电力系统全面转型升级的重大历史机遇——访国家电网有限公司总工程师陈国平

　　《国家电网》：您认为构建以新能源为主体的新型电力系统的重要意义和价值是什么？

　　陈国平：2020年9月，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重提出碳达峰、碳中和目标。该目标是党中央作出的重大决策，关系着中华民族永续发展和构建人类命运共同体。实现碳达峰、碳中和目标的过程是一场广泛而深刻的经济社会变革，在能源供给侧要构建多元化清洁能源供应体系，大力发展非化石能源，重点是加大风力、光伏等新能源发电的开发利用，要求电力系统展现更大作为。2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上提出构建以新能源为主体的新型电力系统，是碳达峰、碳中和目标背景下党中央对电力系统发展作出的最新重大决策。

　　构建以新能源为主体的新型电力系统是习近平生态文明思想的最新原创性成果，是我国能源电力发展的根本遵循。一是凸显了电力系统在碳达峰、碳中和目标实现过程中的关键作用。践行碳达峰、碳中和，能源是主战场，电力是主力军。电力系统是重要的碳排放源，自身承担着较大减排压力，同时需要通过电能替代承接其他行业用能需求，支撑全社会减排。习近平总书记在实现碳达峰、碳中和目标的基本思路和主要举措中特别提出构建新型电力系统，明确了电力行业服务碳达峰、碳中和的重要责任和使命，体现了电力系统在碳达峰、碳中和能源转型中的关键作用。二是明确了电力系统未来发展的目标与方向。实现碳达峰、碳中和目标时间紧迫、任务艰巨、影响广泛，需要全行业迅速统一思想，形成推动能源电力转型的强大合力。构建新型电力系统要求的及时提出，以权威声音解答了建设什么样的电力系统、以何种主体能源建设电力系统等关键问题，为能源电力行业提供了根本行动指南，对实现碳达峰、碳中和目标具有重大而深远的指导意义。

　　《国家电网》：在碳达峰、碳中和目标背景下，构建新型电力系统与落实国家能源安全新战略之间存在什么内在联系？

　　陈国平：2014年，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略，成为指导我国能源转型的行动纲领，引领能源行业发展进入了新时代。基于“十三五”期间能源发展取得的阶段性成果，党中央审时度势提出碳达峰、碳中和目标，为能源革命制定了具体时间表。构建以新能源为主体的新型电力系统，是“四个革命、一个合作”能源安全新战略的最新实践与发展，是碳达峰、碳中和目标背景下能源革命内涵的深化，为电力发展指明了方向。

　　具体而言，在能源供给革命方面，新型电力系统将以新能源为供应主体，同时深度替代其他行业的化石能源使用，对建立多元能源供应体系、保障供应安全具有重要意义。在能源消费革命方面，新型电力系统将通过电能替代实现能源消费高度电气化，有助于提高用能效率、控制能源消费总量，加快形成清洁低碳和节能型社会。在能源技术革命方面，新能源发电广泛替代常规电源将深刻改变电力系统技术基础，转型将全面促进电力技术创新、产业创新、商业模式创新，催生产业升级的新增长点。在能源体制革命方面，构建新型电力系统是一项长期的系统性工程，现有电力结构、发展模式、利益格局均面临革命性变化，要求全面深化电力体制改革，进一步发挥市场在能源清洁低碳转型与资源配置中的决定性作用。能源国际合作方面，我国已成为全球最大的可再生能源市场和设备制造国，新型电力系统的建设将更加有力推动我国可再生能源技术装备和服务“走出去”，为全世界绿色低碳发展、打造能源命运共同体贡献中国力量、中国智慧、中国方案。

　　《国家电网》：如何理解新型电力系统与电网之间的关系？

　　陈国平：电力系统是由发输变配用各领域、源网荷储各环节、技术体制各层面紧密耦合形成的有机整体。电网是连接电能生产与消费的基础平台设施，是电力系统的中枢环节。新型电力系统各方面的变化将更加凸显电网的平台作用，对未来电网的物理形态和技术特征提出了新的要求，具体表现为高度的安全性、开放性、适应性。安全性方面，新型电力系统中各级电网协调发展，多种电网技术相互融合，广域资源优化配置能力显著提升，电网安全稳定水平可控、能控、在控，能够承载高比例新能源、直流等电力电子设备接入，有效保障国家能源安全、电力可靠供应与电网安全运行。开放性方面，新型电力系统的电网具有高度多元、开放、包容特征，兼容各类电力新技术，满足各种新设备便捷接入需求，支撑各类能源交互转化、新型负荷双向互动，是各能源网络有机互联的链接枢纽。适应性方面，新型电力系统的电网与源、荷、储各环节紧密衔接、协调互动，通过应用先进技术并扩展控制资源池，形成较强的灵活调节能力和高度智能的运行控制能力，适应海量异构资源广泛接入并密集交互的应用场景。

