赋能零碳未来——英国电力系统转型历程与发展趋势

景 锐，周 越，吴建中

（英国卡迪夫大学工程学院，卡迪夫CF10 3AT，英国）

0 引言

气候变化已成为目前人类社会共同面临的最重大的环境与发展挑战之一。2020年9月22日，中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，郑重宣布中国将提高国家自主贡献力度，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（简称“30·60目标”）。尽管还未明确实现碳中和的具体路径，但作为全球最大的碳排放和能源消费主体，中国实现碳中和需要能源系统的颠覆性变革［1］。

电力系统在能源清洁低碳转型中发挥着至关重要的引领和支撑作用，“碳达峰、碳中和”对电力系统发展提出了新的更高要求［2］。电源侧具有随机性与间歇性特征的可再生能源的大规模、高比例并网，用能侧储能技术、分布式能源、电动汽车等交互式能源技术的迅速发展，从源、网、荷、储各个环节对电力系统的规划与运行产生深刻影响，并不断涌现各种新型的能源服务需求［3-4］。

全球越来越多的国家开始重视电力系统低碳转型的需求与机遇，并制定了相应的发展目标［5］。英国在电力系统转型方面起步较早，并已于2019年通过立法正式承诺将于2050年实现净零温室气体排放，并计划在2035年实现零排放或近零排放电力系统。英国的电力系统零排放战略目标总体上围绕“能源三难”（energy trilemma）问题即环境可持续性、能源安全、能源公平3个方面展开。显然，零排放是转型的目标，同时也是主要驱动力，而能源安全和公平作为必要的约束条件，同样需要引起高度重视。

本文基于英国电力系统转型已开展的工作，首先系统性地回顾英国气候变化、能源与排放的相关政策，同时介绍英国电力系统转型的发展现状与目标，并针对转型迫切性、电力系统安全性以及经济社会参与性3个方面的挑战，剖析应对挑战所采取的跨界联动的全系统战略，进一步细化为4个实现成功转型的关键发展领域，其中清洁与低碳为核心驱动，安全与韧性是必要前提，架构与层次贯穿全局，政策与市场保障转型推进。最后，总结了英国电力系统转型的经验，以期通过系统性梳理英国电力系统转型历程与发展趋势，对中国电力系统转型有所启示。

1 英国相关政策回顾

英国在能源发展方面做了大量探索，政策规划的引航作用至关重要。本文对与电力系统密切相关的英国气候政策进行了梳理，如图1所示。

图1 英国气候变化、能源与温室气体排放政策时间线Fig.1 Timeline of UK’s policy on climate change,energy,and greenhouse gas emission

1990年，英国出台了一系列控制环境污染的法案，并于1997年签署《联合国气候变化框架公约的京都议定书》［6］。21世纪以来，英国先后发布多项举措，将能源发展的重点转移到可再生能源上。2002年到2005年间，在全英逐步推行可再生能源责任机制（renewable obligation，RO），要求持牌售电公司有义务在其出售的电力中逐步扩大可再生能源的比例，以促进大规模可再生能源项目的发展，该机制已于2017年完结。2006年，英国议会通过《气候变化与可持续能源法案2006》，鼓励小型热电联产技术［7］。2008年 英 国 政 府 通 过 了《气 候 变 化 法 案2008》，使其成为全球首个针对长期气候政策立法的国家，在应对气候变化问题的政策法规方面全球领先［8］。2010年，英国实施与RO配套的上网电价补贴机制（feed-in tariff，FIT），用于鼓励安装小规模可再生能源技术，该机制已于2019年完结。2015年，英国作为核心主导国家之一，促成全球达成《巴黎协定》，将全球升温目标定在2℃之内［9］。2017年英国超额完成原计划目标，实现较1990年减排43%的成绩。同年10月，英国政府出台《清洁发展战略》（The Clean Growth Strategy），重点关注碳移除技术、家庭能效提升并确定到2040年禁售燃油车的计划（现已提前至2035年）。2019年3月7日，英国政府颁布《离岸风电产业政策》（Offshore Wind Sector Deal），进一步明确未来10年将投资400亿英镑实现30 GW离岸风 电装机 容量［10］。同 年5月2日，英国气候变化委员会发布报告《净零：英国对阻止全球变暖的贡献》（Net Zero—The UK’s Contribution to Stopping Global Warming），指出英国可以设定更加宏 伟的新目标［11］。同年6月27日，《2008年气候 变化法案（2050目标修订案）》通过，正式确立英国到2050年实现温室气体净零排放的新目标，成为全球首个承诺净零排放时间表的主要经济体［12］。

