新型电力系统助力实现“双碳”目标的路径研究

新型电力系统助力实现“双碳”目标的路径研究摘要：“碳达峰、碳中和”是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，大力发展风光等非化石类新能源改善能源供给结构，加快构建新型电力系统提升消纳新能源是实现这一目标的关键。本文研究分析建设现代能源体系带来的变化和机遇，指出“双碳”目标下新型电力系统的建设方向和实现路径，以及如何有效推进能源结构调整，促进能源高效利用。关键词：碳达峰；碳中和；新能源；新型电力系统；路径前言“碳达峰、碳中和”目标是生态文明建设的必然要求，是推动区域城乡能源协调发展的重要途径，是推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求的重大战略决策。在清洁低碳化能耗的过程中，电能在能源系统中占据主导地位。以煤炭等化石能源为主的能源消费结构特点是由我国能源资源丰富的体现，也为“碳达峰、碳中和”目标实现带来很大挑战，大力发展新能源势在必行。以新能源为主题的新电力系统建设是能源和电力转型的必然要求，这是实现“碳达峰、碳中和”的重要途径。能源电力部门拥有密集的技术资本，对路线的依赖程度很高，技术路线的试错成本极高。构建以新能源为主体的新型电力系统是一项复杂的系统工程，应通过综合分析电力生产结构变化的变化和挑战的线索，研究电力通过低碳转型的过程、形态、技术等重要问题，技术、方向等是形成广泛共识的关键。1现代能源体系建设带来的变化和机遇能源系统达到“碳达峰、碳中和”目标的过程伴随着传统能源系统向以新能源为主体的新型能源系统的转型升级，相关物质基础和技术基础不断发生深刻变化，加快建设现代能源体系将带来产业发展变化和机遇，风光新能源规模快速增长，将带来新能源产业、新型储能产业的发展机遇；能源智能化带来云大物移新技术与能源产业融合发展等。一是二次能源特性的变化。电力系统的一次能源主体从可储存和运输的化石能源转移到与气象环境相关的不可储存或运输的风能和太阳能，一次能源供应具有高度的不确定性。二是电力布局和功能变化。根据中国风能和太阳能资源的分布情况，新的电力开发将在集中和分散的同时进行，电源的一般接入位置更偏远，离低压水平更深。未来，新能源作为主电源，不仅是主要的电力供应商，而且还将具有相当程度的主动支持、故障调节和穿越等“电网建设”能力，对常规送料功能进行逐步调整和支撑。第三，网络的大小和形态变化。西部和北部地区的大型清洁能源基地的整体负荷中心输电模式在中东部地区保持不变。在不久的将来，电网的规模仍将扩大。电网的形态已经从交直流混合电网转变为微电网，柔性直接电网和其他形式并存。第四，荷载结构及其变化特征。能源消耗高度电气化，电力需求持续增长。配电网是活跃的，具有灵活的多能源转换，“产销者”广泛存在，负荷从单一用电转变为发电/用电一体化，调节支持能力得到提高。第五，电网平衡格局的变化。新能源系统在供需双方都面临重大不确定性。功率平衡模式从“源随负载变化”的发电/消耗平衡转变为更大时间尺度和更大储能空间的平衡，其中多能量转换参与缓冲。第六，能源系统技术基础的变化。网络电源连接技术从交流同步转移到电力电子，交流电力系统的同步运行机制由物理特性决定，并转化为人类控制算法；电力电子器件在微秒级引入开关过程，分析从机电瞬态到电磁瞬态的认知转换。2“双碳”目标下新型电力系统的建设方向当前，建设高效能源体系和新型电力系统只能选择科技改革创新的道路，随着能源和电力领域的全面发展，新能源被广泛应用于新的电力系统中。由于电力系统设备满足新技术和发展要求的需求面临着不断创新和进步的改革，以建立新的多位置电力系统和个性化系统，因此新的研究能源系统的建设方向是必要的，具体技术研究方向和方法如下：2.1大电网(骨干网架)建设我国能源生产和消费逆向分布特征明显，中东部地区能源消费量占全国比重超过70%，而重要能源基地主要分布在西部地区。新能源发展必须提高资源配置效率，促进区域协调发展。随着新能源应用于新型电力系统，实现新能源灵活可靠的比例、智能化和深层次调整。在大型能源基地周围提高区域间运输能力、调度和储存能源。从大电网建设的角度来看，重点是满足大型电力基地和负荷中心之间连接通道的需求，以及负荷中心区域内配电通道的容量。结合我国清洁能源资源配置因素，大功率基地支持调峰机组，实现稳定的对外运输效果，加上区域间运输能力，预计将加速下一代电网调度系统的广泛应用。2.2储能建设储能作为重要的调节资源，对于促进新能源高比例消纳、保障电力安全供应和提高电力系统运行效率具有重要作用。在新能源系统中，储能应用场景丰富且前景广阔。具体应用领域可分为三大类：发电侧、电网侧和用户侧，以及多种子场景：（1）发电侧：火力储能联合调节频率，输出功率稳定；新的发电、配电和储存，水平强度波动，改善消化等，通过协同优化运行提高新能源消纳水平。