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曾勇剛 南方電網科學研究院有限責任公司黨委副書記、院長
《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出，“堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐”。
構建以新能源為主體的新型電力系統，是推動能源革命的重要戰略舉措，科技創新在新型電力系統構建中處于核心地位。
新型電力系統的特點與發展階段
以新能源為主體的新型電力系統在源網荷儲各環節都將呈現新的特點：
電源開發將呈現風光新能源為主體、多種清潔能源協調發展態勢。初步測算，到2030和2060年，我國以風光為主的新能源發電量占比將分別超過25%和60%。新型電力系統構建過程中將逐步呈現高比例新能源特性。
終端能源消費“新電氣化”進程加快，能效提升。初步測算，工業、建筑、交通三大領域終端用能電氣化水平將從目前的30%、30%和5%提升至2060年的約50%、75%和50%，數字經濟的快速發展也將推動終端用能電氣化水平進一步提高。電力電子裝備的廣泛應用在提升能效的同時將使需求側電力電子化特征凸顯。
電網支撐新能源大范圍優化配置的平臺作用更加顯著。大電網柔性互聯將進一步提升更大范圍資源配置能力，滿足新能源基地大規模集中開發與跨省區輸送需求；配電網與微電網協同發展將具備更高的靈活性和主動性，實現分布式新能源的高效就地消納。
規模化儲能將加快發展并廣泛應用。高比例新能源并網消納需要合理配置大規模儲能以提高系統的可控性和靈活性。大量電力電子變換器型儲能裝置在增加系統靈活性的同時，也使得系統特性復雜度進一步增加。
電力市場在資源優化配置和市場主體利益協調中的作用更加凸顯。新能源和傳統電源角色發生轉變，需要有高效完善的電力市場支撐，以更高效地協調不同市場主體的利益訴求，實現全要素資源的充分投入和優化配置，這對靈活高效的市場機制設計與實現技術提出了更高要求。
基于新型電力系統的以上特點，從動態發展的角度，我國新型電力系統的構建將大致經歷以下4個階段：第一階段，預計到2030年，新能源裝機占比在各類型電源中居首位，處于相對主導地位，支撐“碳達峰”目標實現；第二階段，新能源裝機占比超過50%，處于主導地位；第三階段，新能源發電量占比超過50%，處于絕對主導地位；第四階段，新能源發電量占比超過60%，全面支撐2060年“碳中和”目標實現。
構建新型電力系統面臨的挑戰
新型電力系統將呈現高比例新能源與高度電力電子化特征，對可靠供電、安全穩定和經濟運行帶來新的挑戰。
電力系統持續可靠供電面臨新挑戰。風光等新能源發電具有較強的隨機性、波動性和間歇性。大規模新能源并網后，不同時間尺度供需平衡調控難度大幅增加，對新能源資源評估與發電預測、電力電量平衡、大范圍資源配置、規模化儲能等技術提出了更高要求。此外，風光新能源高度依賴自然條件，發電設備耐受極端天氣能力脆弱，系統保底供電能力和快速恢復能力面臨更大挑戰。
電網安全穩定運行面臨新挑戰。新型電力系統在延續交直流復雜大電網特征的同時，由于源網荷儲各環節高度電力電子化，將呈現低轉動慣量、寬頻域振蕩等新的動態特征，系統功角穩定、頻率穩定、電壓穩定問題更加復雜。目前構筑于以傳統同步發電機為主體之上的系統運行控制理論與技術，難以滿足新型電力系統安全運行要求，系統基礎理論、分析方法、控制技術亟須全面創新與突破。
電能供應經濟性面臨新挑戰。新能源能量密度小、發電年利用小時數低，且大型新能源基地通常遠離負荷中心，為保障高比例新能源并網消納、系統安全與可靠供電，總體上新型電力系統建設和運營成本將上升。需要先進的數字化技術與電力電子技術提升各環節運行效率，靈活的市場機制釋放源網荷儲各方潛力，將供電成本控制在合理范圍。
