3.靈活高效，發(fā)電側(cè)、負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，電網(wǎng)側(cè)資源配置能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)各類能源互通互濟(jì)、靈活轉(zhuǎn)換，提升整體效率。
4.智能友好，高度數(shù)字化、智慧化、網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量分散發(fā)供用對(duì)象的智能協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各要素友好協(xié)同。
5.開放互動(dòng)，適應(yīng)各類新技術(shù)、新設(shè)備以及多元負(fù)荷大規(guī)模接入，與電力市場緊密融合，各類市場主體廣泛參與、充分競爭、主動(dòng)響應(yīng)、雙向互動(dòng)。
新型電力系統(tǒng)帶來的新變化
1.電源結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。主要體現(xiàn)在電源結(jié)構(gòu)由可控連續(xù)出力的煤電裝機(jī)占主導(dǎo)，向強(qiáng)不確定性、弱可控出力的新能源發(fā)電裝機(jī)占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。
2.負(fù)荷特性發(fā)生變化。主要體現(xiàn)在基本負(fù)荷體量大，尖峰負(fù)荷增幅大，隨機(jī)負(fù)荷波動(dòng)大；源-荷角色轉(zhuǎn)換呈現(xiàn)隨機(jī)性；負(fù)荷特性由傳統(tǒng)的剛性、純消費(fèi)型，向柔性、生產(chǎn)與消費(fèi)兼具型轉(zhuǎn)變。
3.電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生變化。主要體現(xiàn)在電網(wǎng)形態(tài)由單向逐級(jí)輸配電為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)，向包括交直流混聯(lián)大電網(wǎng)、直流電網(wǎng)、微電網(wǎng)和可調(diào)節(jié)負(fù)荷的能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。一是大電網(wǎng)仍將發(fā)揮重要作用，承擔(dān)電能的大容量、遠(yuǎn)距離輸送任務(wù)。二是配電網(wǎng)將接入源荷儲(chǔ)等元素，發(fā)揮能源綜合承載與互動(dòng)作用。三是微電網(wǎng)將與多類能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，發(fā)揮終端用能交互與自治協(xié)調(diào)的作用 。
4.運(yùn)行特性發(fā)生變化。主要體現(xiàn)在從以充裕度確保發(fā)電與用電平衡的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)電從優(yōu)、用電可調(diào)、發(fā)用聯(lián)動(dòng)”的運(yùn)行方式。一是由源隨荷動(dòng)的實(shí)時(shí)平衡模式、大電網(wǎng)一體化控制模式，向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)的非完全實(shí)時(shí)平衡模式轉(zhuǎn)變。二是儲(chǔ)能將從以抽蓄集中式接入電網(wǎng)為主過渡到以抽蓄和電化學(xué)儲(chǔ)能為主，多類型儲(chǔ)能協(xié)調(diào)發(fā)展，通過集中式與分布式接入廣泛應(yīng)用于發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)。三是由于風(fēng)光等新能源發(fā)電全部來源于氣候資源，系統(tǒng)運(yùn)行將高度依賴于氣象條件，氣象條件影響范圍涵蓋發(fā)電、輸電、用電全環(huán)節(jié)。
5.技術(shù)基礎(chǔ)發(fā)生變化。一是體現(xiàn)在物理電力系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)由同步發(fā)電機(jī)為主導(dǎo)的機(jī)械電磁系統(tǒng)，向由電力電子設(shè)備和同步機(jī)共同主導(dǎo)的混合系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。二是體現(xiàn)在物理電力系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)由同步發(fā)電機(jī)為主導(dǎo)的機(jī)械電磁系統(tǒng)，向由電力電子設(shè)備和同步機(jī)共同主導(dǎo)的混合系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。
03 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的路徑
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，總的發(fā)展路徑是：進(jìn)行電網(wǎng)架構(gòu)的重構(gòu)，要素的布局和配置，理論和技術(shù)的突破，數(shù)字的深度賦能，機(jī)制與模式的創(chuàng)新，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，形成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。在建設(shè)進(jìn)程上，與國家實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要時(shí)間節(jié)點(diǎn)是基本同步的，具體可大致劃分為兩個(gè)階段。
建設(shè)期
具體特征表現(xiàn)為：新能源裝機(jī)逐步成為第一大電源，常規(guī)電源逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)性和保障性電源。電力系統(tǒng)總體維持較高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和交流同步運(yùn)行特點(diǎn)，交流與直流、大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。系統(tǒng)儲(chǔ)能、需求響應(yīng)等規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)電機(jī)組出力和用電負(fù)荷初步實(shí)現(xiàn)解耦。