2020年新冠疫情阴霾笼罩全球，2020年11月18日英国首相鲍里斯·约翰逊提出绿色工业革命十点计划，重点针对后疫情时代经济复苏与零碳转型［13］。同年12月14日，英国政府商务能源与产业战略部（BEIS）出版战略性指导文件《能源白皮书》，进一步明确英国为实现2050净零排放目标的能源系统低碳发展方向［14］。受英国脱欧影响，自2021年1月1日起，英国不再参与欧盟碳排放交易体系（EU ETS），而是启用英国碳排放交易体系（UK ETS），采取“总量控制与交易”（cap and trade）的原则，控制并将逐步减少各部门的总许可排放量，同时允许参与者在总许可排放量内通过二级市场竞拍的方式交易排放份额，促进2050净零排放目标的实现。

2 英国电力系统现状、发展目标与面临的挑战

2.1 现状

英国在零碳转型进程中始终走在世界前列，从发电量角度看，近10年来风电和太阳能的占比显著提高，到2019年各能源技术发电量占比如图2（a）右侧百分比所示，其中煤电的占比已不足2%。从装机容量角度看，到2019年各能源技术的发电装机占比如图2（b）右侧百分比所示［15］，其中可再生能源的装机容量占比已达45%，而传统蒸汽式发电装机容量占比则降至12%。

图2 1996—2019年英国发电量与发电装机容量演变示意图Fig.2 Schematic diagram of transition of electricity generation and installed generating capacity in the UK from 1996 to 2019

2.2 参与主体

英国电力系统主要的参与主体如图3所示。从电力传输角度看，主要包括发电、输电、配电、用电四大环节。输电网层面，大不列颠主要由三家输电网运营商（transmission network owner，TNO）持有固定资产并负责维护；还有离岸输电网运营商（offshore transmission owner，OFTO）负责离岸输电网络设施的运维，并与陆上主干输电网的互联；国际联网（interconnector）实现英国电网与欧洲大陆电网的互联互通。以上均由National Grid集团旗下的独立公司电力系统运营商（electricity system operator，ESO）负责统一调度，确保电网实时的供需平衡与安全稳定［16］。

图3 英国电力系统架构与主要参与主体示意图Fig.3 Schematic diagram of architecture and main participants of electric power system in the UK

大不列颠共有隶属于六大集团的14个持牌配电网运营商（distribution network operator，DNO），同时还存在若干独立配电网运营商分散在各许可区域中。从电力市场角度看，由售电公司（supplier）作为中介将电力卖给用户，并向发电公司（主要为六大发电企业，The Big Six）及输、配电网运营商支付相关费用，形成批发、零售、容量和辅助服务四大市场。大不列颠电力系统的所有环节和相关主体均受电力和燃气市场监管机构（Ofgem）监管，并受英国政府BEIS的政策指导。

2.3 发展目标

英国政府BEIS的《能源白皮书》明确了实现2050净零排放的能源系统发展目标，并给出2050年2种预测电力需求与2种预测发电结构，如图4所示［14］。其中，从电力需求看，其较2019年可能翻倍，2种预测结果的主要差别在于交通与供热的电气化发展情况不同。从发电结构看，将形成可再生能源、核能、气电＋碳捕集利用与封存（CCUS）为主，并辅以氢能发电与国际联网购电的总体发电结构。然而，官方尚未明确发布具体的实现路径，目前围绕电气化、氢能利用、行为改变、提高能效几大方向展开探讨，而电力、热能、建筑、交通等部门具体的转型路径仍在制定中。

图4 《能源白皮书》预测的2050年英国发电结构与电力需求Fig.4 Electricity generation structure and power demand of the UK in 2050 from forecast in“Energy White Paper”

