構(gòu)建面向碳中和的新型電力系統(tǒng)：厘清挑戰(zhàn)，加速轉(zhuǎn)型

自2020年9月我國應對氣候變化“雙碳”目標宣布以來，有關政策指引不斷出臺。其中，最引人注目的是進一步將“雙碳”目標納入生態(tài)文明建設整體布局，構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，構(gòu)建以“新能源”為主體的新型電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是實現(xiàn)碳中和的關鍵領域。中國電力系統(tǒng)產(chǎn)生的碳排放占全部碳排放的40%左右，單位發(fā)電量二氧化碳排放約為577g/kWh。在制定全行業(yè)減排規(guī)劃時，電力系統(tǒng)將發(fā)揮舉足輕重的作用，并形成系統(tǒng)性帶動和輻射效應。因此，快速實現(xiàn)低碳化、提早邁入脫碳軌道、最終實現(xiàn)近零碳是中國電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的目標與要求。

在探索落實這一宏大愿景之前，有必要回顧電力系統(tǒng)的“初心”與“本色”，從其本質(zhì)特征再出發(fā)，才能夠切中挑戰(zhàn)、加速轉(zhuǎn)型、不負“使命”。

電力的第一個重要特性是供需必須實時平衡。相比其他商品的供需關系，電力的供需平衡關系體現(xiàn)出較為絕對的“實時性”，這一方面是由于電力的生產(chǎn)從物理性與經(jīng)濟性兩方面衡量，在很大程度上不能或不必存儲；另一方面，電力的需求也在隨時隨地變化和波動，這種供需關系特征決定了電力的生產(chǎn)在很大程度上須隨需而變、即產(chǎn)即消。當供應稀缺時，電力生產(chǎn)的邊際成本會急速攀升，甚至引發(fā)供需失衡。

電力的第二個重要特性是用戶的剛性需求。從經(jīng)濟學角度看電力需求彈性較差，這一特征會隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活質(zhì)量提高而更加顯著。從電力需求側(cè)看，兩大天然缺陷也使得電力需求趨于“剛性”。首先，需求側(cè)缺乏實時的計量與收費，電力用戶一般無法做到從價格角度進行自身的需求管理或控制，從行業(yè)角度看也無法依據(jù)電力消費的實時成本對消費行為進行引導或做出供需優(yōu)化。再者，電力用戶無需與電力供應方事先簽約即可消費電力，目前除了對階梯電價變化有提示之外，用電交易與其他交易不同，無合同上限、預期管理和總量控制，其“剛需”特征不僅在質(zhì)上表現(xiàn)明顯，在量上也會形成習慣和固有模式。

電力的第三個重要特性是電力網(wǎng)絡的“中介”作用。電網(wǎng)使得電力的大規(guī)模、大范圍應用成為可能，而在集中式、大規(guī)模電網(wǎng)輸電模式下，物理學定律決定了電力供與需無法實現(xiàn)一對一匹配。電網(wǎng)的效率也會與電力生產(chǎn)能力和電力需求的匹配度形成正比，在電網(wǎng)重載甚至阻塞的情況下，電力需求與電力生產(chǎn)之間會形成較大的信號遲滯。

在以可再生能源為主的新型電力系統(tǒng)構(gòu)架下，可再生能源比重將不斷提高，電力系統(tǒng)的上述特征將更為突出。簡言之，非水可再生能源輸出的波動性加劇了供需實時平衡的沖突，而綠色電力的供應曲線與電力需求曲線往往形成更高程度的失配。

作為對國計民生有重大影響的基本商品，毫無疑問，電力系統(tǒng)的“初心”是向社會提供可靠、經(jīng)濟、充分的電力。盡管有數(shù)字化、智能化和新型能源及技術突破等現(xiàn)代工業(yè)結(jié)構(gòu)給電力轉(zhuǎn)型帶來的新思路、新機遇，上述電力的“本色”決定了電力系統(tǒng)脫碳進程中有幾個值得重視的疊加效應帶來的挑戰(zhàn)。

一是剛性需求與負荷高速增長疊加。盡管全球眾多經(jīng)濟體宣布了碳中和目標，全球電力需求仍呈上升趨勢，到2050年需求量將翻番。我國經(jīng)濟仍處于較高速發(fā)展時期，預計到2030年，電力需求約達到11萬億千瓦時，年均增長率約4%。這一較高增長速度使得電力需求的剛性特征更為突出，需要持續(xù)不斷擴大的電力生產(chǎn)能力才能滿足電力的需求，而在電力脫碳的前景和要求之下，負荷的增長需要可再生能源以更快、更大規(guī)模的開發(fā)來滿足。目前，我國提出到2030年風電和太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上，這個目標需要以更有力的行動提高上限，而2/3以上電力增量需由可再生能源承擔。