主要解決的問題：要實(shí)現(xiàn)達(dá)峰時(shí)的新能源裝機(jī)容量達(dá)到一定的規(guī)模，為達(dá)峰后的新能源向主體發(fā)展奠定基礎(chǔ)，保證達(dá)后不返；開展新能源為主體的新型電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建，探索新型電力系統(tǒng)的路徑并向其演進(jìn)。
成熟期
具體特征表現(xiàn)為：新能源逐步成為電力電量供應(yīng)主體，火電通過CCUS技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)凈零排放，成為長周期調(diào)節(jié)電源。分布式電源、微電網(wǎng)、交直流組網(wǎng)與大電網(wǎng)融合發(fā)展。系統(tǒng)儲(chǔ)能全面應(yīng)用、負(fù)荷全面深入?yún)⑴c調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)組出力和用電負(fù)荷逐步實(shí)現(xiàn)全面解耦。
主要解決的問題：該階段是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的主導(dǎo)發(fā)展期，重點(diǎn)需要通過技術(shù)手段解決新能源出力比例和消納利用受限的問題，解決全社會(huì)深度脫碳的電能增長的承載問題，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)形態(tài)的革命性轉(zhuǎn)變。
04 電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的難點(diǎn)及建議
面臨難點(diǎn)
電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，根本途徑是建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。現(xiàn)階段主要在電力穩(wěn)定供應(yīng)、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、新技術(shù)成熟度不足以及政策機(jī)制不配套等方面面臨重大挑戰(zhàn)，這也是目前電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的最大難點(diǎn)。
1.電力供應(yīng)安全方面面臨挑戰(zhàn)。
一是體現(xiàn)在新能源最小出力處于較低水平，對(duì)電力平衡支撐能力不足。部分地區(qū)高溫寒潮等極端氣候發(fā)生過程中電力供應(yīng)需求顯著增加，保障電力供應(yīng)難度大。以東北電網(wǎng)為例，2021年7月28日，受副熱帶高壓位置偏北影響，東北地區(qū)天氣連續(xù)多日高溫，東北全網(wǎng)用電負(fù)荷最高達(dá)到7058萬千瓦，同比增長8.2%；而風(fēng)力發(fā)電創(chuàng)歷史新低3.4萬千瓦，不足風(fēng)電裝機(jī)容量的0.1%，新能源難以支撐電網(wǎng)的電力需求。
二是體現(xiàn)在現(xiàn)有火電等常規(guī)裝機(jī)規(guī)模不足以保證未來電力供應(yīng)需求。2030年如維持現(xiàn)有火電裝機(jī)規(guī)模不變，則火電裝機(jī)容量缺額達(dá)1.54億千瓦，難以有效保障電力供應(yīng)。
2. 高比例新能源消納難以維持。
一是體現(xiàn)在新能源電量滲透率與利用率之間相互制約，高比例的新能源電量占比必然造成利用率的下降。亟待推動(dòng)新能源消納模式從追求新能源利用率到提高新能源發(fā)電量占比的轉(zhuǎn)變。經(jīng)測算，2030年，以新能源發(fā)電量最大為目標(biāo)布局新能源，可提升新能源電量占比1.75個(gè)百分點(diǎn)，但新能源利用率降低1.87個(gè)百分點(diǎn)。
二是體現(xiàn)在系統(tǒng)調(diào)峰能力存在缺額，不足以支撐高比例新能源消納。2030年，若保證新能源100%全額消納，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)的調(diào)峰能力缺額為3.98億千瓦；若保證新能源利用率95%，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)的調(diào)峰能力缺額為1.96億千瓦。
三是體現(xiàn)在跨區(qū)直流運(yùn)行方式靈活性欠缺，新能源跨區(qū)消納難度大。2030年，送/受端電網(wǎng)新能源利用率分別由當(dāng)前的98% / 100%降至85% / 95%左右，在送/受端電網(wǎng)新能源同時(shí)受限消納形勢下，電網(wǎng)跨區(qū)互濟(jì)作用凸顯，需采取市場政策、技術(shù)創(chuàng)新等多種方式提升跨區(qū)直流運(yùn)行靈活性。
3.電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨重大挑戰(zhàn)。
一是體現(xiàn)在新能源發(fā)展駛?cè)肟燔嚨馈⒖鐓^(qū)直流送電需求旺盛，電力系統(tǒng)向“雙高”（高比例新能源、高比例電力電子）轉(zhuǎn)型成為必然趨勢，系統(tǒng)特性復(fù)雜，頻率、電壓、功角等安全穩(wěn)定問題仍將存在。以英國8.9 大停電為例，事故前英國電力系統(tǒng)呈現(xiàn)高比例新能源狀態(tài)，一臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)組停機(jī)造成大面積新能源脫網(wǎng)，引發(fā)連鎖故障，停電范圍波及100萬人。
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本文標(biāo)題：如何構(gòu)建符合“雙碳”目標(biāo)的新型電力系統(tǒng)？
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