“以新能源为主体的新型电力系统”：形态特征

2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上部署未来能源领域重点工作：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。

根据前期研究，本文认为未来的新一代电力系统特征主要呈现为：

1、高比例新能源广泛接入

新型电力系统核心特征在于新能源占据主导地位，成为主要能源形式。随着我国碳达峰与碳中和目标的提出，新能源在一次能源消费中的比重不断增加，加速替代化石能源。未来我国电源装机规模将保持平稳较快增长，呈现出“风光领跑、多源协调”态势。在电源总装机容量中，陆上风电、光伏发电将是我国发展最快的电源类型，到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%。

未来新能源的广泛接入也将呈现集中式与分布式并举的态势。西北、华北、东北地区大规模风光基地、西南地区水电基地、东部沿海地区海上风电基地，以及因地制宜、数量可观、就近消纳的分布式电源，共同缓解我国资源逆向分布问题。

未来新能源的广泛接入还将呈现智能灵活、友好并网、高效环保的特征。通过储能、交直流组网与多场景融合应用提升智能灵活；通过“风光水火储”多能互补、集群调度、气象大数据发电预测、广义虚拟同步技术，提升友好并网与主动支撑性能；通过新型风能捕捉与大叶轮、新型光伏电池、数字智能运维、环保材料提升效率与可靠性；并且构建灵活性火电机组、天然气与储氢调峰电站、储热与储能电站的调峰电源体系。

2、高弹性电网灵活可靠配置资源

新型电力系统需要解决高比例新能源接入下系统强不确定性（即，随机性与波动性）与脆弱性问题，充分发挥电网大范围资源配置的能力。未来电网将呈现出交直流远距离输电、区域电网互联、主网与微电网互动的形态。特高压交直流远距离输电成为重要的清洁能源配置手段。分布式电源按电压等级分层接入，实现就地消纳与平衡。储能与需求侧响应快速发展，预计2060年需求响应规模有望达到3.6亿千瓦左右，储能装机将达4.2亿千瓦左右，两者将成为未来电力系统重要的灵活性资源，保障新能源消纳和系统安全稳定运行。

高弹性电网的核心在于建立全网协同、数据驱动、主动防御、智能决策的新一代调度体系。主要包括：1）从传统的自上而下调度模式，演变为“源网荷储”全网协同的调度模式；2）从传统的个体经验判断演变为数据驱动下AI决策的智能调度；3）从单点故障触发的被动式保护演变为电力物联网全局感知提前预防的主动防御；4）从传统机电动作缓慢响应（秒级）演变为电力电子与现代通信相结合的敏捷响应（毫秒级）；5）从传统调峰调频资源不足演变为具有灵活性电源、储能、需求侧响应、宽频振荡抑制、复合潮流控制及动态增容等新型电力电子装置的手段丰富的调度调节资源。

高弹性电网的基础在于建设万物互联的电力物联网。基于物联网智能传感、边缘计算融合网关、智能终端以及安全芯片等感知设备，实现全环节数据可测可采可传，且各类终端与设备即插即用、安全接入、万物互联；通过5G/光纤/物联网等现代通讯网络，实现数据快速上传；通过人工智能、大数据等先进算法，基于云平台实现智能发电、智能调度、智能运维的全场景与全链条智能化。

3、高度电气化的终端负荷多元互动

未来终端用能结构中，电气化水平持续提升，电能逐步成为最主要的能源消费品种。根据有关机构预测，2025年后电能将取代煤炭在终端能源消费中的主导地位，电能占终端能源消费比重在2035年和2060年有望分别达到约45%和70%。

围绕着满足人民对美好生活的向往，电能替代、电动汽车、清洁供暖、屋顶光伏、家用储能设备及智能家居的广泛应用使用电负荷朝着多元化方向发展。在能源互联网背景下，既是消费者，又是生产者的全新模式改变着能源电力服务形态，需求侧响应、虚拟电厂及分布式交易越来越多成为用户的新选择。在能源互联网新消费下，除了普遍服务外，绿色电力、定制化服务、优质供电、精准计量、电力大数据增值服务成为用户的新需求。

4、基础设施多网融合数字赋能

我国正在建设的能源互联网是推动能源革命的技术路径。

在物理层，能源互联网需要建设以新一代电力系统为基础，与天然气、交通、建筑等多个领域互联互通的综合能源网络。在生产侧，多品种能源需要结合各自特点，发挥所长，进行互联互通，优势互补；在传输侧，智能电网与热力管网、天然气管网、交通网络进行互联互通，协同调度；在消费侧，电冷热气水进行综合能源供应。

在信息层，电力网络逐步与现代通信网络融合，共同构建信息物理社会系统（CPSS）。电力物联网成为网络安全的重点环节。建设“安全芯片-终端认证-数据可信-网络加密-应用密钥”的主动式全域网络安全防护体系，打造全息全景感知、信息高效处理、数据数字安全、应用便捷灵活的开放安全物联网络。

在数据层，电力行业进行数字化转型，建设具有活力的电力数字生态。电力大数据服务社会治理与经济发展，数字电网平台赋能，培育新型电力数字产业；对接工业互联网，服务数字政府和智慧城市；对接能源价值链各环节资源，发挥企业间的互利共生优势，构建产业链合作平台与新能源电力生态。

总的来说，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。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。这一历史任务意义重大。

作者介绍

赵东元，博士，清华大学能源互联网创新研究院工程应用研究室主任。从事能源转型政策、能源互联网技术路径的研究。正在推动多个能源互联网示范项目方案及实施。获得省部级科技奖励多次，出版著作2部，发表论文近30篇，获得专利20余项。主创的《“互联网+”电动汽车充电分时共享社区服务平台》获得2019年国家电网公司第五届青创赛金奖。