构建新型电力系统 服务碳达峰碳中和

核心提示 在日前闭幕的2021国际工程科技发展战略高端论坛暨第六届紫金论电国际学术研讨会上，众多专家学者交流新型电力系统、能源互联网、电力市场等领域的最新研究成果，群策群力，为加快推动能源电力科技创新、推动碳达峰碳中和目标落地贡献智慧。

8月14到20日，2021国际工程科技发展战略高端论坛暨第六届紫金论电国际学术研讨会在江苏南京举办。研讨会由中国工程院主办，中国工程院能源与矿业工程学部、国网电力科学研究院（南瑞集团）、智能电网保护和运行控制国家重点实验室承办。专家学者围绕“电力系统主动支撑碳达峰碳中和目标”这一主题在研讨会上进行了交流研讨。

碳达峰、碳中和目标下，电力行业是能源转型的主战场

当前，我国已全面启动对碳达峰、碳中和目标的战略研究和路径选择攻关，各行各业都在努力。

目前，我国处于工业化发展阶段，经济发展任务艰巨，电力需求还将刚性增长。在2021国际工程科技发展战略高端论坛暨第六届紫金论电国际学术研讨会上，业内专家普遍认为，要实现碳达峰、碳中和目标，能源行业是主战场，电力行业是主力军。

“实现‘双碳’目标，必须坚持‘立足国情，安全发展，科学创新，务求实效’的原则，认识到能源消费是核心，产业结构调整是关键，化石能源是重点，节能提效是抓手，现代化能源体系建设是目标。”中国工程院院士、中国工程院能源与矿业工程学部主任苏义脑认为，电力行业是实现我国能源转型的主战场，新型电力系统是我国现代化能源体系的重要板块。

国家能源局公布的数据显示，截至2020年年底，我国非化石能源占一次能源消费比重为15.9%，清洁能源发电装机规模占总装机比重接近50%，煤炭消费占一次能源消费比重达57%。随着工业化、城镇化深入推进，我国能源消费总量将在2030年前后达峰。达峰后，电力需求仍将保持增长。

“我国2020年能源碳排放达99亿吨，占全球总量的31%；电力行业碳排放量占我国碳排放总量的37%。几大发电企业均提出2028年之前碳达峰，这要求我们‘十四五’严控新增煤电，‘十五五’不能新增煤电。煤电要转变职能，从提供电量向提供电力辅助服务转变。”中国工程院院士、中国华能集团有限公司董事长舒印彪在会上表示，推动我国电力行业转型要打造零碳电力系统，从深度低碳到零碳，推荐保留一定规模的火电，发电量占比不超过10%，产生的碳排放通过碳捕集、利用与封存（CCUS）技术移除。“火电要发挥托底和应急保障作用，解决新能源发电长周期、季节性波动带来的保供问题。”他说。

“2030至2040年，煤电发电量处于平台期，2040年后煤电发电量加速下降。”中国工程院院士、西安交通大学电气工程学院名誉院长邱爱慈在会上说。她认为，依据“十四五”电力规划初步研究成果的边界条件，到2025年全国非化石能源发电量占比为35.85%，这说明“十五五”时期必须限制化石能源装机和利用小时数，并且上调风电、光伏发电等可再生能源装机增长比例，才能达到2030年非化石能源发电量占比50%的目标。

在邱爱慈看来，我国应该走能源结构调整和可再生能源发展并行之路，即低碳和零碳并行。要在保证安全的前提下，分两个阶段构建适应能源转型目标的新型电力系统：第一阶段对现有电力系统进行改造升级，第二阶段将多类型的大规模储能和氢能作为灵活电源。

优化新型电力系统发展路径，加快相关科技攻关

“碳达峰、碳中和是我国既定的战略目标，但其实施路径需要滚动优化，以新能源为主体的新型电力系统则是实现这一目标最重要的支撑之一。”中国工程院院士、国网电科院名誉院长薛禹胜在研讨会上表示。

在诸多业内专家看来，电力行业不仅要在能源生产侧实现对化石能源的清洁替代，还要在能源消费侧实现电能替代，承接工业、建筑、交通等领域转移的能源消耗和碳排放。目前，在碳达峰、碳中和背景下，电力行业亟需加速构建以新能源为主体的新型电力系统。