2.4 面临的挑战

英国电力系统在向零排放、能源安全和公平的转型过程中，面临如下四重挑战。

1）从气候变化的迫切性来看，要求电力系统尽快向零排放的目标转型，并计划在2035年实现零排放或近零排放电力系统。

2）从电力系统的安全性来看，高比例且高间歇性的可再生能源可能带来电力系统不稳定。

3）从经济社会的参与性来看，确保居民与工商业用户公平地分摊转型的成本，确保身处能源贫困地区的居民也可承担（affordable）能源费用，避免贫困用户被忽视，同时避免不公平地强制要求用户去改变用能习惯。

4）从转型过程中角色转变来看，整个电力系统自上而下探索转型过程中的角色定位、模式转变及突破创新，很多电力公司不再仅仅作为基础设施运营商，而是力求转型从而可以提供安全稳定、清洁低价、多元灵活的能源服务。

3 英国电力系统零碳转型总体趋势

3.1 跨界联动的全系统战略

在英国政府通过立法正式承诺将于2050年实现净零温室气体排放，并计划在2035年实现零排放或近零排放电力系统后，形成了自上而下、跨界联动的零碳转型全系统战略，各级组织机构从各自视角制定了翔实的行动计划，如图5所示［14，17-18］。

图5 英国各级机构提出的电力系统转型战略之间的关联示意图Fig.5 Relationship between electric power system transition strategies proposed by different organizations in the UK

以下从4个角度对各行动计划之间的关联进行梳理。

1）从政府视角来看，首相鲍里斯·约翰逊提出绿色工业革命十点计划后，BEIS相应出版战略性指导文件《能源白皮书》，明确其下一步的工作计划，在离岸风电与陆上互联、电动汽车充电基础设施等领域加大投入，同时将与Ofgem密切配合构建全球领先的数字化电力能源系统，并发布Smart System Plan进一步明确储能在系统中扮演的角色。

2）从Ofgem视角来看，其充分发挥监管与创新的职能，建议政府考虑建立职能独立于英国国家电网公司的独立系统运营商（independent system operator，ISO），通过完全分离使其在电网基础设施规划中扮演更加积极的角色，同时确保未来的能源系统决策更能够符合用户利益，并有助于将成本保持在最低水平。

3）从能源网络（输电网、配电网）视角来看，为适应转型需求并提供更灵活的服务，英国已于2019年成立独立公司National Grid ESO负责输电网的调度［19］。配电网是电力系统零碳转型过程中的重点改革环节之一。随着越来越多分布式电源与产消者的接入，DNO盈利模式与角色正发生根本改变，如图6所 示［20］。同 时，DNO将 承 担 主 动 网 络 管 理（active network management，ANM）职能并提供多元化的灵活性服务，其角色将逐渐发展为配电系统运营商（distribution system operator，DSO）。这一转变使得DSO的决策更加面向用户，更好地管理本地分布式电源与负载，同时提供低碳且灵活的服务，且可避免非必要的电网投资。目前，探索输电系统运营商（transmission system operator，TSO）和DSO的交互接口（TSO/DSO interface），实现不同公司的互相协同和支持是英国电网发展的重要趋势。

图6 DNO向DSO转型的角色转变与发展趋势Fig.6 Role change and development trend of DNO towards DSO

4）从发电企业视角来看，自2021年起，所有发电企业必须参与可再生能源溯源（Renewable Energy Guarantees of Origin，REGO）认证计划［21］，欧盟将该计划称之为Guarantees of Origin（GoOs），旨在让消费者更加透明地知悉发电企业所发电力中可再生能源的比例。

3.2 以创新作为跨界联动的纽带

创新作为各级电力系统组织机构的纽带，将政府、监管机构、电力企业与用户紧密联系，从技术、政策、商业、服务等多维度塑造创新环境，下面从3个方面对英国电力系统的创新战略进行梳理。