（2）电网侧：峰值设置、二次调频、冷备份、黑启动等，储能可以提高电力系统供电能力，延缓电力系统投资。（3）用户侧：峰谷套利，需量管理，动态扩容，用户主要分为家庭、工业、商业、市政等，实现与新型电力终端深度融合，形成产销一体的能源消费新格局，提高电力系统整体运行效率。（4）微电网：主要用于远离主电网、需要自建电网的无电和弱电地区。可再生能源和储能可以作为解决方案。新能源发展呈现集中式与分布式并举，新型电力系统的网架结构将向“主干网架+中小型电网及微型电网”柔性互联形态发展，将集中式和分布式储能相结合发展能有效提高储能效率。2.3配电网建设在“双碳”目标下，获得新能源的比例继续增加。预计集中和分配并存的格局将继续加强，需要从配电网络逐步过渡到供需互动的活跃网络。电力消耗形式的多样化和能源矩阵的清洁应加速配电网系统的复杂性和功能多样化，对安全、智能、效率、开放性和低碳含量的要求日益提高。3新能源为主体的新型电力系统的构建我国力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。我们必须提高对“双碳”目标的认识。实现这一目标的目的是解决温室效应和气候变化带来的威胁，以清洁和绿色的方式满足人类的能源需求，提升经济和社会的可持续发展能力，进而改善人类福祉。我们不仅要确保“双碳”目标如期实现，还要充分考虑实施路径上的成本效益比，统筹考虑转型发展与保持经济竞争力的关系，尽可能降低碳排放成本，实现高质量发展。以新能源为主体的新能源体系，包括：以新能源为主体的能源结构、数字化、高弹性的智能电网、多元化互动、综合能源服务和以电力为中心的系统等，通过高效、协调的电力市场有机统一，实现电力系统各环节紧密连接、稳定有序的动力，不断支持经济社会发展。3.1新能源为主体的电力供应加快推进资源富集地区的风电、光伏等新能源开发，积极推进西南水电基地剩余资源开发，从供需两侧发力积极推进储能、需求侧资源利用等建设，显著提升系统消纳新能源能力。坚持集中配电，大力推进风电、光伏发电规模。在市场开发、调度和协调发展的前提下，在“三北”地区建设以新能源为主体的清洁能源基地，实现新能源的集约高效发展。积极开发中部和东部地区的风能和太阳能资源，有序发展海上风能，加快东南沿海海上风电基地建设。积极推进水电、核能和天然气能源开发：以西南地区主要河流为重点，加快发展流域内具有较强调节作用的龙头电站，实施雅鲁藏布江下游水电开发。根据相关科研人员和大数据统计：全国2025、2030、2035年以新能源为主体的电力供应格局统计见表1。表12025、2030、2035年新能源电力供应格局统计表数全国新能源为主体的电力供应格局项目单位2025年2030年2035年水电发电装机容量亿kW3.94.44.8核电发电装机容量亿kW0.81.31.8风电发电装机容量亿kW468太阳能发电装机容量亿kW5915抽水蓄能装机容量亿kW0.81.21.5气电装机容量亿kW1.52.3533.2建设高弹性、数字化、智能化电力系统创建多聚合高弹性网络。适应高比例新能源、高比例电力电子设备的需求，推动系统各方面全面、智能化数字化，积极开展减碳、零碳、负碳等前瞻能源技术研发布局。建立跨网络协同、数字驱动、主动防御和智能决策的新一代监管体系。改善源网络中的多方向负荷存储交互、多能源互联，促进各种形式能源之间的最佳协调，提高能源设施的使用效率，并提高整体弹性。加强预测和警报系统，确保电力系统在极端事件中的恢复能力。继续实现煤电机组柔性化改造。煤电功能定位逐步由主电源向调节电源转变。要实施大型煤电机组柔性化改造，整个提升装置的灵活调整能力。加强规划导向，有序组织改造项目。应优先考虑30万千瓦和60万千瓦的亚临界机组，以实现灵活性改造。同时，有必要完善辅助服务的补偿机制，以确保燃煤发电机组的合理产量。大力加强储能系统。加快抽水蓄能电站建设。不仅要推进单机容量30万千瓦以上、电站容量数百万千瓦的抽水蓄能工程建设，还要因地制宜建设中小型抽水蓄能工程，并实现合适水电站抽水蓄能的改造。完善电动汽车参与系统监管激励机制，不断提高电动汽车与电力系统的互动水平。鼓励开发和应用各种电化学储能、物理储能。结语综上所述，在“碳达峰、碳中和”战略背景下，构建以新能源为主体的新型电力系统，把握好现代能源体系建设带来的机遇，推动能源资源配置更加合理高效，引领电力行业转型升级，明晰“双碳”目标下新型电力系统的建设方向，加强大骨干网架、储能和配电网建设，加快新能源为主体的新型电力系统的构建，增加新能源为主体的电力供应比例，建设高弹性、数字化、智能化电力系统是助力实现“双碳”目标的必然路径。参考文献[1]岳蕾,王丹迪.以新能源为主体的新型电力系统背景下抽水蓄能标准体系建设的思考[J].西北水