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實現“碳達峰、碳中和”目標是國家重要戰略、全球主要經濟體的一致行動。“雙碳”目標的達成是一個系統工程，關鍵路徑是能源結構調整與節能降耗，能源是主戰場，電力系統革新是核心。這是構建新型電力系統的時代背景和理論基礎。

電力(li)系(xi)統(tong)(tong)(tong)是由發(fa)(fa)輸變(bian)(bian)配用各(ge)領域、源(yuan)網荷儲各(ge)環節、技(ji)術(shu)體制各(ge)層(ceng)面緊密(mi)耦合形成(cheng)的(de)有機(ji)整體。在新型電力(li)系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)構(gou)建過程中，傳統(tong)(tong)(tong)電力(li)結構(gou)、發(fa)(fa)展模式、利(li)益格局、技(ji)術(shu)特征(zheng)(zheng)等均面臨革命性變(bian)(bian)化。傳統(tong)(tong)(tong)電力(li)系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)技(ji)術(shu)特征(zheng)(zheng)、運行機(ji)制、基礎設施(shi)均將發(fa)(fa)生革命性的(de)變(bian)(bian)化。

隨(sui)著新(xin)(xin)能源滲透率提高(gao)，電(dian)力系統將呈(cheng)現“雙高(gao)”特性——高(gao)比例(li)新(xin)(xin)能源、高(gao)比例(li)電(dian)力電(dian)子設(she)備接(jie)入。基(ji)于新(xin)(xin)能源發電(dian)具有隨(sui)機性、波動性、分散(san)性等特點，電(dian)源側(ce)出力波動加大，負荷(he)側(ce)不確(que)定性增加，電(dian)力系統功率平衡壓力增加，電(dian)網安全運行(xing)風險加大。

與此同時，在新型電力(li)系統(tong)的構(gou)建過程(cheng)中，將(jiang)催生大量新技術(shu)、新業態(tai)，電力(li)系統(tong)“源網(wang)荷”生態(tai)發生重大變(bian)化。

表現為(wei)，能(neng)源(yuan)生(sheng)產(chan)端形(xing)成多(duo)元化清潔能(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)體(ti)系，以(yi)風電、光伏等新能(neng)源(yuan)發電為(wei)供(gong)應(ying)主體(ti)，化石能(neng)源(yuan)電源(yuan)的(de)功能(neng)變為(wei)兜底保(bao)障、調節與支撐；電網側(ce)呈現交直流混聯大電網與多(duo)種形(xing)態電網并存的(de)格(ge)局，傳(chuan)統大電網與局域網互(hu)補共(gong)生(sheng)；負(fu)荷側(ce)電氣化水平大幅提升，用(yong)能(neng)模式(shi)向(xiang)多(duo)能(neng)互(hu)補、源(yuan)荷互(hu)動(dong)發展。

一、發電側：新能源為主體，煤電兜底保障

在新型電力系統的構建過程(cheng)中，新能源(yuan)與化石(shi)能源(yuan)之間的博弈將從(cong)激烈對撞(zhuang)向共(gong)存共(gong)生轉變。

“雙碳(tan)”目(mu)標的(de)實(shi)現(xian)將(jiang)新能源(yuan)推(tui)向快速(su)發(fa)展(zhan)的(de)黃(huang)金賽道。風電(dian)(dian)(dian)、光伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)是裝機主體、電(dian)(dian)(dian)力(li)與電(dian)(dian)(dian)量(liang)供應主體。從發(fa)展(zhan)規模看，新能源(yuan)裝機占比(bi)、發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)占比(bi)將(jiang)大比(bi)例(li)提升。

