王志軒：新型電力系統(tǒng)構建論綱

我國力爭在2030前實現(xiàn)二氧化碳達峰，在2060前實現(xiàn)碳中和的目標（簡稱“3060”目標）已經(jīng)確定。2021年3月15日，中央財經(jīng)委員會第九次會議研究實現(xiàn)碳達峰、碳中和的基本思路和主要舉措，會議指出要“構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”（簡稱“構建新型電力系統(tǒng)”）。近半年來，國內外眾多能源電力智庫及專家、學者從不同出發(fā)點、不同目的、不同角度、不同層面開展了眾多研究，但構建新型電力系統(tǒng)具有高度復雜性，涉及法規(guī)、政策、體制、技術及框架構建等各個方面，這一領域的研究整體上處于前期探索階段。凡事預則立，不預則廢，構建新型電力系統(tǒng)的“預”就是要做好“頂層設計”，且“構建”就有“頂層設計”之義。頂層設計是“綱”，綱舉目張，“綱”包含了構建中國特色的新型電力系統(tǒng)的基本定位、基本特色、基本功能、基本機制、基本動力、基本進程、基本保障等。

基本定位

第一，構建新型電力系統(tǒng)是“國之大者”。中央財經(jīng)委員會第九次會議提出，實現(xiàn)“3060”目標“是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體”。習近平總書記講，要把碳達峰碳中和納入經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)文明整體布局。同時，能源本身就是國之大者，而電力是能源的核心。因此，構建新型電力系統(tǒng)就是“國之大者”，對其開展深入研究，不是要不要“構建”，而是堅決貫徹執(zhí)行和如何“構建”好的問題。

第二，構建新型電力系統(tǒng)是電力發(fā)展的必然。電力系統(tǒng)從來沒有停止過創(chuàng)新發(fā)展和更新?lián)Q代。當前，正在進行著第三代電力系統(tǒng)的建設和完善（《中國電力百科全書綜合卷》2014年5月第三版）。從生態(tài)文明建設需要、人類可持續(xù)發(fā)展需要、共建人類命運共同體需要、中國新階段高質量發(fā)展的需要看，構建新型電力系統(tǒng)是必然趨勢。

第三，構建新型電力系統(tǒng)的目的是電能生產(chǎn)和消費系統(tǒng)實現(xiàn)零碳（近零碳）排放。正在變革中的中國電力系統(tǒng)，電能生產(chǎn)仍然是化石能源為主體，消費的電能仍然是高碳/中碳電能。而新型電力系統(tǒng)是新能源為主體，非化石能源占絕對主導，低碳化的少量化石能源作安全穩(wěn)定保障的系統(tǒng)，消費的電能是低碳/近零碳電能，這一定位是新型電力系統(tǒng)頂層設計的核心。

第四，新能源“主體”應是數(shù)量主體、功能主體和責任主體。新能源在電力系統(tǒng)中數(shù)量占比大小固然重要，但不能單純從新能源發(fā)電裝機或者發(fā)電量的數(shù)量占比大小來判斷是否為主體能源，而是要在安全經(jīng)濟目標前提下，從電力系統(tǒng)整體功能實現(xiàn)上來判斷新能源是否成為主體能源。

第五，新型電力系統(tǒng)的主要約束是能源安全下的系統(tǒng)經(jīng)濟性。新能源發(fā)電主體主要是指太陽能和風電（不排除在個別地區(qū)生物質發(fā)電、地熱發(fā)電比太陽能、風能更具有開發(fā)利用價值）。例如光伏發(fā)電技術早在幾十年前已經(jīng)成熟，但因成本過高，主要用于特別場合。當今，光伏、風電成本顯著下降，在發(fā)電上網(wǎng)環(huán)節(jié)已經(jīng)可以與化石能源同臺競爭。但是，新能源接入電網(wǎng)節(jié)點時的成本并不是終端用戶電能成本。當新能源為主體時，要從系統(tǒng)成本的大小看是否與化石能源具有競爭性。系統(tǒng)成本包括但不限于:發(fā)電環(huán)節(jié)成本（接入電網(wǎng)前成本）、電網(wǎng)為消納新能源進行的升級改造成本、電力系統(tǒng)新風險防范如戰(zhàn)略備用電源和長周期儲能系統(tǒng)等成本等。即便新能源發(fā)電不接入電網(wǎng)，但用戶仍需要電網(wǎng)提供安全用電保障時，起保障作用的電力系統(tǒng)成本也應計入。同時，應當將新能源的正外部性效益（即把低碳和資源節(jié)約等對社會公共利益的好處）在總成本中扣除。