科技創新是構建新型電力系統的關鍵支撐
2021年3月16日，南方電網公司印發了《南方電網公司加強國家戰略科技力量建設的實施意見》，明確了高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網的穩定運行控制、超遠距離跨區域大容量特高壓直流輸電等十大重點研發方向和電力系統自主專用芯片等八大產業鏈方向，組建海上風電、先進儲能技術等16個聯合實驗室，成立了交直流串并聯復雜大電網規劃與運行、儲能與可再生能源、數字電網與人工智能等九大科研團隊。南方電網公司將依托以上優勢科技資源，針對構建新型電力系統面臨的挑戰，重點從以下方面開展科技攻關。大規模新能源高效消納技術。
大規模新能源并網消納是構建新型電力系統亟須解決的首要問題。在新能源發電特性方面需突破集中式與分散式風光資源精細化評估技術，新能源發電多時空尺度出力特性分析技術，新能源發電場站和集群精確建模技術，新能源發電監測與預測技術。在新能源消納方面需突破源網荷儲協調規劃技術，概率化電力電量平衡與全景運行模擬技術，電網大規模新能源承載能力提升技術。
遠距離大容量直流輸電與電網柔性互聯技術。為實現大規模新能源在更大區域的優化配置，需大幅提升電網柔性互聯和跨省區輸電能力。在遠距離大容量直流輸電方面依托直流輸電技術國家重點實驗室等平臺，突破大容量高海拔特高壓柔性多端直流輸電技術，遠海風電柔性直流輸電技術。在電網柔性互聯方面需突破數字技術與先進電力電子技術融合的大電網柔性互聯技術，滿足分布式新能源高效并網消納的交直流配電網與智能微網技術。
高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網的穩定運行控制技術。為應對新型電力系統潮流復雜多變，高度電力電子化帶來的挑戰，系統運行控制技術亟須變革創新。需突破高比例電力電子化系統穩定基礎理論，柔性電網多時間尺度仿真技術，特大型交直流串并聯復雜大電網數字化調控技術，新型電力系統安全穩定防控體系重構技術，針對極端天氣及外部攻擊的系統主動防御與快速恢復技術。
先進儲能及應用技術。儲能是提升電網靈活性和新能源消納水平、保障電網安全可靠的關鍵環節。需重點研究支撐大規模新能源柔性并網和分布式新能源開放接入的儲能配置、系統集成與調控技術，源網荷側多類型儲能應用技術，突破新一代先進儲能器件、裝備與回收利用技術，新型/小型化抽水蓄能設計施工與運維技術。
促進新能源消納的電力市場技術。有效電力市場機制在挖掘各類資源調節潛力、促進新能源消納中的作用將更加凸顯。需重點研究適應新能源為主體的多類型市場品種交易機制，促進新能源消納的現貨電能量市場、輔助服務市場交易機制與實現技術，靈活多樣的市場化需求響應交易模式。
需求側響應與虛擬電廠技術。需求側資源參與系統功率整體平衡是新型電力系統安全經濟運行的必然要求。需突破海量多元用戶的供需互動與能效提升技術，規模化靈活資源虛擬電廠聚合調控技術，電熱冷氣多元融合技術，電動汽車與電網互動技術。
數字電網與人工智能技術。數字與物理系統深度融合是新型電力系統顯著特征。需突破電力專用芯片及智能傳感技術，物聯感知及通信技術，數字電網平臺及人工智能技術，數字電網一體化安全防護與支撐技術。
南方電網公司將整合優勢資源，加大關鍵技術的集中攻關、試驗示范、推廣應用，形成具有我國自主知識產權的新型電力系統關鍵技術與標準體系，成為國家戰略科技力量，以科技創新支撐新型電力系統構建，為我國實現碳達峰、碳中和目標貢獻力量。
來源：南方能源觀察