1）政府加大创新投资力度。2015年秋，英国政府承诺在5年内将用于能源创新的资金投入翻倍至40亿英镑［22］，其中政府的直接投资包括：出台《The Clean Growth Strategy》，斥资25亿英镑用于低碳技术、系统与商业模式创新［23］；成立能源系统创新中心（Energy Systems Catapult）和离岸可再生能源技术创新中心（Offshore Renewable Energy Catapult），斥资12亿英镑鼓励采用全系统战略加速能源系统低成本的零碳转型；斥资5.5亿英镑加速清洁能源技术的商业化与创新；以及斥资2.46亿英镑发起法拉第挑战（Faraday Challenge），使英国在未来的电池技术创新中保持优势地位等。各创新平台都强调研发创新既要有战略高度，又要以市场为导向，同时形成企业与科研院所一体的创新网络和链条以实现协同创新［24］。同时，政府投资也关注劳动力市场以及低碳行为等社会经济领域的创新，例如启动了零排放目标下的再培训提升计划以及引领行为习惯的良性改变等［25］。

2）Ofgem制定创新规则。通过设置基于收 益（revenue）＝激 励（incentives）＋创 新（innovation）＋产出（outputs），简称RIIO的价格控制规则，监管大不列颠电网公司的收益和定价，同时鼓励竞争与创新，以确保电价合理并不断为用户提供新产品与新服务。通过RIIO规则将收益的一定比例作为创新资金，形成网络创新促进机制（network innovation stimulus，NIS），促进英国电网及气网相关企业向高能效、强韧性、高灵活性及零碳转型。NIS主要包含分别针对电网企业和气网企业的两大能源网络创新竞赛（network innovation competitions，NICs）［26］以 及 一 个 能 源 网 络 创 新 津 贴（network innovation allowance，NIA）［27］。

3）能源网络公司积极创新。由电力网络及天然气管网企业形成的非营利性行业协会（energy network association，ENA）提出了“共创未来能源网络”计划，其中与电力网络密切相关且最具代表性的战略计划是“开放电网战略”（open networks project，ONP）［28］，促进所有电网企业提供适应零碳转型的智能化、灵活性服务，从ESO开始，到各配电网公司之间的协调，再到配电网与本地规模较大的能源系统的协调，进而到电力与其他能源行业之间的协调，实现全行业的转型评估，确立长-中-短期目标；建立行业规范使得分布式可再生能源（风电和太阳能）与多元化负荷（电动汽车和大规模家用热泵）尽可能便捷地接入配电网，重点关注灵活性服务、标准化数据协议、DNO向DSO转型以及全系统协同规划等功能的实现。

4 关键发展领域

为了2035年实现零排放或近零排放电力系统以及2050年实现净零温室气体排放的宏伟计划，英国电力系统形成全系统-全链条系统集成创新战略，如图7所示，其中关键的发展领域如下所述。

图7 英国电力系统零碳转型中的关键发展领域Fig.7 Key development areas in zero-carbon transition of electric power system in the UK

4.1 安全与韧性

在后化石燃料时代，提供安全可靠且具有韧性的电力服务至关重要。在学术界，英国负责科研创新的工程与自然科学研究委员会（EPSRC）在其2019年发展规划中将韧性（resilience）与高效、互联、健康作为未来10年英国建设全球最富创新经济体的4个关键词［29］。在工业界，英国国家电网ESO负责保障当意外寒流、新能源过剩或电站故障发生时的电网稳定运行，相应采取的一系列措施包括：①利用火电机组的灵活性，同时规划建设电网级电化学储能，实现频率管理；②与发电企业通力合作，确保电压波动不超限，实现电压管理；③通过使大型轮机保持旋转以保障惯量；④采取频率响应、旋转备用、临时运行备用相结合的措施确保系统备用。

当前及未来英国电力系统中的主要技术和与之可提供的辅助服务汇总如图8所示，该图根据文献［30］进行了修改。预计未来可通过基于大工商业、智能家居及电动汽车入网（vehicle-to-grid，V2G）的需求响应，抽水蓄能、电池、压缩空气储能等不同储能技术，以及未来燃气耦合碳捕集、燃氢轮机等多种能源技术的协调互济，确保系统的韧性与安全运行。在现阶段，基于生物质与燃气的火电机组仍将作为重要的系统备用。

图8 英国电力系统主要能源技术与可提供辅助服务的能力汇总Fig.8 Summary of major energy technologies and their capabilities to provide auxiliary services in electric power system in the UK

