雙碳背景下新型電力系統特征分析研究

張云鶴

（鄂爾多斯市碳中和研究應用有限公司，內蒙古自治區 鄂爾多斯 017000）

0 引言

2021 年3 月15 日，習近平總書記主持召開中央財經委員會第九次會議，會議指出，“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期。要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統[1]。

新型電力系統指的是以新能源為供給主體，以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經濟社會發展電力需求為首要目標，以堅強智能電網為樞紐平臺，以源網荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統[2]。

而蒙西電網是全國唯一一家隸屬于地方政府管理的省級電網公司，屬于典型的以生產為主的輸出型電網，既有其特殊性，又具有代表性，一直以來是全國電力改革的先行示范區[3]。下面，將對新型電力系統特征，結合蒙西電網實際情況進行詳細展開。

1 新型電力系統特征

1.1 清潔低碳

清潔能源原意是對環境友好的能源，指環保、排放少、污染程度小。然而，這個概念并不十分準確，容易導致人們將其誤解為對能源進行分類，認為能源可以分為清潔和不清潔兩類，從而誤解清潔能源的本意[4]。目前，清潔能源新概念是與低碳相結合的，主要指對能源清潔、高效、系統化應用的技術體系，強調的是污染小、轉換率高、系統化規?；瘧玫?。目前，低碳清潔能源重點關注在可再生能源方面，是指原材料可以再生的能源，如水力發電、風力發電、太陽能、生物能、地熱能等，也就逐漸延伸出現在常常被提起的新能源概念。

內蒙古自治區第十一次黨代會上提出：“在全國率先建成以新能源為主體的能源供給體系，率先構建以新能源為主體的新型電力系統，到2025 年新能源裝機規模超過火電裝機規模，2030 年新能源發電總量超過火電發電總量?！睘閷崿F國家雙碳目標，“十四五”“十五五”期間，新能源必將迎來飛躍式的發展，大幅替代傳統能源。從內蒙古自治區能源局統計數據來看，截止2023 年4 月底，全區累計新能源并網裝機規模達6713 萬千瓦，占總裝機容量的37.5%，這一比例較去年同期增加了2.4 個百分點，新能源替代比例不斷上升[5]。

1.2 安全可控

原本以火電為主體的能源系統已在多年發展磨合中，與電網有機結合，各種調節措施相對成熟穩定。但當新能源大規模代替傳統能源情況下，安全可控便成為一個重要問題。

新能源目前主要成熟的是風、光轉化電力。風力變化快、不穩定、有明顯季節特征，光伏出力受日出日落自然規律約束，并會被陰天、沙塵暴等情況大幅影響。依據國務院《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，到2030 年，非化石能源消費比重達到25%左右；到2060 年，非化石能源消費比重達到80%以上。這對傳統電網是顛覆性的，原本電網結構已不能適應如此大規模的新能源接入，并且在新能源受自然規律和突發情況干擾的情況下，調節能力是不足的，這也是直接觸發新型電力系統改革的原因。

結合2021 年全國多地爆發的缺電限電情況來看，蒙西電網受到的沖擊也非常嚴重，以當年7 月形勢最為嚴峻，10 余次達到紅色等級有序用電預警，超過一半的天數都需要進行有序用電，大范圍工業用戶用電受影響，甚至有些負荷需要連續被限制超過10h。究其原因一方面是煤價的居高不下，煤電發電意愿下降嚴重；另一方面就是因為新能源在蒙西電網中的裝機比例越來越大，而可調用儲能規模有限。當小風季來臨，缺電的不可控因素就愈加嚴重。

1.3 靈活高效

當電力系統以新能源為主體，為應對其不穩定性，電力系統也必須向靈活高效方向邁進。其主要體現在調度側、用戶側、電網側3 個方面。

1.3.1 調度側

新型電力系統以提升用戶服務為重要目標，符合國家對電力市場化運營的要求，電網公司也將從電網管理職能逐漸轉化為服務職能，電力調度也將更多向經濟調度方向轉型。一是電力交易市場可以依據相關政策對用戶的分類，分配其所用電能比例，通過電力市場，對國家重點扶持行業和控制行業的電價進行明顯區分，通過價格手段和綠電有限配比等措施調節用戶生產意愿；二是電力調度側未來將更加重視發電與負荷就地消納，小負荷小用戶通過配電網中分布式風電、光伏等新能源供電，這需要從負荷分配和分布式新能源并網規劃上進行精心布局，減輕主網系統壓力；三是原來的電力調度有著明顯計劃性經濟的性質，在面對煤炭價格大幅波動，火電廠發電意愿嚴重下降的情況時，調度能力明顯不足，限電情況時有發生，電網也經常處于邊緣平衡狀態，承受擾動能力嚴重下降。這就是計劃性的調度遇見市場化的煤炭價格產生的結果。