首發于《中國電力報》2021年4月26日第二版
《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出，“堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐”。
構建以新能源為主體的新型電力系統，是推動能源革命的重要戰略舉措，科技創新在新型電力系統構建中處于核心地位。
新型電力系統的特點與發展階段
以新能源為主體的新型電力系統在源網荷儲各環節都將呈現新的特點：
電源開發將呈現風光新能源為主體、多種清潔能源協調發展態勢。初步測算，到2030和2060年，我國以風光為主的新能源發電量占比將分別超過25%和60%。新型電力系統構建過程中將逐步呈現高比例新能源特性。
終端能源消費“新電氣化”進程加快，能效提升。初步測算，工業、建筑、交通三大領域終端用能電氣化水平將從目前的30%、30%和5%提升至2060年的約50%、75%和50%，數字經濟的快速發展也將推動終端用能電氣化水平進一步提高。電力電子裝備的廣泛應用在提升能效的同時將使需求側電力電子化特征凸顯。
電網支撐新能源大范圍優化配置的平臺作用更加顯著。大電網柔性互聯將進一步提升更大范圍資源配置能力，滿足新能源基地大規模集中開發與跨省區輸送需求；配電網與微電網協同發展將具備更高的靈活性和主動性，實現分布式新能源的高效就地消納。
規模化儲能將加快發展并廣泛應用。高比例新能源并網消納需要合理配置大規模儲能以提高系統的可控性和靈活性。大量電力電子變換器型儲能裝置在增加系統靈活性的同時，也使得系統特性復雜度進一步增加。
電力市場在資源優化配置和市場主體利益協調中的作用更加凸顯。新能源和傳統電源角色發生轉變，需要有高效完善的電力市場支撐，以更高效地協調不同市場主體的利益訴求，實現全要素資源的充分投入和優化配置，這對靈活高效的市場機制設計與實現技術提出了更高要求。
基于新型電力系統的以上特點，從動態發展的角度，我國新型電力系統的構建將大致經歷以下4個階段：第一階段，預計到2030年，新能源裝機占比在各類型電源中居首位，處于相對主導地位，支撐“碳達峰”目標實現；第二階段，新能源裝機占比超過50%，處于主導地位；第三階段，新能源發電量占比超過50%，處于絕對主導地位；第四階段，新能源發電量占比超過60%，全面支撐2060年“碳中和”目標實現。
構建新型電力系統面臨的挑戰
新型電力系統將呈現高比例新能源與高度電力電子化特征，對可靠供電、安全穩定和經濟運行帶來新的挑戰。
電力系統持續可靠供電面臨新挑戰。風光等新能源發電具有較強的隨機性、波動性和間歇性。大規模新能源并網后，不同時間尺度供需平衡調控難度大幅增加，對新能源資源評估與發電預測、電力電量平衡、大范圍資源配置、規模化儲能等技術提出了更高要求。此外，風光新能源高度依賴自然條件，發電設備耐受極端天氣能力脆弱，系統保底供電能力和快速恢復能力面臨更大挑戰。
電網安全穩定運行面臨新挑戰。新型電力系統在延續交直流復雜大電網特征的同時，由于源網荷儲各環節高度電力電子化，將呈現低轉動慣量、寬頻域振蕩等新的動態特征，系統功角穩定、頻率穩定、電壓穩定問題更加復雜。目前構筑于以傳統同步發電機為主體之上的系統運行控制理論與技術，難以滿足新型電力系統安全運行要求，系統基礎理論、分析方法、控制技術亟須全面創新與突破。
電能供應經濟性面臨新挑戰。新能源能量密度小、發電年利用小時數低，且大型新能源基地通常遠離負荷中心，為保障高比例新能源并網消納、系統安全與可靠供電，總體上新型電力系統建設和運營成本將上升。需要先進的數字化技術與電力電子技術提升各環節運行效率，靈活的市場機制釋放源網荷儲各方潛力，將供電成本控制在合理范圍。
