2021年3月15日，習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議上部署未來能源領(lǐng)域重點(diǎn)工作：要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

根據(jù)前期研究，本文認(rèn)為未來的新一代電力系統(tǒng)特征主要呈現(xiàn)為：

1、高比例新能源廣泛接入

新型電力系統(tǒng)核心特征在于新能源占據(jù)主導(dǎo)地位，成為主要能源形式。隨著我國碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)的提出，新能源在一次能源消費(fèi)中的比重不斷增加，加速替代化石能源。未來我國電源裝機(jī)規(guī)模將保持平穩(wěn)較快增長，呈現(xiàn)出“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”態(tài)勢。在電源總裝機(jī)容量中，陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電將是我國發(fā)展最快的電源類型，到2060年兩者裝機(jī)容量占比之和達(dá)到約60%，發(fā)電量占比之和達(dá)到約35%。

未來新能源的廣泛接入也將呈現(xiàn)集中式與分布式并舉的態(tài)勢。西北、華北、東北地區(qū)大規(guī)模風(fēng)光基地、西南地區(qū)水電基地、東部沿海地區(qū)海上風(fēng)電基地，以及因地制宜、數(shù)量可觀、就近消納的分布式電源，共同緩解我國資源逆向分布問題。

未來新能源的廣泛接入還將呈現(xiàn)智能靈活、友好并網(wǎng)、高效環(huán)保的特征。通過儲能、交直流組網(wǎng)與多場景融合應(yīng)用提升智能靈活；通過“風(fēng)光水火儲”多能互補(bǔ)、集群調(diào)度、氣象大數(shù)據(jù)發(fā)電預(yù)測、廣義虛擬同步技術(shù)，提升友好并網(wǎng)與主動支撐性能；通過新型風(fēng)能捕捉與大葉輪、新型光伏電池、數(shù)字智能運(yùn)維、環(huán)保材料提升效率與可靠性；并且構(gòu)建靈活性火電機(jī)組、天然氣與儲氫調(diào)峰電站、儲熱與儲能電站的調(diào)峰電源體系。

2、高彈性電網(wǎng)靈活可靠配置資源

新型電力系統(tǒng)需要解決高比例新能源接入下系統(tǒng)強(qiáng)不確定性（即，隨機(jī)性與波動性）與脆弱性問題，充分發(fā)揮電網(wǎng)大范圍資源配置的能力。未來電網(wǎng)將呈現(xiàn)出交直流遠(yuǎn)距離輸電、區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)、主網(wǎng)與微電網(wǎng)互動的形態(tài)。特高壓交直流遠(yuǎn)距離輸電成為重要的清潔能源配置手段。分布式電源按電壓等級分層接入，實(shí)現(xiàn)就地消納與平衡。儲能與需求側(cè)響應(yīng)快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2060年需求響應(yīng)規(guī)模有望達(dá)到3.6億千瓦左右，儲能裝機(jī)將達(dá)4.2億千瓦左右，兩者將成為未來電力系統(tǒng)重要的靈活性資源，保障新能源消納和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

高彈性電網(wǎng)的核心在于建立全網(wǎng)協(xié)同、數(shù)據(jù)驅(qū)動、主動防御、智能決策的新一代調(diào)度體系。主要包括：1）從傳統(tǒng)的自上而下調(diào)度模式，演變?yōu)?ldquo;源網(wǎng)荷儲”全網(wǎng)協(xié)同的調(diào)度模式；2）從傳統(tǒng)的個體經(jīng)驗(yàn)判斷演變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動下AI決策的智能調(diào)度；3）從單點(diǎn)故障觸發(fā)的被動式保護(hù)演變?yōu)殡娏ξ锫?lián)網(wǎng)全局感知提前預(yù)防的主動防御；4）從傳統(tǒng)機(jī)電動作緩慢響應(yīng)（秒級）演變?yōu)殡娏﹄娮优c現(xiàn)代通信相結(jié)合的敏捷響應(yīng)（毫秒級）；5）從傳統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻資源不足演變?yōu)榫哂徐`活性電源、儲能、需求側(cè)響應(yīng)、寬頻振蕩抑制、復(fù)合潮流控制及動態(tài)增容等新型電力電子裝置的手段豐富的調(diào)度調(diào)節(jié)資源。

高彈性電網(wǎng)的基礎(chǔ)在于建設(shè)萬物互聯(lián)的電力物聯(lián)網(wǎng)?；谖锫?lián)網(wǎng)智能傳感、邊緣計(jì)算融合網(wǎng)關(guān)、智能終端以及安全芯片等感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)可測可采可傳，且各類終端與設(shè)備即插即用、安全接入、萬物互聯(lián)；通過5G/光纖/物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速上傳；通過人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)算法，基于云平臺實(shí)現(xiàn)智能發(fā)電、智能調(diào)度、智能運(yùn)維的全場景與全鏈條智能化。