二是可再生能源大規(guī)模開發(fā)對電力系統(tǒng)靈活性能力提出更高要求。傳統(tǒng)上，電力系統(tǒng)的靈活性需求來自實時平衡負荷的變化與波動，而非水可再生能源輸出具有強烈的波動性，在電力脫碳場景下，電力系統(tǒng)必須面對實時平衡負荷加大規(guī)模可再生能源造成的雙重波動性。這種靈活性需求帶來的挑戰(zhàn)一方面會體現(xiàn)在對高效的、市場化的儲能技術的依賴，另一方面，能源轉(zhuǎn)型要求煤電大規(guī)模退出，化石能源無法或不適合全面承擔靈活性需求響應的任務，對其他需求響應手段提出緊迫要求。

三是更大規(guī)模、更長距離穩(wěn)定輸送的物理挑戰(zhàn)與大規(guī)模消納所需機制更新，使得電力系統(tǒng)“硬件”和“軟件”必須同時升級。眾所周知，我國可再生能源的資源分布與電力消納負荷中心在地理上逆向分布，西北及西南地區(qū)可再生能源資源豐富，東南沿海及中部地區(qū)則是電力負荷高度聚集的中心區(qū)域。根據(jù)北京電力交易中心的數(shù)據(jù)，今年6月，在284億千瓦時的交易規(guī)模中，包括水電在內(nèi)的清潔能源共計138億千瓦時，占比達49%，其中絕大多部分屬于跨省調(diào)度。未來，預期仍需更大規(guī)模的輸電能力，更靈活、可靠的輸電技術，更大范圍跨省區(qū)域輸送，以及更靈活的電網(wǎng)資源調(diào)度能力。

與此同時，長期實施的傳統(tǒng)發(fā)電的保障性收購無益于電力脫碳的推進，在非市場環(huán)境下，可再生能源難以體現(xiàn)其邊際成本的優(yōu)勢。當缺乏市場價格信號時，電力的生產(chǎn)和輸送很難與消納側(cè)精確響應和對接，以實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，這也是未來電力市場的繼續(xù)深化改革的方向與重任。

在“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的全新理念框架下，我國電力系統(tǒng)已經(jīng)開啟了邁向電力脫碳的征程，不斷嘗試與開展政策試點和結(jié)合創(chuàng)新技術的商業(yè)模式探索。2020年年底，國務院發(fā)布《新時代的中國能源發(fā)展》白皮書，目前正在開展多個“互聯(lián)網(wǎng)+ ”智慧能源示范項目。國家電網(wǎng)風光儲輸一體化試點的先進技術實踐與探索，破解大規(guī)模能源集中并網(wǎng)、集成應用的難題，首創(chuàng)風光儲輸聯(lián)合發(fā)電技術路線。南方電網(wǎng)以特高壓柔性直流輸電技術支撐大規(guī)模能源集中開發(fā)與跨省區(qū)高效優(yōu)化配置。今年以來，為促進儲能技術的快速發(fā)展，應對大規(guī)?？稍偕茉撮_發(fā)對系統(tǒng)靈活性的挑戰(zhàn)，多個省份先后推出的“新能源+儲能”的發(fā)展政策與規(guī)定。近期，整縣（市，區(qū)）推進屋頂分布式光伏開發(fā)試點工作已經(jīng)開展，將促進分布式可再生能源的快速、大規(guī)模發(fā)展。

盡管有著多元的嘗試與實踐，但對電力零碳發(fā)展面臨挑戰(zhàn)的應對策略，對以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的詮釋，以及對中國未來電力系統(tǒng)發(fā)展的態(tài)勢，尚缺乏全行業(yè)、全方位、多層次、多緯度的深刻共識。因此，在此中國電力系統(tǒng)發(fā)展的歷史性時刻，亟需匯聚電力行業(yè)的決策精英、頂級專家與學者共同探索未來新型電力系統(tǒng)理念，洞察中國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關鍵要素，促進以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)較佳實踐，共同規(guī)劃中國電力脫碳路線圖，加速零碳電力系統(tǒng)愿景的落地。

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