4.2 架构与层次

英国电力系统向零碳未来转型的主要趋势是以电为核心，实现多能源、多层次、多维度的系统集成的整体架构发展，如图9所示，具体呈现三大特征。

图9 英国电力系统架构多层次-多维度的关键发展领域Fig.9 Multi-level and multi-dimensional key development areas in architecture of electric power system in the UK

1）清洁和融通主导的去碳化和电气化。英国首相鲍里斯·约翰逊提出的绿色工业革命十点计划中有七点与电气化密切相关，通过发展风电、核电增加清洁能源供应，同时通过推广热泵的供热电气化、加速向电动汽车转型的交通电气化、基于住宅节能与智能化改造的用能高效化等一系列措施，进一步明确了电气化与电力系统在转型中的作用和定位。英国政府BEIS相应出版战略性指导文件《能源白皮书》，进一步明确了电力、燃气、交通电气化、供热电气化等多部门融通的能源系统低碳发展路径，试图通过多部门耦合增强全系统灵活性并与欧洲大陆互联互济形成规模效应，在实现碳减排的同时最小化可再生能源高间歇性带来的风险、最大化能源利用效率与效益。

2）物理和信息耦合的数字化和智能化。推广普及智能电表是英国电力系统向智能化发展的重要举措［31］。通过先进智能电表与智能电价机制鼓励用户更多地参与电力系统转型、形成新的灵活性资源，如通过利用谷电为电动汽车充电节约成本，同时鼓励本地富余的新能源上网实现增收，实现物理与信息系统的耦合。2020年6月英国政府发布全国性加速智能电表安装的新计划，并预计每年为零碳转型节约超过160亿英镑的成本。截至2020年9月，全英国住宅与小工商业用户累计安装智能电表（smart/advanced metering）超过2 000万只［32］。

3）本地到跨国协同的层次化。英国电力系统采取“大互联”与“本地化”多层次协同的全系统方法。在跨国电力互联网层面，在目前已与法国、荷兰、爱尔兰互联的累计容量达4 GW基础上，进一步计划与比利时、挪威、丹麦新建电力联网，同时扩容与法国、爱尔兰的电力互联［33］。

在输电网层面，2020年英国实现15%的终端能源来自可再生能源，超过30%的电力来自可再生能源，且这一比重还将继续增大，其中可再生能源绝大部分来自海上风电。因此，进一步强化主干输电网与海上风电的互联将至关重要。同时，Ofgem建议将现有隶属于National Grid的ESO完全独立为ISO以适应未来发展需求，目前仍在探讨之中。此外，TSO与DSO的交互接口将成为能否充分发挥系统灵活性的关键环节。

在配电网层面，未来将加大配电网的投资力度，同时加速从现有被动式DNO向主动式DSO转型，通过创新市场设计提供全新能源服务，未来依靠本地能源系统提供电力系统平衡与灵活性服务，从而实现全网稳定且韧性的运行。重点发展本地端对端能源交易市场，同时探索“光伏＋电池”的社区能源模式，利用电池匹配光伏出力的间歇性，预计2030年70%的屋顶光伏系统将配备电池［20］。

在本地能源系统层面，自2018年，英国政府启动能源革命繁荣挑战（prospering from the energy revolution challenge，PFER），斥资超过1亿英镑探索智慧的本地能源系统（smart local energy system）［34］。通过在本地实现电、气、热、交通、储能、数据管理等领域的耦合协同，提供更加灵活、更加清洁、低价并高效的本地能源服务。重点关注基于区块链技术的虚拟电厂、基于太阳能驱动的热化学跨季节储热、电动汽车智能充电、本地智慧热泵与智慧储热耦合系统、端对端能源交易平台软件、智慧住宅能源管理系统等技术。

英国地方政府和相关企业亦非常关注本地能源的发展。地方政府层面，威尔士政府领导了一个由电网企业、发售电企业、地方政府和高校组成的“本地虚拟私有网络”（local virtual private network）工作组，在北威尔士地区利用公共电网促进可再生能源的就地消纳，制定了涵盖技术、商业模式和政策法规在内的综合创新方案［35］。作为企业方面的一个典型案例，Power Transition公司在其建设和开发的Corby居民社区建设了包含屋顶光伏、电池储能、季节性热储能和地源热泵等在内的本地能源系统，并参与了PFER的概念设计项目，开发了基于分布式账本技术的端对端能源交易和社区微网管理系统［36］。

