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“預計‘十四五’時期，我國陸上風電和光伏發電將全面平價或低于火電，部分地區可實現低價。同時，隨著大規模新能源接入電網，電力系統需要在隨機波動的負荷需求與隨機波動的電源之間實現供需平衡，其結構形態、運行控制方式和規劃建設將發生根本性變革，形成新一代電力系統及新能源電力系統。”中國工程院院士劉吉臻近日在中電聯舉辦的“2020年中國電力技術經濟高端論壇”上表示。

中電(dian)(dian)(dian)聯日前發布的《2020年前三(san)季(ji)度全國(guo)電(dian)(dian)(dian)力供需形勢(shi)分(fen)析預測報告》（以(yi)下簡稱《報告》）顯示，前三(san)季(ji)度全國(guo)電(dian)(dian)(dian)源工程建設完成投資3082億元，同比增(zeng)長(chang)51.6%，其中“風光”發電(dian)(dian)(dian)投資分(fen)別增(zeng)長(chang)138.4%、113.9%。全國(guo)全口徑非(fei)化石能源發電(dian)(dian)(dian)裝機容量合(he)計8.9億千瓦，占全口徑發電(dian)(dian)(dian)裝機容量的42.6%。

新能源(yuan)高比例(li)并網(wang)，將(jiang)給電力系統(tong)帶來哪些挑(tiao)戰？“十四(si)五”時期，如何應對和解決這些挑(tiao)戰？成為專家(jia)熱議的焦點(dian)。

電力結構將更“綠色”

清華大學(xue)氣候變化與可(ke)持續發(fa)展(zhan)研(yan)究院近日聯合(he)印發(fa)的《中國(guo)長期(qi)低(di)碳發(fa)展(zhan)戰略與轉型(xing)路徑研(yan)究》提出，低(di)碳路徑下(xia)，我國(guo)能源消(xiao)費(fei)總(zong)量(liang)(liang)在2030-2035年(nian)之間進入峰(feng)值，“十四五(wu)”期(qi)間非化石能源必須成(cheng)為能源消(xiao)費(fei)增(zeng)量(liang)(liang)主體。

中國工程院院士郭劍波指出，為(wei)了(le)構建清潔低碳(tan)、安全高效的能(neng)源(yuan)(yuan)體系，我國能(neng)源(yuan)(yuan)轉型主要朝兩個方向進(jin)行(xing)：終端(duan)消費側(ce)，電(dian)能(neng)深度替(ti)代化石能(neng)源(yuan)(yuan)；能(neng)源(yuan)(yuan)生產側(ce)，以電(dian)能(neng)形式開發利用新能(neng)源(yuan)(yuan)。

上(shang)述《報告》指出(chu)，截(jie)至今年9月，我國并(bing)網風電(dian)(dian)(dian)2.2億千(qian)瓦，并(bing)網太(tai)陽(yang)能發(fa)電(dian)(dian)(dian)2.2億千(qian)瓦，合計占(zhan)全(quan)(quan)(quan)國全(quan)(quan)(quan)口(kou)徑(jing)發(fa)電(dian)(dian)(dian)裝機(ji)容量(liang)的21.05%；全(quan)(quan)(quan)口(kou)徑(jing)并(bing)網風電(dian)(dian)(dian)和并(bing)網太(tai)陽(yang)能發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)合計5331億千(qian)瓦時，占(zhan)全(quan)(quan)(quan)國規模以(yi)上(shang)電(dian)(dian)(dian)廠總發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)的9.8%。

“根據預測，2030年全國新能源總發電(dian)量占比將達(da)20%，2050年高達(da)48%。未(wei)來高比例新能源電(dian)量的電(dian)力(li)系統將從(cong)局部地區逐步向全國擴展。”郭(guo)劍(jian)波指出。

