能力存在缺额，不足以支撑高比例新能源消纳。2030年，若保证新能源100%全额消纳，国家电网经营区的调峰能力缺额为3.98亿千瓦;若保证新能源利用率95%，国家电网经营区的调峰能力缺额为1.96亿千瓦。

3.电网安全稳定运行面临重大挑战。

一是体现在新能源发展驶入快车道、跨区直流送电需求旺盛，电力系统向“双高”（高比例新能源、高比例电力电子）转型成为必然趋势，系统特性复杂，频率、电压、功角等安全稳定问题仍将存在。以英国8.9大停电为例，事故前英国电力系统呈现高比例新能源状态，一台燃气机组停机造成大面积新能源脱网，引发连锁故障，停电范围波及100万人。

二是现有技术条件下跨区输电及新能源承载规模存在技术约束。现有技术框架下，为了保证系统稳定，常规机组开机需要保持一定安全水平，使系统调峰能力下降，新能源承载规模进一步受到限制，跨区输电及新能源规模存在技术约束。

4.适应减碳目标的市场机制亟待完善。

一是现行上网电价机制无法维持火电机组生存。预计到2030年煤电机组年利用小时数低于4000小时，2060年低于2000小时，按照当前的电价机制，火电机组无法回收成本。

二是辅助服务费用仅在发电侧分摊，并未疏导至用户侧。目前辅助服务成本通过电源侧分摊，进一步挤压了电源侧生存空间，电源经济承受能力不足不利于未来长期电力系统稳定运行。

三是现行需求侧响应补偿机制难以为继。据测算，需求侧响应量与火电机组装机的降低量相当。但实施需求侧响应需要向用户提供大量补偿，推高系统运行成本，需在电价机制中统筹考虑。

（二）相关建议

一是要解决好安全问题。在“碳达峰、碳中和”目标下，随着生产和消费侧电能占比的提高，电力作为基础能源的作用和地位愈加重要，而电力生产又以强不确定性的风光为主，各时空尺度的能源安全（主要体现在电力）挑战巨大，从毫秒级的设备安全、秒/分的运行控制安全、小时/天调度安全、周/年的供给安全，以及物理、功能、跨行业和社会等广义空间尺度的安全，需要从全社会的视角审视电力安全问题，需要通过创新解决电力安全问题。

二是要多行业、多主体统筹推进。在建设新型电力系统的过程中保证电力安全，是一项复杂的系统工程，需要各级政府、各行各业协同，通过政策、法规和体制机制创新，业态、市场和电价机制创新，以及技术创新共同解决。