新型电力系统内涵解读：总框架与运行形态丨新型电力系统研究

作者：「中大咨询能源事业部」新型电力系统研究组

来源：中大咨询能源Plus

引 言 

2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议中指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。

新型电力系统是什么？为什么要建设新型电力系统？建成新型电力系统有何意义？本篇，中大咨询将简要介绍新型电力系统建设的背景以及意义，通过搭建新型电力系统总框架，描绘新型电力系统运行形态，对新型电力系统进行内涵解读。

一、新型电力系统建设背景

国家战略目标

2014年6月13日，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上明确提出了“四个革命、一个合作”的重大能源战略思想。中国能源需求的压力巨大，能源供给的制约较多，能源技术水平总体落后，能源生产和消费对生态环境损害严重。为解决这些弊端，习总书记提出控制不合理消费、建立多元供给体系、推动技术升级、能源体制改革和推动能源国际合作“四个革命、一个合作”。

2020年，我国向国际社会正式提出碳达峰碳中和目标，构建新型电力系统将有效实现可再生能源较快替代化石能源，有效实现新能源在一次能源生产和消费中占更大份额，有效推动能源绿色发展。通过新型电力系统的建设，将有力促进经济社会全面绿色转型，构建以新能源为主体的新型电力系统，对全面贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略具有重大意义。

电力是主力军

电力行业是碳排放占比最大的行业[1]，据国家能源局统计，2020年我国能源消费产生的二氧化碳排放量占总排放量的88%左右，电力行业占能源二氧化碳排放总量的42.5%左右。电能终端消费比重也正不断提升，2019年达到27%（见图1），根据中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告2020》，预计到2035年这一指标将超过38%。

图 1 2015-2019年我国电能占终端能源消费比重。 资料来源：国家能源局

根据能源基金会《五项策略实现中国2060年碳中和目标》研究， “电力部门脱碳”和“终端用能部门电气化”是两个重要策略[2]（见表1）。

目前“3060目标”已被纳入“十四五”规划建议，中央经济工作会议也首次将做好碳达峰、碳中和工作列为年度重点任务之一。作为排碳的“老大哥”，电力行业的技术革命必不可少。因此，构建新型电力系统在促进碳达峰、碳中和实现的工作中担负着艰巨的使命。

二、新型电力系统的内涵

新型电力系统总框架

新型电力系统提出以后，业内龙头企业、专家纷纷对其内涵进行了探索性解读。南方电网从绿色高效、柔性开放、数字赋能三个方面解读新型电力系统的特征和内涵[3]；中国工程院院士舒印彪认为，新型电力系统特征包括广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控四个方面[4]；国网董事长辛保安认为，新型电力系统需要五个方面的突破，一是创新电网发展方式，二是增强系统调节能力，三是技术攻关，四是满足多元化用能需求，五是凝聚行业发展合力，共同推动新型电力系统向高度数字化、清洁化、智慧化的方向演进[5]；中国发展院院长王彤认为，新型电力系统通过数字化技术，打通源网荷储各环节信息，实现“全面可观、精确可测、高度可控”，有效聚合海量可调节资源支撑实时动态响应[6]。

由此可见，当前行业内对新型电力系统的定义和发展方向仍在探索中，定义或从特征出发，或从能力出发，但均未对新型电力系统的内涵进行全面解构。本次，中大咨询在综合行业内专家观点的基础上，结合深耕能源行业多年的丰富经验，描画了新型电力系统总框架图，框架图分为发展目标、关键要素、系统环节、形态特征和实施要素五大模块（详见图2）。中大咨询认为，新型电力系统是以新能源为主体，以创新为根本驱动力、以数智化为关键手段的新一代电力系统，它通过推动电力生产、传输、消费、储蓄各环节的电力流、信息流、价值流融会贯通和综合调配，建成绿色低碳、安全可控、经济高效、柔性开放、数字赋能的电力系统。

图 2 新型电力系统总框架图

新型电力系统运行形态

图 3 新型电力系统运行形态

在新型电力系统总框架图之下，进一步对新型电力系统三大关键要素、四大系统环节的内涵及相互关系进行细化解剖，形成新型电力系统运行形态（详见图3）。新型电力系统以新能源为主体，并以其五大主体特征体现其主体性；新型电力系统以创新为根本驱动力，包括技术创新、商业模式创新、管理创新和服务创新，其中，技术创新是核心驱动力；新型电力系统以数智化为关键手段，通过数据生产要素，夯实数字化基础、提升数据生产力、实现数据支持业务，推进数字产业化和产业数字化。