基本特色

第一，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)之上構建新型電力系統(tǒng)。中國是后發(fā)國家，經(jīng)過幾十年的努力，已經(jīng)建成世界上規(guī)模最大、技術水平總體先進、部分領先的現(xiàn)代電力系統(tǒng)。中國構建新型電力系統(tǒng)不是在幾十年前“一窮二白”一張白紙的基礎上構建，不能“先破后立”，而是要在現(xiàn)代電力系統(tǒng)基礎上逐步升級換代成新型電力系統(tǒng)。

第二，在全國一盤棋原則下構建新型電力系統(tǒng)。中國是一個14億人口的大國，也是一個能夠集中力量辦大事的大國，更是一個有著人類命運共同體理念的負責任大國。同時，在能源資源不平衡、能源消費不平衡、自然環(huán)境差別大的廣袤國土之內，新能源發(fā)電具有顯著的時、空特點，大范圍優(yōu)化配置與就地平衡配置并舉是必然之舉，因此，必須堅持系統(tǒng)思維，在全國一盤棋內構建新型電力系統(tǒng)。

第三，“壓縮型”減碳進程中構建新型電力系統(tǒng)。發(fā)達國家能源電力轉型基本上是自然進程。中國要用發(fā)達國家不到一半時間完成由高碳電力系統(tǒng)過渡到低碳（近零碳）電力系統(tǒng)，必然是“壓縮型”低碳轉型。作為世界上電力生產(chǎn)量和消費量都是第一的大國，從電力轉型基本規(guī)律看，必然是快速漸進與合理超越相結合的進程。這就需要一方面要充分汲取全人類能源轉型經(jīng)驗，另一方面，決不能照搬任何一個國家的整體性、系統(tǒng)性經(jīng)驗。需要注意的是，世界上本來就不存在模板意義上的國家層面“新型電力系統(tǒng)”，中國提出構建新型電力系統(tǒng)是一項基于國情的偉大創(chuàng)新。

第四，在生態(tài)文明框架和能源安全新戰(zhàn)略基礎上構建新型電力系統(tǒng)。構建新型電力系統(tǒng)已有堅實基礎。一是中國電力供需矛盾由長期短缺發(fā)展為近幾年的在綜合實力上可以支撐整體供需平衡。二是自2006年中國《可再生能源法》頒布以來，尤其是黨的十八大以來，在習近平生態(tài)文明思想和能源安全新戰(zhàn)略指引下，加快新能源發(fā)展和強化能源安全的法規(guī)、政策、標準不斷完善。特高壓技術和工程、電力系統(tǒng)智能化建設、分布式能源發(fā)展等不斷取得新進展，以光伏、風電為代表的新能源發(fā)電成就巨大，以電動汽車充換電、化學電池為代表的新業(yè)態(tài)以及抽水蓄能、新型物理儲能等技術、工程積極推進，煤電機組靈活性改造也為促進新源消納發(fā)揮了巨大作用。三是《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》和《電力系統(tǒng)技術導則》新修訂后頒布實施，為加快新能源建設及解決新能源發(fā)展過程中電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提供了新的技術遵循。

基本功能

第一，滿足國民經(jīng)濟和社會發(fā)展需求。隨著我國現(xiàn)代化建設持續(xù)推進，經(jīng)濟社會發(fā)展對能源需求將顯著呈現(xiàn)以電能為主的特征。當前，中國終端能源消費中天然氣占比僅7.8%（發(fā)達國家占比約25%），電能消費占26%左右（比發(fā)達國家平均水平略高）。要使中國能源消費清潔化，大力、持續(xù)提高天然氣占比并不是最佳選項：一是天然氣成本總體太高，二是對外依存度高，三是天然氣也是化石能源。因此，在大力發(fā)展新能源背景下，提高電能在終端能源消費占比是最佳選擇。綜合我個人和多個機構預測，我國人均用電量到2060年碳中和時將比2020年的5320千瓦時還要翻一番。在用電結構上人均生活用電量、第三產(chǎn)業(yè)用電量比重將會不斷提高。尤其是信息傳輸、軟件和信息技術服務、新能源車輛整車制造、太陽能、風能設備制造業(yè)、充換電、儲能等新業(yè)態(tài)用電量增長會更快。