科技創新是構建新型電力系統的關鍵支撐
2021年3月16日，南方電網公司印發了《南方電網公司加強國家戰略科技力量建設的實施意見》，明確了高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網的穩定運行控制、超遠距離跨區域大容量特高壓直流輸電等十大重點研發方向和電力系統自主專用芯片等八大產業鏈方向，組建海上風電、先進儲能技術等16個聯合實驗室，成立了交直流串并聯復雜大電網規劃與運行、儲能與可再生能源、數字電網與人工智能等九大科研團隊。南方電網公司將依托以上優勢科技資源，針對構建新型電力系統面臨的挑戰，重點從以下方面開展科技攻關。大規模新能源高效消納技術。
大規模新能源并網消納是構建新型電力系統亟須解決的首要問題。在新能源發電特性方面需突破集中式與分散式風光資源精細化評估技術，新能源發電多時空尺度出力特性分析技術，新能源發電場站和集群精確建模技術，新能源發電監測與預測技術。在新能源消納方面需突破源網荷儲協調規劃技術，概率化電力電量平衡與全景運行模擬技術，電網大規模新能源承載能力提升技術。
遠距離大容量直流輸電與電網柔性互聯技術。為實現大規模新能源在更大區域的優化配置，需大幅提升電網柔性互聯和跨省區輸電能力。在遠距離大容量直流輸電方面依托直流輸電技術國家重點實驗室等平臺，突破大容量高海拔特高壓柔性多端直流輸電技術，遠海風電柔性直流輸電技術。在電網柔性互聯方面需突破數字技術與先進電力電子技術融合的大電網柔性互聯技術，滿足分布式新能源高效并網消納的交直流配電網與智能微網技術。
高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網的穩定運行控制技術。為應對新型電力系統潮流復雜多變，高度電力電子化帶來的挑戰，系統運行控制技術亟須變革創新。需突破高比例電力電子化系統穩定基礎理論，柔性電網多時間尺度仿真技術，特大型交直流串并聯復雜大電網數字化調控技術，新型電力系統安全穩定防控體系重構技術，針對極端天氣及外部攻擊的系統主動防御與快速恢復技術。
先進儲能及應用技術。儲能是提升電網靈活性和新能源消納水平、保障電網安全可靠的關鍵環節。需重點研究支撐大規模新能源柔性并網和分布式新能源開放接入的儲能配置、系統集成與調控技術，源網荷側多類型儲能應用技術，突破新一代先進儲能器件、裝備與回收利用技術，新型/小型化抽水蓄能設計施工與運維技術。
促進新能源消納的電力市場技術。有效電力市場機制在挖掘各類資源調節潛力、促進新能源消納中的作用將更加凸顯。需重點研究適應新能源為主體的多類型市場品種交易機制，促進新能源消納的現貨電能量市場、輔助服務市場交易機制與實現技術，靈活多樣的市場化需求響應交易模式。
需求側響應與虛擬電廠技術。需求側資源參與系統功率整體平衡是新型電力系統安全經濟運行的必然要求。需突破海量多元用戶的供需互動與能效提升技術，規模化靈活資源虛擬電廠聚合調控技術，電熱冷氣多元融合技術，電動汽車與電網互動技術。
數字電網與人工智能技術。數字與物理系統深度融合是新型電力系統顯著特征。需突破電力專用芯片及智能傳感技術，物聯感知及通信技術，數字電網平臺及人工智能技術，數字電網一體化安全防護與支撐技術。
南方電網公司將整合優勢資源，加大關鍵技術的集中攻關、試驗示范、推廣應用，形成具有我國自主知識產權的新型電力系統關鍵技術與標準體系，成為國家戰略科技力量，以科技創新支撐新型電力系統構建，為我國實現碳達峰、碳中和目標貢獻力量。
來源：南方能源觀察
首發于《中國電力報》2021年4月26日第二版
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