2020年(nian)底(di)，我國(guo)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)發電累計裝(zhuang)(zhuang)機容(rong)量(liang)(liang)達(da)到5.35億千瓦(wa)，同(tong)(tong)比(bi)增(zeng)(zeng)長29.4%，占(zhan)(zhan)全國(guo)總(zong)裝(zhuang)(zhuang)機容(rong)量(liang)(liang)的比(bi)重(zhong)達(da)到24.3%。2020年(nian)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)發電新(xin)增(zeng)(zeng)裝(zhuang)(zhuang)機容(rong)量(liang)(liang)首次突(tu)破(po)1億千瓦(wa)，達(da)到1.2億千瓦(wa)，占(zhan)(zhan)全國(guo)電源(yuan)(yuan)新(xin)增(zeng)(zeng)總(zong)裝(zhuang)(zhuang)機容(rong)量(liang)(liang)的63%；全國(guo)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)發電量(liang)(liang)7276億千瓦(wa)時，約(yue)占(zhan)(zhan)總(zong)發電量(liang)(liang)的10%，同(tong)(tong)比(bi)提高約(yue)1個百分點。

在“雙(shuang)碳(tan)”戰略下(xia)，“十(shi)四(si)五(wu)(wu)”“十(shi)五(wu)(wu)五(wu)(wu)”期間(jian)新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)將呈現(xian)跨越式發展，全國(guo)年(nian)(nian)均新(xin)(xin)增(zeng)規模(mo)可能(neng)會在“十(shi)三五(wu)(wu)”基礎上(shang)倍(bei)增(zeng)，“十(shi)四(si)五(wu)(wu)”期間(jian)每年(nian)(nian)新(xin)(xin)增(zeng)風光裝(zhuang)機(ji)規模(mo)在1億千瓦(wa)以上(shang)，“十(shi)五(wu)(wu)五(wu)(wu)”期間(jian)每年(nian)(nian)新(xin)(xin)增(zeng)風光規模(mo)1.5億千瓦(wa)以上(shang)。預計2025年(nian)(nian)，我(wo)國(guo)新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)發電累計裝(zhuang)機(ji)容量有(you)望突(tu)破10億千瓦(wa)，新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)裝(zhuang)機(ji)占比將達到40%左右，發電量占比將接近20%左右。

中國科學院院士周孝信研(yan)究認為，2030年(nian)風電(dian)、太(tai)陽能(neng)總裝機達(da)到16.1億千瓦，2033年(nian)非水可(ke)再生(sheng)能(neng)源發(fa)(fa)電(dian)裝機占(zhan)(zhan)比(bi)(bi)超(chao)過50%，裝機占(zhan)(zhan)比(bi)(bi)首(shou)次超(chao)過煤電(dian)；2060年(nian)非水可(ke)再生(sheng)能(neng)源發(fa)(fa)電(dian)裝機占(zhan)(zhan)比(bi)(bi)超(chao)過82%；2051年(nian)新能(neng)源發(fa)(fa)電(dian)量比(bi)(bi)重(zhong)超(chao)50%。

全球能源互聯網發(fa)展(zhan)合作組織則提出(chu)更為樂觀的發(fa)展(zhan)情景。他(ta)們(men)研究認(ren)為，2030年、2050年、2060年，中國清(qing)潔能源裝機將分(fen)別(bie)增至25.7億(yi)、68.7億(yi)、76.8億(yi)千瓦，分(fen)別(bie)占(zhan)比67.5%、92%和96%，實現能源生產體系全面(mian)轉型。對于(yu)煤電(dian)而言，我國煤電(dian)總(zong)量應控制在2025年達到峰值，2050年電(dian)力系統要實現近零排放，2060年煤電(dian)完全退出(chu)。

在風電、光伏大規模發展同時(shi)(shi)(shi)，氫能(neng)(neng)等新興能(neng)(neng)源受益于技術進(jin)步、成(cheng)本(ben)下降(jiang)雙驅動(dong)，其應用市場規模將更廣(guang)泛(fan)；水電、生物質能(neng)(neng)發電、光熱發電等構(gou)成(cheng)多元化(hua)的(de)非化(hua)石能(neng)(neng)源生態。此時(shi)(shi)(shi)，新能(neng)(neng)源是電力(li)系統安全穩定運行的(de)責任主體，同時(shi)(shi)(shi)需要具備一定的(de)主動(dong)支撐、系統調節與故障穿越能(neng)(neng)力(li)，分(fen)攤電力(li)系統成(cheng)本(ben)上(shang)升的(de)壓力(li)。

