新能源在新型电力系统中的实践与应用

文/张 波

0 引言

2020年，我国在联合国大会中明确指出，未来我国将陆续颁布更为有力的政策和措施，在2030年之前，达到“碳达峰”，2060年之前达到“碳中和”。据相关数据信息表明，2020年，我国总体能源消费在二氧化碳排放总量上占据总量的一半左右，其中，电力行业排放出来的二氧化碳占据50%。可以得知，我国在持续推进节能减排的发展过程中，电力是对“碳达峰”“碳中和”目标落实进程带来直接影响的重要内容。因此，想要达成“双碳”发展目标，需构建出将新能源作为核心的新型电力体系，走上绿色低碳发展之路。

1 背景

目前，我国电力结构已经逐步实现了绿色化的低碳转型，在成本投入逐步下降、技术水平不断进步、生态环境标准及保护要求越来越高等相关因素的作用下，可再生能源的高速发展和进步，可以推动全球能源供应形式更加多元化。根据相关数据研究调查表明，截至2020年年底，我国在可再生新能源发电装机总规模占比已经超过40%，占据全球第一。依照“双碳”标准及要求，想在2030年达成“碳达峰”，就代表着每年平均碳排放量需要从原本的3.6%降到0.5%。2021年作为“十四五”的开端年，是电力企业走向绿色转型之路的第一步，2022年，则是巩固第一年发展成果的重要阶段。对于我国发电行业来说，电力供应结构出现巨大转变，绿色能源逐步演变为我国的核心电源。

在电网这一领域上，电力资源配置也将逐步走向智能化、绿色化的发展之路。在用电模式上，从最初的单向流动转变为双向互动，储能技术不断发展、不断进步，用电形式变得越来越丰富多样。

总而言之，能源的清洁绿色化、低碳化发展，将成为未来的必然发展趋势。全球多个国家开始纷纷制定与能源相关的转型战略规划，提出了更高的清洁目标，并制定各类与低碳相关的政策文件，不断寻找通过低成本清洁能源对传统能源进行替代的方法，以推动可再生能源实现稳定可持续发展、经济发展实现绿色低碳转型。

2 电力系统面临的问题与挑战

2.1 电力供应保障

在极端恶劣天气情况下，无法保障电力稳定供应，尤其是日食等天文现象会对新能源供电带来明显冲击。全球温度日渐变暖，气候异常问题日渐加剧，暴雪、冰冻、无风、干旱等极端恶劣天气层出不穷，呈现逐年增长的发展趋势，甚至已超出目前世界气象领域的研究认知。虽然罕见天气出现的概率较低，但是其带来的新能源供应风险较高，危害较大，尤其是在新能源电力系统构建过程中，对其影响更为突出，将导致供电保障成本全面增加。

2.2 安全稳定运行

在未来很长一段时间的发展过程中，电力系统仍会将传统的交流同步电网作为核心。但是，随着清洁能源的大量使用，将替代传统常规电源，传统电力系统中保障交流电力系统稳定安全的要素也会愈发薄弱，传统交流电网络安全运转问题将会全面加剧。静载设备将会替代传统的旋转设备，系统惯量将不会随着供电规模的逐步增长而全面下降，电网频率进行控制的过程中将会困难重重，电压调节能力有所不足。高比例新能源接入地区在对电压进行管控的过程中，将会越来越困难，高比例受电地区的动态无功支撑能力不足，以功角稳定问题为代表，将会变得越来越复杂。

2.3 整体供电成本

将新能源应用在电力系统的建设过程中，可以实现平价上网，但是不等于平价使用。除了基础的新能源场站本体成本支出之外，新能源成本涉及内容较多，如系统调节运行花费的成本支出、灵活性电源投资资金以及配网投资等成本投入。依照国外相关研究数据调查表明，新能源电量渗透率在达到10%到15%之后，系统的成本投入将会迈入快速增长的重要临界点，新能源场站成本的降低无法抵消新能源付出成本的上升。伴随着新能源发电量渗透率的全面提升，系统成本将会明显提高，管理起来困难重重，这也会对全社会供电成本带来较高的增长。