2021 年7 月底，國家發改委為應對全國大規模缺電情況，出臺《關于進一步完善分時電價機制的通知》，允許用戶電價根據市場和供應關系進行調整，這是電力改革重要的一步。根據該政策要求，目前蒙西電網對大用戶實施峰谷電價。例如小風季期間，低谷電價為平價的0.49 倍，而高峰電價為1.48 倍，晚高峰期間（18:00 ～20:00）要執行尖峰電價，即在高峰電價基礎上再上浮20%。電價措施有效地讓用戶主動參與調峰，以鄂爾多斯市為例，晚高峰主動錯避峰負荷平均約25 萬千瓦，最高達70 萬千瓦，對應地區最大負荷580 萬千瓦來看，主動錯避峰降幅最高達12%，對尖峰時段調峰作用非?？捎^。

1.3.2 用戶側

隨著新能源大規模并入電力供應體系，電力的穩定性面臨更大的挑戰。為了應對這一情況，需要在用戶側增加發電和儲能的手段，以確保電力供應的平穩性。同時，引入靈活的用戶負荷調整，使用戶能夠根據電網電力供應的實際情況進行相應的調整，這變得非常必要。在新型電力系統的“源網荷儲”概念中，電力供應側、電力網絡、用戶負荷以及儲能系統相互融合，形成一種協同互補的格局。在這種格局下，負荷側也將經歷重要的改革。傳統上，負荷側僅僅是電力接收的終端，而如今，它將逐步演變為能夠參與電力調節的關鍵角色。這種新形態的負荷側不再是被動的受端，而是具備一定調節能力的參與者。用戶可以根據電力供應的波動情況，靈活地調整用電行為，以平衡電力網絡的負荷。通過智能技術，用戶負荷能夠更加精準地響應電力供應的變化，從而有效地緩解電力不穩定性的問題。

1.3.3 電網側

按照電網功能劃分，一般分為主網、配網。主網指66kV 及以上，配網指35kV 及以下。配網顧名思義，指分配電能作用的網絡。傳統電網中，配網系統中很少接入電廠、光伏、風電等，配網一般只是純粹的給負荷送電。但在未來規劃中，越來越重視負荷的重要性，電網末端負荷的電能質量需要得到保障。當末端有電源接入時，其電能質量將得到大幅提升，并且新型電力系統主打電力交易，屆時大多數電力交易在配電網中就完成了。主網架結構只是用于保電網頻率、分配較大用戶，及在較大電廠之間潮流、事故情況下提供支援等作用。

1.4 智能友好

智能友好主要指提高電網平衡能力的核心問題，主要涉及以下3 點：

1.4.1 提高新能源發電的可預測性

新能源發電的出力非常不穩定，但是通過精確的天氣預測和智能運算，是具備實現精確的短期和超短期出力預測和較為準確的5 天內中期預測條件的。目前國內因地域廣、自然生態環境復雜等原因，該預測精準度尚有很大進步空間，還需進一步發展，通過更精準的預測，使供電側備用需求降低，控制發電成本；使用電側提前得知未來電力缺口，做好準備或降負荷措施，減少因臨時減供負荷造成的生產損失。從蒙西電網來看，具備小時級和5 天中期級別新能源出力預測能力，調度系統會根據小時級預測情況，提前進行有序用電預指令下達，做好負荷儲備，以便快速響應。同時，調度系統會每5 天下發一次電力供需形勢預報，省地縣三級電力調度機構聯動，提前通知好可能參加有序用電的用戶，做到信息公開，讓用戶有所準備。