化石能源電(dian)(dian)(dian)源占比不斷下降是(shi)大(da)勢所趨，將(jiang)由(you)基礎電(dian)(dian)(dian)源成為(wei)調節(jie)電(dian)(dian)(dian)源轉(zhuan)(zhuan)變(bian)，化石能源電(dian)(dian)(dian)源向(xiang)兜(dou)底(di)(di)保障、調節(jie)與(yu)支撐功能轉(zhuan)(zhuan)變(bian)。但需要注(zhu)意的是(shi)，煤電(dian)(dian)(dian)的戰略地(di)位(wei)仍不容小覷，尤其在寒(han)潮或高(gao)溫等特殊情(qing)境下，風電(dian)(dian)(dian)、光伏出力(li)(li)減少，缺少煤電(dian)(dian)(dian)負荷兜(dou)底(di)(di)，電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)的實(shi)時平衡將(jiang)被(bei)打(da)破。

2021年(nian)1月，湖南、浙江等(deng)省份拉閘(zha)限電(dian)(dian)(dian)，北京市重啟燃煤(mei)供熱機組，在此背后負荷大幅增加，新能源發電(dian)(dian)(dian)負荷銳減，不(bu)得不(bu)由(you)(you)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)承擔迎峰度(du)冬的重任。2020年(nian)8月，美(mei)(mei)國(guo)加州(zhou)由(you)(you)于連(lian)續酷熱造成電(dian)(dian)(dian)力短缺；2021年(nian)2月，美(mei)(mei)國(guo)得克薩斯州(zhou)因極(ji)寒天(tian)氣(qi)發生(sheng)電(dian)(dian)(dian)力短缺。面對突(tu)發狀況的出(chu)現，新能源無(wu)法獨(du)立支撐電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統(tong)，需要電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統(tong)在更大范(fan)圍內的互(hu)濟來解圍。風光與煤(mei)電(dian)(dian)(dian)是互(hu)補關(guan)系(xi)，絕(jue)非替代關(guan)系(xi)。

在(zai)能源(yuan)(yuan)生(sheng)產方式(shi)(shi)上，電源(yuan)(yuan)生(sheng)態(tai)大中小容量并(bing)(bing)存(cun)(cun)，集中式(shi)(shi)和分布式(shi)(shi)布局并(bing)(bing)存(cun)(cun)，在(zai)網離網運營并(bing)(bing)存(cun)(cun)。未來新能源(yuan)(yuan)高比例接入(ru)將(jiang)呈現集中式(shi)(shi)與分布式(shi)(shi)并(bing)(bing)重的(de)態(tai)勢，包括西北(bei)、華(hua)北(bei)、東北(bei)地區(qu)的(de)大規模風光基地、東部(bu)沿海地區(qu)的(de)海上風電基地，以及數量可觀、就近消(xiao)納的(de)分布式(shi)(shi)電源(yuan)(yuan)。

二、電網側：大電網與微網共榮共生

電(dian)網是(shi)電(dian)力系(xi)統(tong)的中樞，在電(dian)力系(xi)統(tong)的調(diao)度、控制、管(guan)理中發揮重要作用。新型電(dian)力系(xi)統(tong)的運(yun)行(xing)模式(shi)下，電(dian)網企業的功能定位、商業模式(shi)、運(yun)行(xing)特征等(deng)也隨之(zhi)變化(hua)。