3 新能源在新型电力系统中的实践应用策略

3.1 新能源为主体的电力供应

需要持续保障现有太阳能发电、风力发电的高速发展步伐，秉承集中式、分布式发电之间的协同并进，全方位扩大我国风力发电和光伏发电的发展规模。基于市场消纳、协调发展的基础条件，在我国的“三北”地区构建将新能源电力系统作为核心的清洁能源基地，使得新能源走向高效开发的发展之路。

在中东部地区，可积极开发太阳能发电资源、风力发电资源，使得新能源市场得到有序健康发展。

扩大东南沿海地区的风力发电基地建设规模，并将风力发电光伏发电的有效运用、大面积开发作为重点，推动光伏发电技术和风力发电技术得到全面进步，降低成本成本投入。

对新能源发电服务体系进行不断调整和优化，全方位优化新能源发电在整个电力市场中的核心竞争力，持续提高水电、核电、气电的开发水平，将我国的西南地区和新流域作为重点，发挥流域调节在水力发电过程中的作用及价值。

3.2 建设高弹性、智能化电力系统

首先，为进一步满足高比例新能源电力电子设备的发展需求，创造出更为丰富多样的高弹性电网，需推动整个电力供应系统的各环节走向数字化、智能化的发展之路。构建出全电力供应网络系统协同、以数字化技术作为驱动、可实现电力供应智能决策的新一代电力系统调控体系，强化电网系统的多向互动，保障储能系统之间的互联互通，以确保能源和电网得以优化，全方位提高电力设施的综合利用效率，提高电力系统供应过程中的弹性水平。

其次，需要持续开展煤电机组的灵活性改造升级，煤电功能定位需要从传统的主体电源通过改造和升级之后，转变为调节电源，同时进行大规模的煤电机组环境改造，优化机组的灵活性,提高系统调节水平。强化规划引导工作，对改造项目进行科学合理的有序安排，尤其是对于30万千瓦、60万千瓦的临界点机组，应该率先进行灵活改造工作，并建立健全辅助服务补偿机制，确保煤电机组获得合理收益。

最后，需要进一步强化储能体系的建设，以抽水蓄能建设为代表，在推进单机容量30千瓦以上、电站容量百万千瓦以上的抽水蓄能项目建设过程中，需要始终秉持因地制宜这一原则，构建出更多的中小型抽水蓄能建设项目。尤其是需要针对具备一定条件和资质的水电站，展开进一步的抽水蓄能改造升级，并建立健全电动汽车参与系统调节相关激励机制，不断优化电动汽车与电力系统之间的协调性、沟通互动性，积极鼓励倡导化学储能、物理储能的系统开发和研究工作。

3.3 构建新型电力市场体系和机制

为进一步解决新能源供电系统建设过程中存在的问题和挑战，需要展现出电网在推动其能源发展过程中的基础作用和平台价值。将其目标设定为保障分布式新能源的全额消纳、确保传统电网和新能源电网之间的稳定运转、促进电力市场监管机制得到改革和创新，以建立更为完善、更为健康有序的电力市场。

首先，需要建立健全与储能相关的市场机制和相关配套机制，构建新能源增长、消纳和储能三位一体协同发展的监管机制，并对配套政策进行不断完善，提高储能技术的开发水平。通过建设大型能源基地，开展针对性的储能创新成果示范，并确定储能市场交易补偿机制，以推动储能实现规模化使用。

其次，建立健全新能源消纳许可审批制度，明确可再生能源的发展目标，逐步放宽新能源消纳许可，加速简化传统电网和新能源电网系统并网的审批流程，加快项目的开发进度。

最后，积极鼓励企业加强对分布式自发自用项目的研发，通过动态跟踪，了解企业技术发展现状，明确国际发展技术前沿。在电源侧上，加强对光伏风电等模式的有效运用，以改善新能源发电的消纳水平，保障电网友好性。

4 结语

综上所述，面对“双碳”这一国家战略发展目标，电力企业需要承担的社会责任较为艰巨。基于我国传统电网系统特征进行分析，将新能源用在目前的发电系统中，是全方位改善资源综合利用率的核心途径。随着整个社会电气化水平的不断提高，越来越多的碳排放从终端行业转变为电力行业，电力行业的节能减排压力也在不断地提升。因此，要在不断地探索和研究过程中，加快新能源电力系统的建设速度，是电力行业辅助社会达成“双碳”目标，推动自身节能减排的必经之路，也是保障整个电力行业高质量发展的核心途径。