3、高度電氣化的終端負(fù)荷多元互動

未來終端用能結(jié)構(gòu)中，電氣化水平持續(xù)提升，電能逐步成為最主要的能源消費(fèi)品種。根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，2025年后電能將取代煤炭在終端能源消費(fèi)中的主導(dǎo)地位，電能占終端能源消費(fèi)比重在2035年和2060年有望分別達(dá)到約45%和70%。

圍繞著滿足人民對美好生活的向往，電能替代、電動汽車、清潔供暖、屋頂光伏、家用儲能設(shè)備及智能家居的廣泛應(yīng)用使用電負(fù)荷朝著多元化方向發(fā)展。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，既是消費(fèi)者，又是生產(chǎn)者的全新模式改變著能源電力服務(wù)形態(tài)，需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠及分布式交易越來越多成為用戶的新選擇。在能源互聯(lián)網(wǎng)新消費(fèi)下，除了普遍服務(wù)外，綠色電力、定制化服務(wù)、優(yōu)質(zhì)供電、精準(zhǔn)計(jì)量、電力大數(shù)據(jù)增值服務(wù)成為用戶的新需求。

4、基礎(chǔ)設(shè)施多網(wǎng)融合數(shù)字賦能

我國正在建設(shè)的能源互聯(lián)網(wǎng)是推動能源革命的技術(shù)路徑。

在物理層，能源互聯(lián)網(wǎng)需要建設(shè)以新一代電力系統(tǒng)為基礎(chǔ)，與天然氣、交通、建筑等多個領(lǐng)域互聯(lián)互通的綜合能源網(wǎng)絡(luò)。在生產(chǎn)側(cè)，多品種能源需要結(jié)合各自特點(diǎn)，發(fā)揮所長，進(jìn)行互聯(lián)互通，優(yōu)勢互補(bǔ)；在傳輸側(cè)，智能電網(wǎng)與熱力管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通，協(xié)同調(diào)度；在消費(fèi)側(cè)，電冷熱氣水進(jìn)行綜合能源供應(yīng)。

在信息層，電力網(wǎng)絡(luò)逐步與現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)融合，共同構(gòu)建信息物理社會系統(tǒng)（CPSS）。電力物聯(lián)網(wǎng)成為網(wǎng)絡(luò)安全的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。建設(shè)“安全芯片-終端認(rèn)證-數(shù)據(jù)可信-網(wǎng)絡(luò)加密-應(yīng)用密鑰”的主動式全域網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，打造全息全景感知、信息高效處理、數(shù)據(jù)數(shù)字安全、應(yīng)用便捷靈活的開放安全物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

在數(shù)據(jù)層，電力行業(yè)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建設(shè)具有活力的電力數(shù)字生態(tài)。電力大數(shù)據(jù)服務(wù)社會治理與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，數(shù)字電網(wǎng)平臺賦能，培育新型電力數(shù)字產(chǎn)業(yè)；對接工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，服務(wù)數(shù)字政府和智慧城市；對接能源價值鏈各環(huán)節(jié)資源，發(fā)揮企業(yè)間的互利共生優(yōu)勢，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈合作平臺與新能源電力生態(tài)。

總的來說，未來新型電力系統(tǒng)的核心特征是新能源占主體地位。同時圍繞著滿足人民對美好生活的向往，電動汽車、清潔供暖、屋頂光伏、家用儲能、智能家居以及電能替代的廣泛應(yīng)用，使得用電負(fù)荷朝著多元化方向發(fā)展。面對源荷兩端重大變化，電網(wǎng)功能與形態(tài)的也需要進(jìn)行深刻的變革。為推動能源革命戰(zhàn)略，落實(shí)2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的目標(biāo)，需要圍繞構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的能源系統(tǒng)，建設(shè)適應(yīng)高比例新能源廣泛接入的新型電力系統(tǒng)。這一歷史任務(wù)意義重大。

作者介紹

趙東元，博士，清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院工程應(yīng)用研究室主任。從事能源轉(zhuǎn)型政策、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)路徑的研究。正在推動多個能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目方案及實(shí)施。獲得省部級科技獎勵多次，出版著作2部，發(fā)表論文近30篇，獲得專利20余項(xiàng)。主創(chuàng)的《“互聯(lián)網(wǎng)+”電動汽車充電分時共享社區(qū)服務(wù)平臺》獲得2019年國家電網(wǎng)公司第五屆青創(chuàng)賽金獎。