在(zai)全球電(dian)力工(gong)業(ye)180年的(de)發展進(jin)程中，前(qian)150年以(yi)大電(dian)網模式為主(zhu)。分布式電(dian)源(yuan)、微電(dian)網、局域(yu)網等的(de)出現，推動(dong)了大電(dian)網與微電(dian)網之間的(de)融合(he)。大電(dian)網的(de)公(gong)共(gong)屬(shu)性將進(jin)一步增(zeng)強，主(zhu)要承擔跨區(qu)域(yu)、遠距離資(zi)源(yuan)輸配責任，配網側資(zi)產配置以(yi)響(xiang)應用戶負荷變化為原則，承擔區(qu)域(yu)電(dian)力安全平穩運行的(de)保底責任。

在新(xin)型電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統下，電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)運行(xing)生態(tai)特點(dian)表現為：（1）特高壓外送通(tong)道(dao)投資規模提高，以支(zhi)撐大(da)(da)(da)規模新(xin)能(neng)源并網(wang)(wang)(wang)消納；（2）微電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)、局域網(wang)(wang)(wang)、大(da)(da)(da)規模柔直(zhi)(zhi)等新(xin)型組網(wang)(wang)(wang)技(ji)術(shu)快(kuai)速發(fa)展(zhan)，大(da)(da)(da)電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)與微電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)融合(he)發(fa)展(zhan)，交流(liu)(liu)大(da)(da)(da)電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)與交直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)配網(wang)(wang)(wang)并存；（3）配網(wang)(wang)(wang)向(xiang)智(zhi)(zhi)能(neng)柔性的主動(dong)配電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)轉變，具有靈活控制和(he)運行(xing)能(neng)力，可以支(zhi)持分(fen)(fen)布式新(xin)能(neng)源、電(dian)(dian)(dian)動(dong)汽車、儲能(neng)等用能(neng)設(she)施和(he)分(fen)(fen)布式發(fa)電(dian)(dian)(dian)設(she)備海量接入，滿足(zu)功率雙(shuang)向(xiang)流(liu)(liu)動(dong)和(he)多元負荷用電(dian)(dian)(dian)需要(yao)；（4）電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)與管網(wang)(wang)(wang)、通(tong)信(xin)網(wang)(wang)(wang)、電(dian)(dian)(dian)視(shi)網(wang)(wang)(wang)、交通(tong)網(wang)(wang)(wang)等融合(he)共治(zhi)，共同參與智(zhi)(zhi)慧城市、智(zhi)(zhi)慧生活建設(she)，數字(zi)智(zhi)(zhi)能(neng)電(dian)(dian)(dian)力生態(tai)系(xi)統形成。

從投資視(shi)角看，為保障電(dian)網(wang)安全(quan)、穩定運(yun)行，國(guo)內特高壓、柔性直流投資預計(ji)加(jia)快(kuai)，電(dian)化學儲能(neng)(neng)(neng)、抽水蓄能(neng)(neng)(neng)、氫(qing)能(neng)(neng)(neng)、充(chong)電(dian)樁、燃煤(mei)機組靈(ling)活性改(gai)造等具(ju)備靈(ling)活性調節能(neng)(neng)(neng)力的(de)資產收益將大(da)幅提高，配網(wang)側一(yi)二次融合(he)設備、智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)電(dian)表、智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)開(kai)關(guan)等智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)終端的(de)投資需(xu)求將大(da)幅增加(jia)。

從智(zhi)能電網(wang)(wang)的技(ji)術特征看，電網(wang)(wang)利(li)用小(xiao)微(wei)傳感(gan)、邊緣計算(suan)、電力物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)、大數(shu)據挖掘(jue)等(deng)技(ji)術手段，構(gou)建具備云(yun)-邊協同(tong)、海量(liang)數(shu)據處理、數(shu)據驅動(dong)分析、高度智(zhi)能化決策等(deng)能力的電網(wang)(wang)平臺，實現電網(wang)(wang)運營、業(ye)務管理和產(chan)業(ye)融合全面數(shu)字(zi)化。

三、負荷側：由源隨荷動”轉向“源網荷互動”

