“双碳战略”周年系列 | 如何构建符合“双碳”目标的新型电力系统（三）

电力行业实现“双碳”目标，根本途径是建设以新能源为主体的新型电力系统。现阶段主要在电力稳定供应、电力系统安全稳定运行、新技术成熟度不足以及政策机制不配套等方面面临重大挑战，这也是目前电力行业实现“双碳”目标的最大难点。

1.电力供应安全方面面临挑战。

一是体现在新能源最小出力处于较低水平，对电力平衡支撑能力不足。部分地区高温寒潮等极端气候发生过程中电力供应需求显著增加，保障电力供应难度大。以东北电网为例，2021年7月28日，受副热带高压位置偏北影响，东北地区天气连续多日高温，东北全网用电负荷最高达到7058万千瓦，同比增长8.2%；而风力发电创历史新低3.4万千瓦，不足风电装机容量的0.1%，新能源难以支撑电网的电力需求。

二是体现在现有火电等常规装机规模不足以保证未来电力供应需求。2030年如维持现有火电装机规模不变，则火电装机容量缺额达1.54亿千瓦，难以有效保障电力供应。

2. 高比例新能源消纳难以维持。

一是体现在新能源电量渗透率与利用率之间相互制约，高比例的新能源电量占比必然造成利用率的下降。亟待推动新能源消纳模式从追求新能源利用率到提高新能源发电量占比的转变。经测算，2030年，以新能源发电量最大为目标布局新能源，可提升新能源电量占比1.75个百分点，但新能源利用率降低1.87个百分点。

二是体现在系统调峰能力存在缺额，不足以支撑高比例新能源消纳。2030年，若保证新能源100%全额消纳，国家电网经营区的调峰能力缺额为3.98亿千瓦；若保证新能源利用率95%，国家电网经营区的调峰能力缺额为1.96亿千瓦。

三是体现在跨区直流运行方式灵活性欠缺，新能源跨区消纳难度大。2030年，送/受端电网新能源利用率分别由当前的98% / 100%降至85% / 95%左右，在送/受端电网新能源同时受限消纳形势下，电网跨区互济作用凸显，需采取市场政策、技术创新等多种方式提升跨区直流运行灵活性。

3.电网安全稳定运行面临重大挑战。

一是体现在新能源发展驶入快车道、跨区直流送电需求旺盛，电力系统向“双高”（高比例新能源、高比例电力电子）转型成为必然趋势，系统特性复杂，频率、电压、功角等安全稳定问题仍将存在。以英国8.9 大停电为例，事故前英国电力系统呈现高比例新能源状态，一台燃气机组停机造成大面积新能源脱网，引发连锁故障，停电范围波及100万人。

二是现有技术条件下跨区输电及新能源承载规模存在技术约束。现有技术框架下，为了保证系统稳定，常规机组开机需要保持一定安全水平，使系统调峰能力下降，新能源承载规模进一步受到限制，跨区输电及新能源规模存在技术约束。

4.适应减碳目标的市场机制亟待完善。

一是现行上网电价机制无法维持火电机组生存。预计到2030年煤电机组年利用小时数低于4000小时，2060年低于2000小时，按照当前的电价机制，火电机组无法回收成本。

二是辅助服务费用仅在发电侧分摊，并未疏导至用户侧。目前辅助服务成本通过电源侧分摊，进一步挤压了电源侧生存空间，电源经济承受能力不足不利于未来长期电力系统稳定运行。

三是现行需求侧响应补偿机制难以为继。据测算，需求侧响应量与火电机组装机的降低量相当。但实施需求侧响应需要向用户提供大量补偿，推高系统运行成本，需在电价机制中统筹考虑。

四是规模化储能的应用将推高供电成本。为了实现大规模新能源消纳，系统中需要配置大量储能设备，将推高供电成本，需在电价机制中统筹考虑。

五是现行交叉补贴电价政策不利于调动用户侧资源。居民、农业用电长期享受大规模交叉补贴，但其资金来源近年逐渐下降，现行交叉补贴方式难以为继。由于可再生能源大规模接入，各类用户需承担更多成本。

5.构建新型电力系统面临技术挑战。

根据构建新型电力系统现有的技术路线及实施路径，需要在电制氢、CCUS、碳排放评估、电力数字化、储能、电力电子设备主动支撑技术、需求响应、电力市场等方面加大技术研发，但上述技术绝大部分还处于成熟度不高、稳定性不足，无法大规模推广应用。继续在短期内实现技术突破并广泛应用于新型电力系统建设之中。

一是要解决好安全问题。在“碳达峰、碳中和”目标下，随着生产和消费侧电能占比的提高，电力作为基础能源的作用和地位愈加重要，而电力生产又以强不确定性的风光为主，各时空尺度的能源安全（主要体现在电力）挑战巨大，从毫秒级的设备安全、秒/分的运行控制安全、小时/天调度安全、周/年的供给安全，以及物理、功能、跨行业和社会等广义空间尺度的安全，需要从全社会的视角审视电力安全问题，需要通过创新解决电力安全问题。

二是要多行业、多主体统筹推进。在建设新型电力系统的过程中保证电力安全，是一项复杂的系统工程，需要各级政府、各行各业协同，通过政策、法规和体制机制创新，业态、市场和电价机制创新，以及技术创新共同解决。

三是要明确阶段，分步实施。从能源电力系统的发展来看，近期是能源转型期，任务是市场、法规、技术的研发；中期是新型电力系统形成期，完善政策法规和市场电价机制，解决新型电力系统构建和安全运行问题；远期是新一代能源系统形成期，解决能源近零排放和能源电力安全问题。因此建设新型电力系统一定要尊重科学规律，做到规划上由远及近、措施上全面具体，分阶段统筹实施。