4.3 政策与市场

在市场建设方面，未来10年英国电力系统的投资规模巨大，迫切需要设计一个能够以最低的成本来激励低碳能源和网络投资的市场机制。同时，风能和太阳能的高间歇性也亟需功能更加完善的辅助服务市场。因此，政府（BEIS）、监管机构（Ofgem）与ESO多方协同，致力于参考容量市场（capacity market）的发展经验，建设灵活性市场与惯性市场，以及通过氢能耦合交通与供热实现以较低的成本提供灵活性资源，从而应对可再生能源出力的不确定性。

在政策方面，未来非常规（甚至极端）气候事件愈发不可避免，政策导向也将从减缓气候变化逐渐过渡到减缓与适应气候变化并重，迫切需要提升电力系统的灵活性和韧性。英国能源研究中心（UK Energy Research Centre，UKERC）2020年最新版年度能源政策评述指出“如何保障电力系统在高不确定环境下提供安全稳定的电力服务”是下一年政策工作的首个要点［37］。新冠疫情期间电力负荷骤减，ESO不得不在配电网大量切除分布式小型机组并将位于Sizewell B的核电站出力下调50%，为此花费高达5亿英镑，同时放大了英国电力系统存在多年的问题，即尚缺少监管控制配电网分布式机组的配套机制。为确保电力系统安全稳定且经济运行，小型机组应当被允许和鼓励参与电力市场与灵活性市场。

同时，能源监管机构（Ofgem）在通过RIIO调控电价及各电力系统利益相关方的利益分配时面临风电项目进度、疫情影响等巨大的不确定性外部环境。Ofgem批准了多项“保底”资金，并预备多项“不确定性”资金，同时各利益相关方都对将更多资金用于创新和研发表示欢迎。尽管可能不存在完美的解决方案，但加大灵活性资源的投资力度具有广泛共识。同时，能源政策的前瞻性和连续性必须得到重视，建议采用“实事求是”（pragmatism）与“边干边学”（learning-by-doing）的模式。

4.4 社会科学

成功的转型离不开全社会的共同参与，同时转型的成功必须做好全民需求、社会发展、能源公平三者的权衡与协同。英国政府努力营造多种多样途径保障公民在能源转型中的参与度，主要包括以下4个方面：

1）鼓励发展以社区为单位的本地能源系统，通过参与零售市场的竞争，促进零碳转型成本更加合理地摊派至各利益相关方，居民和工商业用户公平地均摊转型成本。

2）普及智能家居与智能住宅能源管理系统，通过住宅能效提升以及智能家居普及的补贴计划，创造机会为居民降低能源费用并减排。

3）促进用能行为的积极改变，特别是当仅仅依靠调低电价不能有效改变用户行为时。Ofgem于2017年开始试行OPT-IN Switching Trials，研究发现通过社交媒体宣传及加强与用户的沟通，可有效促进用户积极地改变用能行为。同时，Ofgem联合专业机构在先进智能电表推广方面开展大量社会满意度的调研［14］。

4）加大保障转型公平的支持力度，通过开展能源 企 业 义 务（energy company obligation，ECO）计划，加强住宅采暖补贴（warm home discount，WHD）计划与绿色住宅（green homes grant）计划的实施力度。

5 经验与启示

当前英国电力系统转型在减排量、安全性和经济性方面均取得显著成效。据CarbonBrief最新报道，2020年英国年度温室气体排放创纪录地下降了11%（疫情也是一个重要因素），全英温室气体排放水平已降至1990年的51%，完成2050年净零排放目标的一半［38］。同时，其工商业及居民平均售电价格约为0.175英镑/（kW·h），在欧洲属于平均水平，略低于欧盟15国的中位数［39］。从系统平均中断频率指数（SAIFI）与系统平均中断持续时间指数（SAIDI）来看，英国电力系统的可靠性在欧洲居于前列［40］。

尽管如此，2019年8月9日英格兰与威尔士地区由于燃气机组与海上风电机组连续跳机引发大规模的停电事故，暴露出一直以来备受关注的问题，即高比例可再生能源电力系统的惯性下降及其导致的系统整体可靠性的降低。Ofgem针对该事件的官方评估报告给出提升系统韧性的建议包括：①评估ESO应对突发事件的预案并加强发电机组的可靠性检测；②评估并提升分布式发电对DNO和ESO的价值；③评估并更新负荷切除预案［41］。