1.4.2 提高新能源發電的穩定性

在新能源發電領域，依賴單一性質的發電方式往往難以維持穩定的能源供應。為了解決這一挑戰，常常采取風光互補的策略，以實現能源輸出的相對平衡。這意味著風能和太陽能等不同的發電方式相互補充，以便在不同條件下維持持續的電力生產。然而，要實現這種互補，就需要建立合適的協調和管理機制，以確保在各種環境條件下都能獲得可靠的能源供應。此外，為了應對能源供需的高峰和低谷，大規模的儲能設備也變得至關重要。這些儲能系統可以在能源供應充足時存儲多余的能量，并在需求增加時釋放出來，從而平衡電網負荷。這種調節功能不僅能夠提高能源系統的穩定性，還能夠應對突發情況，如能源需求劇增或發電波動，這也將激發推動新型儲能的進一步發展。面對能源轉型的迫切需求，儲能技術正不斷創新和演進，以適應日益復雜的能源供應格局，新型儲能系統不僅可以在電力領域發揮關鍵作用，還可以促進可再生能源的更廣泛應用，加速能源可持續發展的步伐。

1.4.3 增強發電的可調可控性

在應對能源系統的演變和挑戰時，面臨著兩個重要方面的工作。一方面，需要對傳統的火電機組進行深入的調整和改造，使其具備適應更大幅度調峰范圍的能力。這不僅為新能源的快速發展創造了更寬廣的施展空間，同時也有助于提升整個能源系統的適應性和穩定性。通過對火電機組的升級，可以更靈活地調整發電產能，以滿足能源供需的波動，從而更好地支持可持續發展的目標；另一方面，采用更先進的能量管理系統技術，可以更好地協調新能源與傳統能源的耦合關系。這樣的技術能夠有效整合不同能源來源，使其在電力生產和分配中實現更高效的協同作用。通過精確的預測、監控和調度，可以更好地平衡電力系統的供求關系，減少波動性，從而提升整個能源系統的可靠性和穩定性，這一舉措旨在確保電網能夠在面對各種挑戰和變化時保持安全運行。

1.5 開放互動

從信息角度講：在物聯網時代，一個顯著的特征在于機器社交，而就能源網的最終演變而言，它的終極形態必然是用能設備之間互聯互通和機器社交。新型電力系統，將是以電力網為基礎，賦予物聯網、政務網等新概念，進一步增添了附加價值。這種融合為電力網賦予了更重要的角色和更高的利用率，使其成為一個綜合性的平臺。

從角色定位講：電網公司將逐漸從電力管理者的角色向服務商、資源整合商的角色演變，電力系統中各個參與方之間的關系是開放互通、交流互動的。這一特征旨在促進能源領域的創新和發展，使不同的參與者能夠更緊密地協同工作，共同推動能源系統的優化和智能化。

具體特征主要表現在以下4 個方面：

1.5.1 數據共享和交流

在新型電力系統中，各種能源設備、智能電表、傳感器等都可以通過互聯網和通信技術進行數據的共享和交流，這使各個環節的數據都能夠被準確地采集、傳遞和分析，從而更好地了解能源系統的運行狀況和需求。

1.5.2 多方參與

“開放互動”鼓勵不同的參與者加入電力系統，包括能源供應商、能源消費者、能源交易平臺、技術提供商等。這些參與者之間可以實現信息共享，合作開發新的能源解決方案，共同創造更加智能和高效的能源生態系統。

1.5.3 能源交易和市場

開放互動的特點還體現在能源交易市場的開放性。能源市場的參與者可以自由地交易能源，不僅限于傳統的能源供應商和消費者，還可以包括分布式能源生產者、儲能系統運營商等。這種開放的交易環境可以促進能源資源的更有效利用和分配。

1.5.4 創新和合作

開放互動鼓勵不同領域的創新和合作。能源系統中的各個參與者可以共同研發新的能源技術、智能控制系統以及能源管理方案，以提高能源效率，減少碳排放等。

總體來說，“開放互動”是新型電力系統中一個關鍵的特征，強調了各個參與方之間緊密合作、信息共享和資源交流的重要性。通過這種開放的互動，能源系統可以更加智能、靈活地應對不斷變化的能源需求和挑戰。

2 結束語

蒙西電網閆軍副總經理在全公司2022 年安全生產工作會提到：“隨著國家碳達峰碳中和路徑更加明確，新型電力系統建設亟待破題。鑒于蒙西電網新能源比例高、地區用電負荷大、源荷分布不平衡，缺乏大規模靈活性調峰資源等現狀，新能源出力隨機性、波動性、間歇性尤為突出?！?/p>

新能源飛速發展給電力系統構建帶來更多挑戰，正確認識新型電力系統，通過新型電力系統特征了解電力系統轉型的必然原因和未來方向，可以為能源行業和“雙碳”相關從業者提供更多參考，更清晰地感受國家能源轉型的路徑和脈絡。