傳(chuan)統電(dian)(dian)力系(xi)統是(shi)一個超大(da)(da)規模(mo)的非線性時變(bian)能(neng)量(liang)平衡系(xi)統，生(sheng)產組(zu)織模(mo)式(shi)是(shi)“源(yuan)隨荷(he)動”，用精準(zhun)可控的發電(dian)(dian)系(xi)統，去匹配基本可測(ce)的用電(dian)(dian)系(xi)統。新(xin)型電(dian)(dian)力系(xi)統下，隨著風(feng)光滲透率(lv)的提高，以(yi)及儲(chu)能(neng)、分布式(shi)電(dian)(dian)源(yuan)、UPS電(dian)(dian)源(yuan)、制冷制熱(re)設備(bei)、充(chong)電(dian)(dian)樁等多元化可調(diao)節負(fu)(fu)荷(he)的大(da)(da)規模(mo)接入，發電(dian)(dian)側(ce)、負(fu)(fu)荷(he)側(ce)預測(ce)難度加大(da)(da)。

從負荷(he)側的(de)(de)特點看：（1）工業、交通、建筑等(deng)負荷(he)側電(dian)能(neng)(neng)替代水平大幅提升；（2）能(neng)(neng)源產品和(he)服務需(xu)求(qiu)多樣(yang)化，水、熱、冷(leng)、電(dian)、氣(qi)等(deng)多重能(neng)(neng)源深(shen)度耦合，能(neng)(neng)源梯級利用(yong)(yong)、能(neng)(neng)效診(zhen)斷與(yu)能(neng)(neng)效提升等(deng)綜(zong)合服務需(xu)求(qiu)成為常態；（3）負荷(he)側通過儲能(neng)(neng)、分布(bu)式發電(dian)等(deng)多種(zhong)設備的(de)(de)接入，配網(wang)側從單一、被動(dong)(dong)、通用(yong)(yong)化的(de)(de)能(neng)(neng)源消(xiao)費模式向融合多種(zhong)需(xu)求(qiu)、主動(dong)(dong)參與(yu)、定制化的(de)(de)雙向交互模式轉變，用(yong)(yong)能(neng)(neng)模式由“源隨荷(he)動(dong)(dong)”將向“源網(wang)荷(he)互動(dong)(dong)”轉變；（4）負荷(he)側數據廣泛(fan)交互、價值共(gong)享，通過數字化手段可以實現終端(duan)用(yong)(yong)能(neng)(neng)狀態全面感(gan)知和(he)智慧互動(dong)(dong)；

此外，在未(wei)來城市能源管理(li)系統中，虛(xu)擬(ni)(ni)電(dian)(dian)廠(chang)控(kong)制平臺將在城市配(pei)網(wang)中將廣(guang)泛應用(yong)。城市虛(xu)擬(ni)(ni)電(dian)(dian)廠(chang)通過物聯網(wang)實時匯總終端用(yong)電(dian)(dian)設(she)備(bei)的(de)狀態和需求信(xin)(xin)息，實現對分布式發電(dian)(dian)機組、可(ke)控(kong)負荷、儲能設(she)施實時調控(kong)管理(li)，通過與(yu)(yu)輸電(dian)(dian)網(wang)的(de)信(xin)(xin)息實時交(jiao)互實現電(dian)(dian)力供(gong)需平衡。還可(ke)以(yi)將相(xiang)關(guan)信(xin)(xin)息實時傳輸至(zhi)電(dian)(dian)碳(tan)市場中心和電(dian)(dian)網(wang)調度(du)控(kong)制中心，構建分時、梯度(du)的(de)虛(xu)擬(ni)(ni)電(dian)(dian)廠(chang)群(qun)，主動響應電(dian)(dian)網(wang)調度(du)信(xin)(xin)號(hao)，參(can)與(yu)(yu)電(dian)(dian)力市場交(jiao)易和電(dian)(dian)網(wang)運行。