　　《国家电网》：在现有电力系统的基础上构建新型电力系统，电力调度面临的主要挑战和机遇有哪些？

　　陈国平：传统电力系统向新型电力系统转型升级的过程中，电力系统的物质基础和技术基础持续变化。一是电力生产结构发生深刻变化。新型电力系统的一次能源供应主体将由稳定可控的煤、气、水等常规能源转向风能、太阳能等新能源。新能源供应与气象环境相关，具有随机、波动、间歇特性，为电源出力引入高度不确定性；新能源资源不能运输或存储，只能就地转换，按照资源分布进行集中或分散式开发，电源总体接入位置愈偏远、愈加深入低电压等级。二是电力系统技术基础发生深刻变化。传统电力系统以交流电技术为基础，常规电源通过机械旋转部件带动同步发电机并网，以机电—电磁耦合作用实现同步运行。新能源机组通过静止式电力电子装置并网，依赖锁相环等控制机制实现同步，交流电力系统同步运行机理由物理特性主导转向人为控制算法主导。三是电力系统控制基础发生深刻变化。传统电力系统的控制对象是同质化大容量常规发电机组，具有连续调节和控制能力，采用集中控制模式。新能源单机容量小、数量众多、布点分散、特性多样，电力电子设备采用基于快速切换的离散控制，使得新型电力系统控制模式发生根本性改变。

　　随着电力系统各方面发生快速而深刻的变化，以新能源为主体的新型电力系统调度运行面临严峻挑战。一是电力平衡保障难度加大。电力系统是一个发用电实时平衡系统，随着出力随机波动的新能源发电占比提升，新能源小发期间电力供应不足和大发期间消纳困难的问题将频繁交替出现。特别是在极热极寒无风、连续阴雨等特殊天气下，新能源对高峰电力平衡支撑有限。例如，2021年1月上旬全国大范围寒潮期间，晚高峰时段新能源出力仅为装机的13%，电力供应保障困难的问题已经显现。二是电网安全运行风险加大。在未来相当长的时间内，电力系统仍将以交流同步技术为主导，而随着新能源发电等电力电子静止设备大量替代旋转同步电源，维持交流电网安全稳定的物理基础被不断削弱，功角、频率、电压等传统稳定问题呈恶化趋势。当前新能源机组抗扰动能力不够强，面对频率、电压波动容易脱网，使故障演变过程更加复杂，存在大面积停电风险。电力电子设备比例不断升高，更宽时间尺度的交互影响加强，出现宽频振荡等新形态稳定问题，电网呈现多失稳模式耦合的复杂特性。三是运行控制模式亟待创新。未来新型电力系统中，控制原理将发生根本性变化，控制规模呈指数级增长，控制对象特性差异极大，运行监视与控制难度加大。供需双侧不确定性增加导致电网未来运行状态可预见性降低，使得现有基于确定性框架的预防控制边界和故障防御策略制定面临很大困难。

　　直面问题、迎难而上，攻克新型电力系统调度控制难题，保障新型电力系统的平稳转型与安全优质运行，是时代赋予电力调度的神圣职责与使命，也是电力调度全面转型升级的重大历史机遇。一是升级电力系统分析认知体系。开展新型电力系统稳定机理认知与分析基础理论研究，建设以全电磁暂态、平台化、智能化为特征的大电网多时间尺度仿真分析手段，对高比例新能源、高比例电力电子设备的“双高”电力系统特性认知更加全面、更加精确、更加高效。二是完善电力系统运行控制体系。促进“大云物移智链”等先进信息通信技术与电力技术深度融合，依托市场化机制充分挖掘源网荷储各方资源控制调节潜力，实现全业务信息感知、全系统协同控制、全过程在线决策、全时空优化平衡、全方位负荷调度，全面支撑新型电力系统运行控制需求。三是强化电力系统故障防御体系。根据新型电力系统特性认知，重构故障防御标准和体系架构。构建运行风险主动防控体系，基于电网全景全频段状态感知，在线评估电网安全态势，通过风险预测、预判、预警和预控，实现安全风险的事前主动防御。发挥电力电子设备调节快速、可塑性强的特点，充分利用丰富的控制资源，通过大范围多资源协同快速紧急控制，增强电网故障的事中防御、事后恢复能力。

　　《国家电网》：在技术条件和市场机制研究方面，哪些工作亟待开展？

　　陈国平：化石能源时代的国际能源竞争是资源的竞争，新能源时代的竞争是核心技术的竞争。世界上主要国家和地区均将能源技术视为新一轮科技革命和产业革命的突破口。传统电工理论与技术在构建新型电力系统过程中面临瓶颈，迫切需要新理论、新方法、新材料与新设备的支撑，必须以科技创新为引领，为新型电力系统发展提供源源不断的内生动力。能源电力行业具有技术资金密集的特点，存量系统庞大，转型不能“急刹车”“急转弯”，近期应重点挖掘先进成熟技术潜力，支撑新能源快速发展，同时集中科研力量开展关键基础理论、颠覆性技术攻关，为未来构建新型电力系统做好技术储备。需要突破的基础理论包括新型电力系统供需平衡理论、“双高”电力系统过渡过程及稳定性认知分析理论、广域分散协同优化控制理论等；近期急需的应用技术包括新能源机组及储能主动支撑“构网”技术、远距离海上风电及汇集送出技术、“双高”电力系统仿真评估技术、源网荷储资源协调控制技术等；未来构建新型电力系统的颠覆性技术包括高效电氢双向转换、大容量低成本储能、高效碳捕捉与循环利用、柔性直流组网技术等。

