“以新能源为主体的新型电力系统”到底是个啥？
“十四五”是“碳达峰”的关键期、窗口期，要重点做好以下几项工作。要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。
到底什么是“以新能源为主体的新型电力系统”？本刊记者采访了清华大学能源互联网创新研究院工程应用技术研究室主任赵东元。
清华大学能源互联网创新研究院工程应用技术研究室主任赵东元
赵东元表示，我国是世界上最大的能源生产国和消费国，而资源禀赋决定了过去以化石能源为主导的能源结构。为推动能源革命战略，落实2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的目标，需要围绕构建“清洁低碳、安全高效”的能源系统，建设适应高比例新能源广泛接入的新型电力系统。这一任务意义重大。
未来，新型电力系统的核心特征是新能源占主体地位。同时围绕着满足人民对美好生活的向往，电动汽车、清洁供暖、屋顶光伏、家用储能、智能家居以及电能替代的广泛应用，使得用电负荷朝着多元化方向发展。面对源荷两端重大变化，电网功能与形态的也需要进行深刻的变革。
江苏省兴化市沙沟镇南荡村渔光互补光伏发电站。汤德宏 摄
一、从现有电力系统迈向新型电力系统的技术演变
1.从确定性系统演变为强不确定性系统
首先，电源端具有强不确定性。我国电源结构将从传统火电机组为主导，逐步演变为未来的新能源机组为主导。未来，风电和光伏发电的装机容量将呈现持续上升趋势，预计2060年两者装机容量占比之和达到约60%，发电量占比之和达到约35%。现有常规火电、水电或者核电出力呈现一定的规律性和可控性；而风电与光伏等新能源出力具有多时空的强不确定性和不可控性。
其次，负荷端具有强不确定性。未来，电能逐步成为最主要的能源消费品种，2025年后电力将取代煤炭在终端能源消费中的主导地位。现有电力负荷变化相对有规律，整个电力系统的运行方式相对固定，例如在电力系统规划时，只需要选取不同季节的典型负荷曲线便可以进行预测。而高度电气化下负荷结构多元化，电动汽车充电与电供暖等用电行为的时空随机分布，以及用户侧的有源化特征凸显，都会加剧负荷的不可预见性。目前，我国电网负荷的峰谷差正在逐渐加大。
再次，电力潮流具有强不确定性。在较少新能源并网时，由于负荷变化相对有规律，传统电力系统“源随荷走”的运行方式相对固定。而在高比例新能源电力系统中，由于在源端和荷端存在较大的不确定性，电力系统运行的“边界条件”将更加多样化。输电网的联络线潮流可能跟随新能源的出力波动而大幅变动（甚至双向流动），配电网的分布式新能源与虚拟电厂也会改变电力潮流。
2.从机电装备主导向电力电子装备主导的演变
新能源的并网、传输和消纳在源网荷端引入了更多电力电子装备，电力系统呈现显著的电力电子化趋势问题。因此，电力系统基本特性将由旋转电机主导的机电稳态过程为主演变为电力电子装备的电磁暂态过程为主。
现有火电、水电等传统机组采用同步电机，具有较强的机械惯性，因此，电力系统具有较大的时间常数（秒-分钟级），系统频率以工频（五十赫兹）为主。而电力电子装置具有低惯性、低短路容量、弱抗扰性和多时间尺度响应特性，导致电力电子化电力系统时间常数更小（毫秒级）、频域更宽（几百赫兹）、安全域更复杂。在多种扰动情形下系统的机电暂态和电磁振荡等多重因素交互影响，例如，目前新能源基地出现的暂态电压支撑不足、风电机组并网的高/低电压穿越停机脱网、宽频振荡、多馈入直流换相失败等都是电力电子化系统的具体表现。
3.从单一电力系统向综合能源系统演变
能源互联网需要建设以新能源电力系统为基础，与天然气、交通、建筑等多个领域互联互通的综合能源网络。因此，现有的电力系统将与热力管网、天然气管网、交通网络进行互联互通，构成综合能源系统。而且，天然气与氢能源的储备与传输将与电力系统深度融合，发挥重要的调峰作用。
二、发展建议
“十四五”是落实“碳达峰、碳中和”目标与构建新型电力系统的关键时期，需要奠定扎实的理论基础和技术储备。
建议：加快新型电力系统基础理论创新研究；加快新型电力系统统筹规划技术研究；全面提高现有电网运行控制和安全防御水平；构建面向未来的新型电力系统智能调度体系；加快新型电力系统技术装备研究。
三、国网辉煌
作为关系国家能源安全、国民经济命脉的国有重要骨干企业，国家电网公司发布了“碳达峰、碳中和”行动方案，加快推进能源生产和消费革命，以更大决心、更强力度、更实举措，通过供给侧结构调整和需求侧响应“双侧”发力，解决“双高”“双峰”问题，推动能源清洁低碳安全高效利用。
张北—雄安1000千伏特高压交流工程让张北的风点亮雄安的灯。马千里 摄
国家电网是世界上新能源等清洁能源发电装机接入规模最大、发展速度最快的电网。根据规划，到2025年，国家电网公司经营区跨省跨区输电能力将达到3亿千瓦，输送清洁能源占比达到50%；到2030年，风电、太阳能发电总装机容量将达到10亿千瓦以上。“这个规模在能源企业首屈一指。”赵东元说。
目前，国家电网公司已全面掌握特高压核心技术和全套设备制造能力，实现清洁能源大规模、远距离输送，并建成国家风光储输、张北可再生能源柔性直流电网等工程，进一步探索新能源友好接入和综合利用新模式。
“相信国家电网公司会以前所未有的速度向清洁能源转型，带头履行社会责任，促进生产方式绿色转型。”赵东元说。
蒙东地区的风机、输电线路与自然环境和谐相融。刘涛 摄
国家电网公司大力发扬创新精神，突破众多技术瓶颈，抢占了以特高压输电为代表的世界电力领域高地，成为党和人民依靠信赖的“大国重器”和“顶梁柱”。
“站在”两个一百年’奋斗目标的历史交汇点上，面对构建新型电力系统的历史重任，坚定不移走科技创新道路，国家电网必将创造新的辉煌。”赵东元表示。