总体而言，上述转型进展得益于英国电力系统采用全系统集成创新的总体战略，通过政策、市场、技术与社会等多维融合，形成有导向、有计划、有方法的行动方案。

5.1 注重系统集成

英国电力系统采取包括3个层面在内的系统集成战略。

1）多能源系统集成。传统电力系统建设以发-输-配-用的纵向延伸为主；而能源安全、环保低碳和科技进步的因素使得能源电力的供需模式逐渐发生变革。构建未来以电为主、多能融合、互补利用的综合能源系统，实现各能源优化配置和高效低碳利用，在未来能源格局中抢占先机，已成为包括英国在内的主要发达国家的战略共识［42］。英国政府一方面大力推进海上风电建设，另一方面通过积极推进终端电力与交通、供热耦合，挖掘多能源集成系统中的灵活性资源。

中国正处于能源转型的关键阶段，构建电力、燃气、石油、煤炭与新能源等多种能源系统之间协调互济的综合能源系统可打通不同能源子系统间的技术、市场以及体制壁垒；通过形成“多进多出”的能源体系，有助于降低对单一能源的依赖度从而提升能源安全性；通过多个能源子系统间的协调与多能相互转换，有助于破解新能源消纳的难题；通过跨领域交叉的协同创新，有助于突破能源科技创新的瓶颈；最终有效推动能源生产和消费的战略转型。

2）本地能源与广域互联相协调。在没有一种“灵丹妙药”能完全解决“能源三难”困境的情况下，结合“大互联”和“本地化”的全系统方法将是应对未来全球能源挑战的必由之路［43］。二者相辅相成，在广域层面通过跨区域甚至跨国的电力互联，因地制宜地发挥西部、北部地区新能源资源富集的优势，持续建设清洁能源基地并提升新能源消纳和跨区输送能力，改善可再生能源在空间上分布不均造成的问题。同时，在大能源系统框架下可借鉴英国强化本地能源的理念，通过大力支持本地聚集商发展、降低用户参与辅助服务市场（如频率响应市场）的容量准入门槛、促进用户从传统用能者转型为产消者（prosumer）等措施，增强用户侧的转型参与度，同时开发具有自我管理能力的本地能源管理单元，在实现本地电力平衡的同时支撑大电力系统的零碳转型。

3）物理系统与数字系统耦合。英国电力系统将数字化与智能化作为重要发展方向，通过大力推广智能电表力图实现全民能源数据的获取与管理，并取得可喜进展。中国电力系统数字化发展方兴未艾，如何将电力系统的数字化与智能交通、智慧家庭、智慧园区，以及智慧城市、智慧农村等多方协同从而创造效益有待进一步探索［44］。目前，通过将电力系统数字化与数字新基建相呼应，开展多站合一、共享杆塔、多表合一及智慧路灯等新模式、新业态的探索均是有益尝试。与此同时，实现数字化要求打破能源系统中各要素之间的行业壁垒，迫切需要政府各部门的协调和推动。

5.2 配电网是电力系统零碳转型的关键环节之一

配电网是未来能源网络建设的核心环节之一，零碳转型对配电网提出了3个方面的新要求：①结构模式方面，电力系统从电能单向流动逐渐转变为双向互动，大量分布式电源与新型负荷的接入对配电网的承载能力和灵活性提出新要求；②智能发展方面，配电网端终端采集与状态感知能力的实时性和安全性不足，难以适应未来智慧能源网络、智慧城市等工作的推进；③市场机制方面，英国电力系统致力于探索从DNO向DSO的角色转变，在电力双向互动的新结构中强化未来开展新业务、提供新服务的能力。为满足上述新要求，英国预计投资3亿英镑用于升级配电网［45］。