传统电力系统由“源网荷”组成，为了清洁电力利用率，平滑清洁电力的间歇性和波动性，稳定电源供应，储能成为关键，传统的“源网荷”电力系统演变为“源网荷储”新型电力系统。源网荷储是新型电力系统的典型环节，通过电力流、信息流、价值流有效融通流动，实现“思维互动”，是新型电力系统的建成体现。

三、新型电力系统建设意义

保障能源安全

当前国家能源安全形势日趋严峻，我国能源结构仍然以煤炭和化石能源为主，仅煤炭单项消耗约占能源消耗总量的58%（见图4），2020年我国石油、天然气对外依存度达73%和43%。构建以新能源为主体的新型电力系统，是降低传统化石能源占比、调整能源结构的一项关键任务。

图 4 我国2019年能源消耗占比。资料来源：Our World in Data，Berkeley Earth，IEA，中大咨询整理

助力“双碳”达成

图 5 2017-2020年中国新能源发电装机容量及占比

在政策和技术的加持下，新能源发电得到良好发展。2017-2020年我国新能源发电装机容量及占比不断提升，2020年累计装机容量达9.81亿千瓦（详见图5）。2020年，我国陆上风电、光伏发电装机规模均位列世界第一，海上风电居世界第二，带动了新能源相关技术和产业快速发展。再对比全球新能源发展，2019年全球风机制造商前15强中，有8家中国企业。从2019年全球光伏企业的营业收入统计情况来看，中国企业占据前10名中的7个席位。得益于如此巨大规模的产业规模，我国企业在新能源开发上保持着先发优势。

随着新能源大规模开发、高比例并网，并逐步取代煤电成为电力供应的主体，必然将大幅度降低碳排放量。构建新能源为主体的新型电力系统成为推动实现碳达峰、碳中和的重要手段。

解决“双高”问题

双高，即高比例可再生能源接入与高比例电力电子设备应用。“双碳”目标要求下，未来10年我国年均新增风、光发电装机容量需不少于7500万千瓦。伴随可再生能源的发展，大量风电、光伏电力电子变换器将接入电网，例如直驱式风电机组变流器、光伏电站和分布式光伏逆变器等[7]。高比例可再生能源主要是具有随机性、波动性、间歇性的新能源，需要提高预测能力、加强电网建设、提高调节能力、提升智能化水平；高比例电力电子设备极大改变了电力系统内部电气特征，需要提高新能源并网要求、更新电力系统控制与保护等二次设备、升级电网调度体系[8]。双高特点使得电力系统的随机扰动性、对网络信息系统的依赖性明显增强，系统可控性降低，安全风险进一步增加。

新型电力系统在建设过程中，可以通过大数据、人工智能等数字化、智能化手段，破解电力系统“双高的问题”。在规划阶段，充分考虑多维复杂因素，与实际模型相结合，提升规划的科学性；在运行阶段，基于数据分析技术，提高新能源电站的“可观、可测、可控”水平，在提高新能源消纳能力的同时，解决电力系统电力平衡的问题；在电网控制方面，通过数字化、智能化手段，提高保护、自动化设备对低惯量系统的适应性，解决大量电子设备带来的稳定控制隐患[9]。新兴数字技术将深入渗透、影响新型电力系统建设，数字技术将“赋能”新型电力系统精准规划、高效运营，有效解决“双高”问题。

四、小结

实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军。构建以新能源为主的新型电力系统是推动能源清洁低碳转型，助力碳达峰、碳中和的关键举措。中大咨询在行业专家的理解基础上，进一步挖掘解析新型电力系统的内涵，提出新型电力系统总框架与运行形态。下期，中大咨询将基于新型电力系统运行形态，进一步介绍新型电力系统以新能源为主体、以数智化为关键手段和以创新为根本驱动力的三大关键要素，敬请期待！

【参考材料】

[1]电力低碳发展呼唤“路线图”：http://www.tanpaifang.com/tanguihua/2020/0716/72506_2.html

[2]能源基金会：https://www.efchina.org/Reports-zh/report-lceg-20200929-zh

[3]数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书

[4]舒印彪出席中国发展高层论坛并发言https://m.thepaper.cn/baijiahao_11827725 

[5]碳中和｜国网董事长辛保安认识的新型电力系统https://www.163.com/dy/article/GFT6TISU05509P99.html

[6]王彤：数字电网在新型电力系统建设中大有可为 

[7]国家电网总法律顾问欧阳昌裕：从五个维度认识新型电力系统https://news.bjx.com.cn/html/20210514/1152653.shtml 

[8]解读｜如何构建新型电力系统http://www.kondai.com/power/news_102.html 

[9]破解“双高”难题，为什么是数字化. 中国能源报

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