　　能源电力是国民经济的重要基础行业，电力价格的变化对经济社会发展影响巨大。新型电力系统的构建是对传统电力系统的全方位变革，会带来一定的转型成本，必然会传导到电力价格中去。必须算好转型经济账，深化电力体制改革，科学设计市场模式，合理构建电力价格形成及成本疏导机制，为构建新型电力系统提供有力的体制与资金保障，确保为经济社会发展提供绿色经济优质的电力。一是研究建立科学合理的电价体系，全面分析新能源大规模发展带来的系统成本上升问题，保持合理电价水平。推动建立以节约能源为导向的电价机制，抑制不合理的能源消费，推动能源转型和节能提效。出台抽水蓄能、电化学储能价格形成机制和可中断负荷电价机制。二是持续推进电力市场建设，研究建立促进新能源消纳的市场机制，加快构建全国统一电力市场，完善辅助服务市场，引导抽蓄、储能、可中断负荷等参与系统调节。研究微电网、新能源汽车等参与电力市场交易的机制。三是推动碳市场和电力市场协同发展，将电能价格与碳排放成本有机结合，发挥两个市场相互促进、协同互补作用，提高清洁能源的市场竞争力，助推碳减排技术快速进步。

　　《国家电网》：未来发电侧、电网侧和用电侧的生态图景如何？电网企业如何更好地发挥作用？

　　陈国平：构建新型电力系统将催生大量新技术、新业态，未来发电侧、电网侧、用电侧均将出现全新生态图景。发电侧加快西部、北部新能源集中开发与东中部分布式新能源开发，东部海上风电由近海逐步向远海拓展；新能源既是装机主体、电力与电量供应主体，也是责任主体，具备相当程度的主动支撑、调节与故障穿越能力；水电、核电、生物质等清洁能源协同发展，非化石能源资源禀赋得到充分发挥；化石能源电源的功能变为兜底保障、调节与支撑。电网侧向适应电力生产与消费结构变化的新形态转变，西部、北部大型清洁能源基地向东中部负荷中心的输电能力进一步提高；微电网、海上风电汇集和大规模柔直等新型组网技术快速发展，交直流混联大电网与多种形态电网并存；现代智慧配电网快速发展，支持分布式新能源、电动汽车、储能等设备海量接入，满足功率双向流动和多元负荷用电需要。用电侧分布式电源广泛存在，负荷从单一用电“消费者”变为发用电一体“产消者”；电、冷、热、气等多种能源相互耦合、灵活转换，负荷呈现明显差异性和互补性，可以提供相当程度的调节与支撑能力。

　　电网是电力系统的中枢环节，电网企业在构建新型电力系统的过程中必将扮演极为重要的角色，应当多方面发力，积极服务和支撑能源转型。一是加快开放型智能电网建设，提升新能源承载能力。加快建设跨省跨区输电通道，建设大电网、构建大市场，并同步加强送受端交流电网、扩大联网规模以承载跨区大规模输电需求。发展现代智慧配电网，提升城乡配电网电气化高承载力。积极推动分布式微电网建设，促进多元化源荷即插即用与分布式新能源的就地消纳。二是强化源网荷储协调发展，保障新能源高效利用。推动合理安排新能源发展规模、布局和时序，促进新能源与电网、新能源与灵活调节电源协调发展。尽早启动并加快抽蓄电站建设，大力推动非抽蓄储能发展，提升系统调节能力。以并网技术标准为抓手，着力提升新能源机组主动支撑能力。三是推动多能互补与电能替代，服务终端消费电气化。发挥电网中枢作用，加强多种能源的相互转换、联合控制、互补利用，提升能源综合利用效率。积极服务并聚合电动汽车、用能终端、储能设备等，发挥负荷集群规模效应，参与电网运行控制。多领域、多维度推进电能替代，提升终端消费电气化水平。四是开展关键技术装备攻关，占据自主创新制高点。与政府、高校、产业上下游协同，联合打造“政产学研用”深度融合科技创新体系，加强新型电力系统基础理论研究，集中突破新型电力系统运行控制等关键技术以及大规模储能等颠覆性技术，合力攻关核心技术装备，推进科技示范工程建设，全面提升国产电工电气技术装备水平。五是推动碳电市场体系建设，加快绿色能源价值实现。研究绿证、碳交易机制及其与电力市场的耦合方式，推动构建适应高比例新能源发展的市场模式，实现储能和其他电源对支撑新能源发电的辅助服务价值回报，从经济上保障新型电力系统的建设与运行，同时汇聚各方力量促进新机制、新业态的创新和融合。

　　（转载自《国家电网》杂志2021年第5期）