薛禹胜认为，构建新型电力系统的过程不仅受到来自新能源大规模接入的挑战，还受到日趋严格的环境约束、市场竞争、社会参与者行为等因素的制约。他表示，愿景中的新型电力系统与非电能源系统、环境系统、社会系统等非电力环节之间的边界条件不再近似不变，不能再按封闭系统来规划与调度，需要将其纳入信息-物理-社会框架内的能源系统框架，在碳达峰、碳中和与能源低碳转型的视野下优化新型电力系统的发展路径。

“随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，风电、光伏发电等新能源将迎来新一轮爆发式增长，2030年风电、光伏发电累计装机要达到12亿千瓦以上，构建以新能源为主体的新型电力系统将至关重要。”中国工程院院士、湖南大学校学术委员会主任罗安在会上说。

他通过主旨报告阐述了高比例新能源友好接入电力系统面临着的稳定控制和智能传感有序管理的挑战，分别介绍了集中式新能源场站宽频带振荡问题及对策研究、集中式新能源场站电压与频率稳定问题及对策研究、分布式微网内部环流与谐振问题及对策、配电网数字电力智能传感与识别问题及对策研究。他认为，频域阻抗法、主动支撑技术、储能技术、电流指纹传感芯片与智能识别技术可以为解决高比例新能源友好接入提供有效的理论方法与科学手段。

今年3月1日，国家电网有限公司发布了国内首个碳达峰、碳中和行动方案，争当能源清洁低碳转型的引领者、推动者和先行者。当前，国家电网公司正深入研究推动构建以新能源为主体的新型电力系统，制定并发布《构建以新能源为主体的新型电力系统行动方案（2021～2030）》，实施新型电力系统科技攻关行动计划。

南瑞集团是国家电网公司重大科研成果产出和电网关键核心装备研制的主力军，依托智能电网保护和运行控制国家重点实验室，加快推进构建以新能源为主体的新型电力系统基础理论研究和关键核心技术攻关。

南瑞集团董事长、党委书记冷俊在会上表示，南瑞集团瞄准碳达峰、碳中和以及新型电力系统建设，在业内率先提出能源的信息物理社会系统（CPSSE）框架和能源-电力-环境协同优化求解方法，着力深化新型电力系统稳定分析基础理论、信息-物理-社会元素的交互及协调机制、主动支撑电网安全稳定运行的新能源发电控制方法等理论研究、源头创新，组织攻关碳管理系统关键技术，为支撑能源清洁低碳转型、服务经济社会发展作贡献。

推进关键技术研究，不断增强电力系统弹性

“能源转型下，供应安全、新能源消纳系统稳定等问题逐渐突出，表明电力系统的安全稳定运行受到威胁。弹性电力系统是应对未来电力系统运行风险的重要手段之一。”邱爱慈在会上提出，能源转型下弹性电力系统的建设需采取“三步走”策略，经过15年的发展建设，最终达到预期目标：在极端事件攻击下，电力系统7天全面恢复，核心区域电网48小时恢复，关键重要负荷不停电。她表示：“目前，我国弹性电力系统发展仍将面临严峻挑战，需要充分考虑新能源发电间歇性、波动性的影响。发展弹性电力系统需要多方形成共识、多学科交叉，需要驰而不息、久久为功。”

会上，智能电网保护和运行控制国家重点实验室主任、国网电科院副院长郑玉平针对新型电力系统保护和运行控制所面临的技术挑战，探讨并提出了三方面技术观点：以新能源为控制主体，提升新型电力系统暂态和动态响应能力；以不受电源特性影响为目标，构建新型电力系统继电保护技术体系；以源网荷高效互动作为新型电力系统运行控制的重要手段。

东北电力大学教授姜涛和博士张儒峰在会上提出，高比例新能源接入对电力系统供能安全提出了更高的要求和更严峻的挑战，未来电力系统需要具有更高的灵活性和韧性，以应对新能源的随机波动和频繁发生的极端自然灾害。他们认为，综合能源系统具有多能耦合与互补特点，灵活性资源丰富且供能安全交互影响，综合协调利用多能灵活性资源构建韧性综合能源系统是实现新能源安全、清洁、高效消纳的重要手段之一，也是能源行业支撑碳达峰、碳中和目标落地的重要技术方向。