探路新型电力系统 | 新能源发电向第一电源转身

碳达峰与碳中和是国家战略、全球共识。我国提出“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”的战略目标，彰显大国应对气候变化的担当，也是推进国内经济高质量发展、构建人类命运共同体的关键。

今年3月15日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议，对推动碳达峰、碳中和作出全面动员和系统部署，并明确指出要着力构建以新能源为主体的新型电力系统。

新型电力系统的构建是一项系统工程，将重新构建电力生产、消费、储运格局，将改变不同能源主体的功能定位，改变电网调度运行模式和商业模式，将形成源网荷储一体化的新商业形态。

当前，新型电力系统的构建正在凝聚更广泛的行业共识。本期封面文章，《能源》杂志探路新型电力系统的构建路径，探究系统性变革下的困境和解决方案，并分别以甘肃和德国为样本呈现高比例可再生能源系统的运行生态。

新能源发电向第一电源转身

新能源与煤电之间是共生、互补，而绝不是替代关系。这种关系可能未来还将延续很长一段时间。

（来源：微信公众号“能源杂志” ID:energymagazine 文 | 武魏楠）

我国当前电源结构、电网结构均以煤电为主体构建，在新型电力系统的构建过程中，煤电面临着加速由基本电源、主力电源向支撑性、调节性电源转变。

从当前的能源装机结构看，煤电无论是装机比例，还是发电量比例，都占据着绝对的主导地位。“十三五”期间，煤电发电量占比保持60%以上，煤电装机占比在50%左右。压减煤电是建设新型电力系统绕不开的话题。

新能源向第一电源转身

在以新能源为主体的电力系统中，新能源装机占比、发电量占比将大幅提升。

根据落基山研究所（RMI）、能源转型委员会（ETC）《电力增长零碳化（2020-2030）：中国实现碳中和的必经之路》预测，2030年中国全社会用电量至少达到10万亿千瓦时，风光发电量为2.5万亿千瓦时；风电和光伏装机分别为8.7亿千瓦和8.54亿千瓦。

按照2030年煤电装机10亿千瓦、4000小时年发电量测算，2030年煤电发电量占比仍会在40%左右。

考虑当前太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能、氢能和水能等非化石能源的技术经济性、资源禀赋，风电、光伏是未来新型电力系统主要的生产主体。

全球能源互联网发展合作组织的研究认为，2025年中国电源总装机达到29.5亿千瓦，其中清洁能源装机17亿千瓦，占比57.5%。2030年、2050年、2060年，中国清洁能源装机将分别增至25.7亿、68.7亿、76.8亿千瓦，分别占比67.5%、92%和96%，实现能源生产体系全面转型。对于煤电而言，我国煤电总量应控制在2025年达到峰值，2050年电力系统要实现近零排放，2060年煤电完全退出。

另一个不可忽视的问题是，随着可再生能源在电力系统中的权重增加，风电、光伏总装机的规模可能要远远高于用电负荷。卓尔德(北京)环境研究与咨询中心首席能源经济师张树伟认为，如果新能源发电量占比超过60%，电力系统总装机至少是最高负荷的4倍以上。”

国家电网能源研究院新能源与统计研究所所长李琼慧认为，基于风电、太阳能的波动性、间歇性，高比例新能源系统对灵活调节资源需求激增。燃煤机组灵活性改造、燃气机组、抽水蓄能、电化学储能、大电网跨区输电通道、用户侧可中断可调节负荷和氢能等将承担重要的调节功能。其中，新型储能在发展潜力、调节特性、响应时间、利用灵活性等方面都具有一定优势。同时，新能源开始步入高比例时代，需要承担类似于传统电源的保障电网安全稳定运行的责任与义务。

风光与煤电互补，而非替代

最近两年，中国、欧洲、美国连续发生极端天气造成的电力短缺现象。2020年冬季，中国部分地区出现电力短缺；2021年2月，美国得克萨斯州因极寒天气发生电力短缺。除此外，2020年8月，美国加州也发生由于连续酷热造成的电力短缺；2021年第一季度德国遭遇寒流天气，电力现货度电价格飙升至百欧元，电价涨至四年来最高。

面对突发状况的出现，新能源无法支撑电力系统，需要电力系统在更大范围内的互济来解围。这样的状况在高新能源占比的甘肃也曾发生。

国家电网甘肃省电力公司工作人员介绍，“当时，我们日前预测第二天新能源出力可以达到500~600万千瓦。但第二天风力突然改变，新能源实际出力只有50万千瓦左右。这对于全网1500万千瓦的用电负荷而言，相当于失去了1/3负荷供给。”

由于没有足够的可调节电源，电力短缺已经无法在甘肃省内解决。最终，甘肃省电力公司通过向国调申请降低直流外送、西北电网紧急向甘肃送电等方式，度过了这一天的危机。

可见，电网中新能源占比越高，越需要省间互济支援，更大甚至全国范围内互济显得尤为重要。风光与煤电是互补关系，绝非替代关系。

以甘肃酒泉至湖南±800kv特高压直流输工程为例，其配套电源规模高达1580万千瓦，其中风电700万千瓦、光伏发电280万千瓦，同时需要600万千瓦的燃煤火电配套才能运行。其中，甘肃电投常乐电厂4×100万千瓦项目是甘肃首个百万千瓦级的调峰火电工程，也是“千万千瓦”级酒泉风电光电基地、特高压工程的配套火电项目。由于特高压对电压波动敏感，在特高压的运行过程中需要配备大功率煤电机组作为调峰电源。