第二，滿足合理的電力安全需求。人類使用電能初期，電氣化的標志之一是電燈，即便當時電能質量不高、停電頻繁，但人們可以方便用蠟燭或者油燈替代，并不會對生活造成大的影響。當電能普遍用于公共事業(yè)、工業(yè)動力時，電能短缺對經(jīng)濟社會的影響顯著增加。當終端能源以電能（包括以新能源發(fā)電電解制氫）為主時，電能將滲透到經(jīng)濟、社會、文化的各個方面，全面影響到人類的衣食住行及工作、信息溝通、社交、文化等領域，成為像空氣一樣須臾不可離開的基本物質，其重大電力安全風險將成為國家和人民難以承受之重。因此，電力安全水平隨著人民生活水平的提高而進一步提升，同時，電力安全水平與經(jīng)濟承受能力的關系更為密切，滿足不同用戶的合理電力安全需求也非常重要。

新能源的隨機性、不穩(wěn)定性、間歇性特點是電力供應安全風險的主要根源，在數(shù)字化智能化平臺之上建立的電力控制及運行系統(tǒng)，被黑客和敵對方攻擊的風險也是重大新型電力安全風險，二者疊加更具有破壞性。雖然在理論上，在現(xiàn)有的技術條件下，只要不惜經(jīng)濟代價是可以防范重大風險的（如再備份一個以化石能源為主體的電力系統(tǒng)），但是，不惜經(jīng)濟代價的前提在決策和實施過程中是不成立的。所以，新型電力系統(tǒng)構建要同步深化新型風險研究和防范，重構電力安全理論和防范風險體系。

第三，滿足生態(tài)環(huán)保新要求。在第三代電力系統(tǒng)建設中，中國煤電大氣污染物控制已經(jīng)達到世界領先水平。二氧化硫、氮氧化物、顆粒物三項常規(guī)污染物的年排放總量全部加起來不到200萬噸，低于美國煤電污染物總排放量（我國煤電發(fā)電量是美國2.5倍左右）。從生態(tài)環(huán)境要求看，電力常規(guī)污染物控制已經(jīng)不是中國污染排放控制的主要任務。且由于煤炭用量逐步減少，從整體上看煤煙型污染物對環(huán)境造成的影響會越來越小。

但從局部看，由于燃氣輪機發(fā)電還要繼續(xù)較大發(fā)展，且主要集中在城市，其排放的氮氧化物對局部環(huán)境質量的影響還需密切關注和嚴格控制。

從宏觀上看，新能源發(fā)展中會產(chǎn)生由新材料生產(chǎn)、設備制造、設施建設運行、設備退役等新的生態(tài)環(huán)境問題；同時，與新能源發(fā)展相配套的化學電池生產(chǎn)、運行、服役期滿后的污染物處置問題也逐步加重。這些都需要在新能源發(fā)展中同步做好生態(tài)環(huán)境管理。

基本機制

新型電力系統(tǒng)的基本要素包括，電源、電網(wǎng)、負荷、儲能、戰(zhàn)略備用幾個部分。與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)比，不僅是增加了“儲能”和“戰(zhàn)略備用”，而且原有的要素也發(fā)生了質的變化。新型電力系統(tǒng)運行的基本機制可以簡要歸類為三個方面，即多元化電源支撐，大電網(wǎng)與分布式微網(wǎng)并舉的供需耦合機制，新電力安全風險防范機制。