中電聯行業(ye)發展與(yu)環境資源(yuan)(yuan)部(bu)副主(zhu)任張(zhang)琳表示(shi)，“十四五(wu)”時(shi)期(qi)，“風(feng)光”將(jiang)成為可再生能(neng)源(yuan)(yuan)開發的主(zhu)題(ti)增量(liang)。“根(gen)據預測，2025年風(feng)電、太陽能(neng)發電裝機均突(tu)破4億千瓦，非化石能(neng)源(yuan)(yuan)裝機占比(bi)將(jiang)超(chao)過50%，電力碳排放強度將(jiang)降低5%。”

水(shui)電水(shui)利規劃設(she)計院(yuan)總院(yuan)副長易躍(yue)春指出，按照努力爭(zheng)取2060年前實(shi)現碳(tan)中和(he)的目標，經測算，可再生能(neng)源大約(yue)將占我國(guo)一次能(neng)源消費總量的75%左右。

經濟和安全問題待解

根(gen)據中國人民大學(xue)應用經濟(ji)學(xue)院教授鄭新業提出的“能源不可能三角”理論，任何一種(zhong)能源都(dou)無(wu)法做(zuo)到(dao)既供(gong)給充足，又價格便宜、清潔環保。高(gao)比例的清潔電源并網(wang)后，“經濟(ji)賬”和“安全賬”如何算？

對此，易躍春表示，近中(zhong)期提(ti)升新能源(yuan)消納(na)(na)能力的主要(yao)障礙不(bu)是(shi)技術問題，而是(shi)經(jing)濟(ji)和機制(zhi)問題。“電力系統硬件結構決(jue)定了(le)(le)新能源(yuan)消納(na)(na)潛(qian)力，但政策和經(jing)濟(ji)激勵(li)決(jue)定了(le)(le)消納(na)(na)潛(qian)力能否充分發揮。近中(zhong)期看，‘挖潛(qian)’是(shi)促(cu)進新能源(yuan)消納(na)(na)最(zui)經(jing)濟(ji)、有效的措施。”

目(mu)前，國(guo)家電網經營區域內大型(xing)新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)場站(zhan)4000多個，西北新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)場站(zhan)超1500個，分(fen)(fen)布式(shi)發(fa)電約170萬個。郭(guo)劍波預測(ce)，未來我國(guo)新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)發(fa)電單位將達數千(qian)萬，氣象環境(jing)、運行控(kong)制(zhi)等信號可(ke)達數十(shi)億，系統調度運行極其復雜，控(kong)制(zhi)配置措施(shi)和實施(shi)難(nan)度大。“以某省級(ji)電網為例，在火電最(zui)小技(ji)術出(chu)力50%條件下，新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)消納問(wen)題十(shi)分(fen)(fen)突出(chu)。當新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)發(fa)電量占比達30%時，新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)限電率(lv)將達23%，且(qie)此時已出(chu)現全部(bu)由新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)供電的時段。

“2019年(nian)，國家電網公司經營(ying)區內(nei)(nei)，新(xin)能源(yuan)(yuan)日(ri)最大(da)功(gong)(gong)率(lv)波(bo)動達1.07億千瓦(wa)，占其裝(zhuang)機的31%，預估(gu)2050年(nian)新(xin)能源(yuan)(yuan)日(ri)最大(da)功(gong)(gong)率(lv)將超過(guo)10億千瓦(wa)。”郭劍波(bo)說，“波(bo)動功(gong)(gong)率(lv)與(yu)屆(jie)時常(chang)規電源(yuan)(yuan)火電、水(shui)電總裝(zhuang)機容量相當，僅靠常(chang)規電源(yuan)(yuan)調(diao)節難以應對新(xin)能源(yuan)(yuan)日(ri)內(nei)(nei)功(gong)(gong)力波(bo)動，新(xin)能源(yuan)(yuan)消(xiao)納挑戰(zhan)巨(ju)大(da)。”

