碳達(dá)峰與碳中和是國(guó)家戰(zhàn)略、全球共識(shí)。我國(guó)提出“力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)，彰顯大國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化的擔(dān)當(dāng)，也是推進(jìn)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的關(guān)鍵。

今年3月15日，習(xí)近平總書記主持召開中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議，對(duì)推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和作出全面動(dòng)員和系統(tǒng)部署，并明確指出要著力構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，將重新構(gòu)建電力生產(chǎn)、消費(fèi)、儲(chǔ)運(yùn)格局，將改變不同能源主體的功能定位，改變電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行模式和商業(yè)模式，將形成源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的新商業(yè)形態(tài)。

當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建正在凝聚更廣泛的行業(yè)共識(shí)。本期封面文章，《能源》雜志探路新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建路徑，探究系統(tǒng)性變革下的困境和解決方案，并分別以甘肅和德國(guó)為樣本呈現(xiàn)高比例可再生能源系統(tǒng)的運(yùn)行生態(tài)。

新能源發(fā)電向第一電源轉(zhuǎn)身

新能源與煤電之間是共生、互補(bǔ)，而絕不是替代關(guān)系。這種關(guān)系可能未來還將延續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。

我國(guó)當(dāng)前電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)均以煤電為主體構(gòu)建，在新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，煤電面臨著加速由基本電源、主力電源向支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。

從當(dāng)前的能源裝機(jī)結(jié)構(gòu)看，煤電無論是裝機(jī)比例，還是發(fā)電量比例，都占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位。“十三五”期間，煤電發(fā)電量占比保持60%以上，煤電裝機(jī)占比在50%左右。壓減煤電是建設(shè)新型電力系統(tǒng)繞不開的話題。

新能源向第一電源轉(zhuǎn)身

在以新能源為主體的電力系統(tǒng)中，新能源裝機(jī)占比、發(fā)電量占比將大幅提升。

根據(jù)落基山研究所(RMI)、能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)(ETC)《電力增長(zhǎng)零碳化(2020-2030)：中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的必經(jīng)之路》預(yù)測(cè)，2030年中國(guó)全社會(huì)用電量至少達(dá)到10萬億千瓦時(shí)，風(fēng)光發(fā)電量為2.5萬億千瓦時(shí);風(fēng)電和光伏裝機(jī)分別為8.7億千瓦和8.54億千瓦。

按照2030年煤電裝機(jī)10億千瓦、4000小時(shí)年發(fā)電量測(cè)算，2030年煤電發(fā)電量占比仍會(huì)在40%左右。

考慮當(dāng)前太陽(yáng)能、地?zé)崮堋L(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能、氫能和水能等非化石能源的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、資源稟賦，風(fēng)電、光伏是未來新型電力系統(tǒng)主要的生產(chǎn)主體。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織的研究認(rèn)為，2025年中國(guó)電源總裝機(jī)達(dá)到29.5億千瓦，其中清潔能源裝機(jī)17億千瓦，占比57.5%。2030年、2050年、2060年，中國(guó)清潔能源裝機(jī)將分別增至25.7億、68.7億、76.8億千瓦，分別占比67.5%、92%和96%，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)體系全面轉(zhuǎn)型。對(duì)于煤電而言，我國(guó)煤電總量應(yīng)控制在2025年達(dá)到峰值，2050年電力系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)近零排放，2060年煤電完全退出。

另一個(gè)不可忽視的問題是，隨著可再生能源在電力系統(tǒng)中的權(quán)重增加，風(fēng)電、光伏總裝機(jī)的規(guī)模可能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用電負(fù)荷。卓爾德(北京)環(huán)境研究與咨詢中心首席能源經(jīng)濟(jì)師張樹偉認(rèn)為，如果新能源發(fā)電量占比超過60%，電力系統(tǒng)總裝機(jī)至少是最高負(fù)荷的4倍以上。”

國(guó)家電網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計(jì)研究所所長(zhǎng)李瓊慧認(rèn)為，基于風(fēng)電、太陽(yáng)能的波動(dòng)性、間歇性，高比例新能源系統(tǒng)對(duì)靈活調(diào)節(jié)資源需求激增。燃煤機(jī)組靈活性改造、燃?xì)鈾C(jī)組、抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、大電網(wǎng)跨區(qū)輸電通道、用戶側(cè)可中斷可調(diào)節(jié)負(fù)荷和氫能等將承擔(dān)重要的調(diào)節(jié)功能。其中，新型儲(chǔ)能在發(fā)展?jié)摿?、調(diào)節(jié)特性、響應(yīng)時(shí)間、利用靈活性等方面都具有一定優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，新能源開始步入高比例時(shí)代，需要承擔(dān)類似于傳統(tǒng)電源的保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的責(zé)任與義務(wù)。

風(fēng)光與煤電互補(bǔ)，而非替代

最近兩年，中國(guó)、歐洲、美國(guó)連續(xù)發(fā)生極端天氣造成的電力短缺現(xiàn)象。2020年冬季，中國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)電力短缺;2021年2月，美國(guó)得克薩斯州因極寒天氣發(fā)生電力短缺。除此外，2020年8月，美國(guó)加州也發(fā)生由于連續(xù)酷熱造成的電力短缺;2021年第一季度德國(guó)遭遇寒流天氣，電力現(xiàn)貨度電價(jià)格飆升至百歐元，電價(jià)漲至四年來最高。

面對(duì)突發(fā)狀況的出現(xiàn)，新能源無法支撐電力系統(tǒng)，需要電力系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)的互濟(jì)來解圍。這樣的狀況在高新能源占比的甘肅也曾發(fā)生。

國(guó)家電網(wǎng)甘肅省電力公司工作人員介紹，“當(dāng)時(shí)，我們?nèi)涨邦A(yù)測(cè)第二天新能源出力可以達(dá)到500~600萬千瓦。但第二天風(fēng)力突然改變，新能源實(shí)際出力只有50萬千瓦左右。這對(duì)于全網(wǎng)1500萬千瓦的用電負(fù)荷而言，相當(dāng)于失去了1/3負(fù)荷供給。”

由于沒有足夠的可調(diào)節(jié)電源，電力短缺已經(jīng)無法在甘肅省內(nèi)解決。最終，甘肅省電力公司通過向國(guó)調(diào)申請(qǐng)降低直流外送、西北電網(wǎng)緊急向甘肅送電等方式，度過了這一天的危機(jī)。

可見，電網(wǎng)中新能源占比越高，越需要省間互濟(jì)支援，更大甚至全國(guó)范圍內(nèi)互濟(jì)顯得尤為重要。風(fēng)光與煤電是互補(bǔ)關(guān)系，絕非替代關(guān)系。

以甘肅酒泉至湖南±800kv特高壓直流輸工程為例，其配套電源規(guī)模高達(dá)1580萬千瓦，其中風(fēng)電700萬千瓦、光伏發(fā)電280萬千瓦，同時(shí)需要600萬千瓦的燃煤火電配套才能運(yùn)行。其中，甘肅電投常樂電廠4×100萬千瓦項(xiàng)目是甘肅首個(gè)百萬千瓦級(jí)的調(diào)峰火電工程，也是“千萬千瓦”級(jí)酒泉風(fēng)電光電基地、特高壓工程的配套火電項(xiàng)目。由于特高壓對(duì)電壓波動(dòng)敏感，在特高壓的運(yùn)行過程中需要配備大功率煤電機(jī)組作為調(diào)峰電源。