第一，新能源為主體的多元電源支撐體系。大力、有序發(fā)展新能源。這是構建新型電力系統(tǒng)的核心。不論從指導思想上、戰(zhàn)略布局上以及重點工程措施上，都是要圍繞新能源發(fā)展這主題做工作。新能源與其他能源發(fā)展的關系猶如中藥方中各味藥之間的“君臣佐使”的關系，新能源為“君”，其他主要是為“君”發(fā)揮作用而提供各種功能，從而構成安全、低碳、經(jīng)濟的電能供應系統(tǒng)。新能源為“君”并不意味著無序盲目發(fā)展。電力系統(tǒng)本身就是一個嚴格按照物理規(guī)律運行的人工系統(tǒng)，無序發(fā)展不僅給電力系統(tǒng)帶安全穩(wěn)定風險，而且會嚴重影響到新能源自身快速健康發(fā)展。

第二，大電網(wǎng)與分布式微網(wǎng)并舉，智能化與市場化支撐的供需耦合機制。隨著新能源發(fā)電比重逐步提升，電力系統(tǒng)中發(fā)、輸、變、配、用各要素逐步發(fā)生變化，新問題不斷出現(xiàn)，應對新問題的措施也不斷加強，以解決問題為導向電力系統(tǒng)也逐步改變。

電能的生產(chǎn)、輸送及消費方式的重大變化，使得新型電力系統(tǒng)的運行機制與傳統(tǒng)“源隨荷動”的電力系統(tǒng)相比發(fā)生重大變化，傳統(tǒng)電力運行控制的漸變性規(guī)律向非線性、突變、非典型規(guī)律變化。如在能源危機及電力供需矛盾以短缺為主的時代，電力需求側（“荷”側）管理手段，可以一定程度減輕電力供應側（“源”側）壓力，從而達到能源資源的節(jié)約配置的目的。在新能源大力發(fā)展初、中期，通過市場手段使電力需求方自愿響應電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行要求調節(jié)或轉移負荷，以提高新能源電能利用率。隨著新能源滲透率不斷提高，電力系統(tǒng)的復雜性越來越大，供需雙方不斷融合，需求響應機制也發(fā)生重大變化，轉變?yōu)樵诟叨戎悄芑?、高度市場化支撐的對源網(wǎng)荷儲備進行一體化管理的機制，也可稱之為供需耦合機制。第三，新風險防范機制。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，為了防范電力安全風險在相關規(guī)定中有明確的電源備用要求，但這些備用電源基本上指的是檢修備用、事故備用、負荷備用。備用總容量根據(jù)系統(tǒng)可靠分析確定，一般為電力系統(tǒng)最高負荷的25%~30%，這些備用在新型電力系統(tǒng)發(fā)展過程中仍將繼續(xù)存在，但具體要求應根據(jù)系統(tǒng)變化進行調整，使之能夠滿足變化了的日常電力系統(tǒng)運行的要求。

所謂戰(zhàn)略備用，是筆者為了解決非傳統(tǒng)電力安全問題而提出的。如在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，長時間、大范圍的陰雨天對電力系統(tǒng)的“源隨荷動”機制并不構成電力供應風險（或者風險很?。?，但在新能源主體的電力系統(tǒng)中，由于新能源發(fā)電與氣象要素的必然關聯(lián)性，如連續(xù)的、大面積陰雨天對光伏發(fā)電有極其重大影響，主要用于解決新能源發(fā)電日周期內的隨機性、波動性儲能措施，無法應對“灰犀牛”“黑天鵝”類重大電力供應風險。應對重大新型電力安全風險，必須要有“戰(zhàn)略備用”發(fā)電容量資源，以及配備一定的中、長周期儲能設施。

對此，在新型電力系統(tǒng)構建中，要對風險防范進行分級分類，以確定新型電力系統(tǒng)的技術邊界、成本邊界、責任邊界。

一是要對電力用戶進行電力風險防范的分類分級，依據(jù)分類分級提供相應等級的電力風險防范。從降低全社會成本角度看，對有的電力用戶應比現(xiàn)在的安全防范要求更高，但對另一些電力用戶則可以降低安全防范等級，甚至可以較長時期（如多天甚至數(shù)月）中斷電力供應。