“同(tong)時，新能源(yuan)尖(jian)峰出(chu)力(li)(li)功率大(da)、電(dian)(dian)(dian)量(liang)小(xiao)(xiao)，保證尖(jian)峰出(chu)力(li)(li)需(xu)調動巨大(da)的(de)(de)靈活性資(zi)源(yuan)，但對(dui)全(quan)年(nian)發電(dian)(dian)(dian)量(liang)貢獻極(ji)小(xiao)(xiao)。未(wei)來，高比例新能源(yuan)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)統(tong)中保證尖(jian)峰出(chu)力(li)(li)的(de)(de)全(quan)額(e)消納(na)代價(jia)大(da)。”郭(guo)劍波指(zhi)出(chu)，2018年(nian)，新疆電(dian)(dian)(dian)網風電(dian)(dian)(dian)出(chu)力(li)(li)陡增(zeng)至890.5萬(wan)千瓦(wa)，占風電(dian)(dian)(dian)裝機容(rong)量(liang)的(de)(de)46%，持(chi)續時間僅為5分鐘，累計電(dian)(dian)(dian)量(liang)74萬(wan)千瓦(wa)，但對(dui)應的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量(liang)僅占全(quan)天(tian)風電(dian)(dian)(dian)發電(dian)(dian)(dian)量(liang)的(de)(de)3.3%。

安(an)全(quan)方面，郭劍波直言(yan)，新能(neng)(neng)源大規模(mo)接入擠占常規機(ji)組開機(ji)空間，或出現(xian)系統運轉調(diao)頻能(neng)(neng)力下降、無功支撐不(bu)足、電壓(ya)穩定(ding)問(wen)題(ti)突出、越限風(feng)險增加(jia)等問(wen)題(ti)。

靈活電力系統是大勢

對于高比例新能(neng)源電(dian)(dian)力系統(tong)(tong)情景下(xia)電(dian)(dian)力系統(tong)(tong)的變化，郭劍波認為可能(neng)會有兩種(zhong)演化方(fang)(fang)式：通過(guo)改造(zao)新能(neng)源電(dian)(dian)站(zhan)，使(shi)其(qi)具(ju)有同(tong)步(bu)發電(dian)(dian)機的特(te)性；改造(zao)傳(chuan)統(tong)(tong)發電(dian)(dian)站(zhan)使(shi)其(qi)具(ju)有逆(ni)變器(qi)特(te)性，在此方(fang)(fang)式下(xia)，系統(tong)(tong)的穩定性、分析(xi)理(li)論和(he)方(fang)(fang)法都將不同(tong)于傳(chuan)統(tong)(tong)電(dian)(dian)網。

而針對(dui)新能源(yuan)既不(bu)(bu)參(can)與(yu)電力(li)平(ping)衡調節，也不(bu)(bu)參(can)與(yu)電量(liang)平(ping)衡調節的“權責利”問題，郭劍(jian)波表示：“新能源(yuan)發(fa)電因(yin)不(bu)(bu)確定性、邊際成本低等特點，電力(li)電量(liang)總量(liang)充盈與(yu)時(shi)空不(bu)(bu)平(ping)衡矛盾突出(chu)，將(jiang)催生新的商業(ye)模式，市(shi)場(chang)和(he)政策及(ji)只需考(kao)慮新能源(yuan)與(yu)常(chang)規電源(yuan)以及(ji)用戶的配合，協調市(shi)場(chang)內多利益(yi)主體(ti)。”

易躍春指出，未來，數字化和信息化技術將(jiang)被(bei)廣泛應(ying)用，推動系統安全性和靈活(huo)性大幅提(ti)升。電(dian)力(li)系統靈活(huo)性從(cong)目前的(de)(de)發(fa)電(dian)側(ce)(ce)為(wei)主(zhu)向發(fa)電(dian)側(ce)(ce)、電(dian)網側(ce)(ce)、用戶側(ce)(ce)并重轉(zhuan)變，構建(jian)適應(ying)高比例可(ke)再生(sheng)能(neng)源的(de)(de)智能(neng)電(dian)力(li)系統。“另外，可(ke)再生(sheng)能(neng)源加速發(fa)展(zhan)面(mian)臨的(de)(de)空(kong)間(jian)發(fa)展(zhan)約束開始顯現，‘十四五’要關注(zhu)其開發(fa)與國(guo)土空(kong)間(jian)規劃(hua)的(de)(de)銜接。”