中国输电网技术被业内认为是世界领先的，长期以来中国投资都存在“重输轻配”的现象［46］，导致配电网信息化、智能化水平相对较低，市场过于封闭，适应新业务模式的能力有待加强，亟须进一步提升配电网数字化、智能化水平，引领多能耦合新模式、培育新业态、创造新价值，从服务模式、功能技术、市场政策等多维度上推动配电网的转型升级。2015年以来，党中央、国务院对配电网建设改造工作做出了部署，在2015—2020年间配电网建设改造投资将不低于2万亿元。2020年配电变压器信息采集覆盖率达到100%，智能电表覆盖率达到95%［47］。

5.3 政策与市场积极引导

英国电力与能源系统转型的成功离不开政策与市场的积极引导。2019年3月发布的“海上风电产业战略规划”提出在2030年前实现海上风电装机容量30 GW，为英国提供30%以上的电力。通过制定目标清晰且计划明确的政策，从而保障英国在未来的国际海上风电创新中保持竞争力和领导地位。同时，英国政府将继续采用RIIO模式监管电网企业的收益，并确保其提供高效的能源服务。该模式通过定价机制的动态调整，对电网企业当前及未来投资的总体策略进行有计划的引导和调整。2013年生效的RIIO-1于2021年3月到期，目前已完成新一轮RIIO-2的部分定价策略的商议与制定［48］。总体上，英国电力系统通过政策积极引导，以确保容量市场的快速调整与辅助服务市场的迅速发展，促进DNO向DSO转型及其定位、新商业模式与市场机制的及时更新。

英国始终致力于电力市场的改革升级，中国可根据自身需求，通过创新来开发适合自己的改革发展模式，为推进能源转型，国家能源局发布《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》并承认了能源的商品属性，提出破除投资主体所有制限制、突出竞争与监管并重等开放性理念，更加坚定了能源市场化方向［49］。一方面通过建立市场化机制，使用价格信号可有序引导电力系统向清洁零碳稳步发展［50］；另一方面还需加大研发力度，通过技术创新手段降低成本，利用新技术保障电力系统安全稳定运行，实现有序推进能源转型。

5.4 以人为本与创新驱动

零碳转型需要全社会的共同参与，英国政府从以人为本的角度出发开展了大量工作。在转型过程中不仅致力于提供排放和成本更低的能源服务，同时兼顾转型成本分摊的公平性、发展的不平衡性等，创造更多的绿色能源就业岗位。

英国一直以来都十分注重电力与能源领域的创新，以确保其在气候变化与电力能源方面的领先地位。在工业界，英国由Ofgem制定创新规则，通过RIIO将能源企业收益的一定比例作为创新资金，鼓励竞争与创新。在学术界，英国采用跨部门-跨学科交叉的全系统研究战略（interdisciplinary whole systems research landscape），提 出“泛 能 源 系 统”（wider definition of energy system）的理念，内容覆盖能源技术、基础设施、组织架构、政策市场等多个方面，重点梳理能源系统各部门、各学科的重点研究领域，注重基础研究、应用研究与示范相结合，注重设备研发与模型数据研究相补充，构建全英能源研究网络，同时积极参与欧盟及全球合作创新［51］。通常，能源领域的创新并非一蹴而就，需要构建长效的创新机制和长时间的积累。因此，在创新政策方面，需要保持连贯性与全面性；在创新投入方面，需要保持充足性与连续性，从而促成全行业积极参与的创新环境。

6 结语

电力系统在能源零碳转型中发挥着至关重要的引领作用。英国政府在电力系统转型方面开展了大量先驱性工作。本文首先简要回顾了英国在气候变化、能源与温室气体排放方面的政策，同时分析了英国电力系统的现状与面临的挑战，进一步详细介绍了英国电力系统以创新为纽带、跨界联动的零碳转型总体战略，并从安全与韧性、架构与层次、政策与市场、社会科学4个层面梳理转型过程中的关键发展领域，最后从系统集成、配电网的作用、政策和市场引导、以人为本的创新驱动4个方面归纳英国电力系统转型的成果和经验，旨在对中国电力系统在制定“30·60目标”下转型路径时有所启示。

应当指出，中英两国在碳排放交易、系统集成、需求侧响应以及配电网运营等方面的转型发展思路上存在相似之处，同时两国的资源禀赋、资源总量、经济社会发展阶段、科技水平以及电力系统构架均有差异，有必要在未来研究中进一步就中英两国电力系统零碳转型发展趋势的异同点作对比探讨。