二是要研究確定不同主體（各級政府、電力企業(yè)、用戶）的電力風險防范責任。大電網(wǎng)必須更加強大，但要明確功能，它是解決全局性（區(qū)域性）、重大性、節(jié)點性、支撐性電力安全的堅強保障，要由中央政府層面來管理，萬萬不可粗心大意，進一步優(yōu)化電網(wǎng)大范圍能源資源配置的能力。而中等范圍、局部的電力安全責任，將更多地由地方政府、分布式微電網(wǎng)承擔，將安全風險分級、分散到各個更小的單元。

三是根據(jù)安全等級不同，確定風險防范措施及相應的電能價格。在一定意義講，新型電力系統(tǒng)就是一個分散電力安全風險的系統(tǒng)，使大、中、小電力安全風險能夠經(jīng)濟、有效、快速、協(xié)調解決，使國民經(jīng)濟和人民生活的影響減少到最低程度。

基本動力

創(chuàng)新是構建新型電力系統(tǒng)的基本動力。人類利用太陽能從古至今沒有間斷，但是太陽能真正稱其為新能源是以現(xiàn)代綜合性技術應用為標志的。所以，新能源之“新”是指新技術應用而不是指能源本身。同時，新型電力系統(tǒng)之“新”也不僅指“形態(tài)”之新，而是電力系統(tǒng)的一系列創(chuàng)新之“新”，包括傳統(tǒng)電源、電網(wǎng)、用電、儲能等的創(chuàng)新，不僅是技術創(chuàng)新而且包括管理創(chuàng)新。

新型電力系統(tǒng)所需的技術創(chuàng)新面臨著全新的挑戰(zhàn)。一方面是現(xiàn)有技術如何應用在新型電力系統(tǒng)之中以解決當前的實際問題，另一方面要構建型電力系統(tǒng)運行新理論體系，在新理論體系下推進更大的新術創(chuàng)新。面對碳中和的偉大歷史使命，現(xiàn)有成熟技術不足以支撐全面實現(xiàn)碳中和要求，這需要電力系統(tǒng)持續(xù)不斷進行技術創(chuàng)新，尤其是呼喚顛覆性技術的出世。

基本進程

新型電力系統(tǒng)構建必然貫穿于整個碳達峰、碳中和進程。由于新型電力系統(tǒng)構建是與各種要素之間互相協(xié)調配套的，不會發(fā)生先建一個新型電力系統(tǒng)，然后各要素再歸其位的情況。所以，在這個過程中，新型電力系統(tǒng)將逐步由化石能源電源為主導的電力系統(tǒng)，轉換為化石能源與新能源在功能主體上各占半壁江山的電力系統(tǒng)，再轉換成以新能源主體的新型電力系統(tǒng)。從時間段上看，2035年左右是智能電網(wǎng)為主要特征的新能源與化石能源各占半壁江山的系統(tǒng)，此后電力系統(tǒng)加快向新能源為主體的形態(tài)轉變，到碳中和階段，新型電力系統(tǒng)實際上演變成了一個高度智能化的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

基本保障

深化電力體制改革是構建新型電力系統(tǒng)的基本保障。不深化電力體制改革，就難以推動新型電力系統(tǒng)構建?？傮w思路是要回歸電能的商品屬性的主體地位，包括電能質量（時空特性和物理特性）屬性，同時，要在商品屬性和電能的公共屬性之間劃好界線。在發(fā)揮好市場配置資源的決定性作用的同時，政府之手也要更加發(fā)揮好作用。中國實現(xiàn)碳中目標必然是“壓縮型”進程，如果沒有發(fā)揮好政府的作用，要么是政策遲滯、要么政策冒進，都會影響轉型的進程和質量。

中國新型電力系統(tǒng)發(fā)展猶如一個充滿生機活力的少年，而政策（包括規(guī)劃、標準等）猶如鞋子，太小、太大都不行，解決問題的辦法必然是經(jīng)常換適合的新鞋，這就要求政策制定在方向和原則上體現(xiàn)出穩(wěn)定性，在具體內容上和出臺時機上要有一定靈活性和即時性。既要發(fā)揮好政策在促進新型電力系統(tǒng)發(fā)展中的“推動”而不是“沖動”作用，又要發(fā)揮好“阻尼”而不是“阻力”作用。