構建面向碳中和的新型電力系統：厘清挑戰，加速轉型

自2020年9月我國應對氣候變化“雙碳”目標宣布以來，有關政策指引不斷出臺。其中，最引人注目的是進一步將“雙碳”目標納入生態文明建設整體布局，構建清潔低碳安全高效的能源體系，構建以“新能源”為主體的新型電力系統。電力系統是實現碳中和的關鍵領域。中國電力系統產生的碳排放占全部碳排放的40%左右，單位發電量二氧化碳排放約為577g/kWh。在制定全行業減排規劃時，電力系統將發揮舉足輕重的作用，并形成系統性帶動和輻射效應。因此，快速實現低碳化、提早邁入脫碳軌道、最終實現近零碳是中國電力系統發展的必然趨勢，也是構建新型電力系統的目標與要求。

在探索落實這一宏大愿景之前，有必要回顧電力系統的“初心”與“本色”，從其本質特征再出發，才能夠切中挑戰、加速轉型、不負“使命”。

電力的第一個重要特性是供需必須實時平衡。相比其他商品的供需關系，電力的供需平衡關系體現出較為絕對的“實時性”，這一方面是由于電力的生產從物理性與經濟性兩方面衡量，在很大程度上不能或不必存儲；另一方面，電力的需求也在隨時隨地變化和波動，這種供需關系特征決定了電力的生產在很大程度上須隨需而變、即產即消。當供應稀缺時，電力生產的邊際成本會急速攀升，甚至引發供需失衡。

電力的第二個重要特性是用戶的剛性需求。從經濟學角度看電力需求彈性較差，這一特征會隨著經濟發展和生活質量提高而更加顯著。從電力需求側看，兩大天然缺陷也使得電力需求趨于“剛性”。首先，需求側缺乏實時的計量與收費，電力用戶一般無法做到從價格角度進行自身的需求管理或控制，從行業角度看也無法依據電力消費的實時成本對消費行為進行引導或做出供需優化。再者，電力用戶無需與電力供應方事先簽約即可消費電力，目前除了對階梯電價變化有提示之外，用電交易與其他交易不同，無合同上限、預期管理和總量控制，其“剛需”特征不僅在質上表現明顯，在量上也會形成習慣和固有模式。

電力的第三個重要特性是電力網絡的“中介”作用。電網使得電力的大規模、大范圍應用成為可能，而在集中式、大規模電網輸電模式下，物理學定律決定了電力供與需無法實現一對一匹配。電網的效率也會與電力生產能力和電力需求的匹配度形成正比，在電網重載甚至阻塞的情況下，電力需求與電力生產之間會形成較大的信號遲滯。

在以可再生能源為主的新型電力系統構架下，可再生能源比重將不斷提高，電力系統的上述特征將更為突出。簡言之，非水可再生能源輸出的波動性加劇了供需實時平衡的沖突，而綠色電力的供應曲線與電力需求曲線往往形成更高程度的失配。

作為對國計民生有重大影響的基本商品，毫無疑問，電力系統的“初心”是向社會提供可靠、經濟、充分的電力。盡管有數字化、智能化和新型能源及技術突破等現代工業結構給電力轉型帶來的新思路、新機遇，上述電力的“本色”決定了電力系統脫碳進程中有幾個值得重視的疊加效應帶來的挑戰。

一是剛性需求與負荷高速增長疊加。盡管全球眾多經濟體宣布了碳中和目標，全球電力需求仍呈上升趨勢，到2050年需求量將翻番。我國經濟仍處于較高速發展時期，預計到2030年，電力需求約達到11萬億千瓦時，年均增長率約4%。這一較高增長速度使得電力需求的剛性特征更為突出，需要持續不斷擴大的電力生產能力才能滿足電力的需求，而在電力脫碳的前景和要求之下，負荷的增長需要可再生能源以更快、更大規模的開發來滿足。目前，我國提出到2030年風電和太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上，這個目標需要以更有力的行動提高上限，而2/3以上電力增量需由可再生能源承擔。

二是可再生能源大規模開發對電力系統靈活性能力提出更高要求。傳統上，電力系統的靈活性需求來自實時平衡負荷的變化與波動，而非水可再生能源輸出具有強烈的波動性，在電力脫碳場景下，電力系統必須面對實時平衡負荷加大規模可再生能源造成的雙重波動性。這種靈活性需求帶來的挑戰一方面會體現在對高效的、市場化的儲能技術的依賴，另一方面，能源轉型要求煤電大規模退出，化石能源無法或不適合全面承擔靈活性需求響應的任務，對其他需求響應手段提出緊迫要求。

三是更大規模、更長距離穩定輸送的物理挑戰與大規模消納所需機制更新，使得電力系統“硬件”和“軟件”必須同時升級。眾所周知，我國可再生能源的資源分布與電力消納負荷中心在地理上逆向分布，西北及西南地區可再生能源資源豐富，東南沿海及中部地區則是電力負荷高度聚集的中心區域。根據北京電力交易中心的數據，今年6月，在284億千瓦時的交易規模中，包括水電在內的清潔能源共計138億千瓦時，占比達49%，其中絕大多部分屬于跨省調度。未來，預期仍需更大規模的輸電能力，更靈活、可靠的輸電技術，更大范圍跨省區域輸送，以及更靈活的電網資源調度能力。

與此同時，長期實施的傳統發電的保障性收購無益于電力脫碳的推進，在非市場環境下，可再生能源難以體現其邊際成本的優勢。當缺乏市場價格信號時，電力的生產和輸送很難與消納側精確響應和對接，以實現資源的優化配置，這也是未來電力市場的繼續深化改革的方向與重任。

在“構建以新能源為主體的新型電力系統”的全新理念框架下，我國電力系統已經開啟了邁向電力脫碳的征程，不斷嘗試與開展政策試點和結合創新技術的商業模式探索。2020年年底，國務院發布《新時代的中國能源發展》白皮書，目前正在開展多個“互聯網+ ”智慧能源示范項目。國家電網風光儲輸一體化試點的先進技術實踐與探索，破解大規模能源集中并網、集成應用的難題，首創風光儲輸聯合發電技術路線。南方電網以特高壓柔性直流輸電技術支撐大規模能源集中開發與跨省區高效優化配置。今年以來，為促進儲能技術的快速發展，應對大規模可再生能源開發對系統靈活性的挑戰，多個省份先后推出的“新能源+儲能”的發展政策與規定。近期，整縣（市，區）推進屋頂分布式光伏開發試點工作已經開展，將促進分布式可再生能源的快速、大規模發展。

盡管有著多元的嘗試與實踐，但對電力零碳發展面臨挑戰的應對策略，對以新能源為主體的新型電力系統的詮釋，以及對中國未來電力系統發展的態勢，尚缺乏全行業、全方位、多層次、多緯度的深刻共識。因此，在此中國電力系統發展的歷史性時刻，亟需匯聚電力行業的決策精英、頂級專家與學者共同探索未來新型電力系統理念，洞察中國電力系統轉型的關鍵要素，促進以新能源為主體的新型電力系統較佳實踐，共同規劃中國電力脫碳路線圖，加速零碳電力系統愿景的落地。

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