曾勇剛 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司黨委副書(shū)記、院長(zhǎng)

《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，“堅(jiān)持創(chuàng)新在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐”。

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是推動(dòng)能源革命的重要戰(zhàn)略舉措，科技創(chuàng)新在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中處于核心地位。

新型電力系統(tǒng)的特點(diǎn)與發(fā)展階段

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)在源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)都將呈現(xiàn)新的特點(diǎn)：

電源開(kāi)發(fā)將呈現(xiàn)風(fēng)光新能源為主體、多種清潔能源協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢(shì)。初步測(cè)算，到2030和2060年，我國(guó)以風(fēng)光為主的新能源發(fā)電量占比將分別超過(guò)25%和60%。新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中將逐步呈現(xiàn)高比例新能源特性。

終端能源消費(fèi)“新電氣化”進(jìn)程加快，能效提升。初步測(cè)算，工業(yè)、建筑、交通三大領(lǐng)域終端用能電氣化水平將從目前的30%、30%和5%提升至2060年的約50%、75%和50%，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也將推動(dòng)終端用能電氣化水平進(jìn)一步提高。電力電子裝備的廣泛應(yīng)用在提升能效的同時(shí)將使需求側(cè)電力電子化特征凸顯。

電網(wǎng)支撐新能源大范圍優(yōu)化配置的平臺(tái)作用更加顯著。大電網(wǎng)柔性互聯(lián)將進(jìn)一步提升更大范圍資源配置能力，滿足新能源基地大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)與跨省區(qū)輸送需求；配電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展將具備更高的靈活性和主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)分布式新能源的高效就地消納。

規(guī)模化儲(chǔ)能將加快發(fā)展并廣泛應(yīng)用。高比例新能源并網(wǎng)消納需要合理配置大規(guī)模儲(chǔ)能以提高系統(tǒng)的可控性和靈活性。大量電力電子變換器型儲(chǔ)能裝置在增加系統(tǒng)靈活性的同時(shí)，也使得系統(tǒng)特性復(fù)雜度進(jìn)一步增加。

電力市場(chǎng)在資源優(yōu)化配置和市場(chǎng)主體利益協(xié)調(diào)中的作用更加凸顯。新能源和傳統(tǒng)電源角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，需要有高效完善的電力市場(chǎng)支撐，以更高效地協(xié)調(diào)不同市場(chǎng)主體的利益訴求，實(shí)現(xiàn)全要素資源的充分投入和優(yōu)化配置，這對(duì)靈活高效的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)提出了更高要求。

基于新型電力系統(tǒng)的以上特點(diǎn)，從動(dòng)態(tài)發(fā)展的角度，我國(guó)新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建將大致經(jīng)歷以下4個(gè)階段：第一階段，預(yù)計(jì)到2030年，新能源裝機(jī)占比在各類型電源中居首位，處于相對(duì)主導(dǎo)地位，支撐“碳達(dá)峰”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)；第二階段，新能源裝機(jī)占比超過(guò)50%，處于主導(dǎo)地位；第三階段，新能源發(fā)電量占比超過(guò)50%，處于絕對(duì)主導(dǎo)地位；第四階段，新能源發(fā)電量占比超過(guò)60%，全面支撐2060年“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)高比例新能源與高度電力電子化特征，對(duì)可靠供電、安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。

電力系統(tǒng)持續(xù)可靠供電面臨新挑戰(zhàn)。風(fēng)光等新能源發(fā)電具有較強(qiáng)的隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性。大規(guī)模新能源并網(wǎng)后，不同時(shí)間尺度供需平衡調(diào)控難度大幅增加，對(duì)新能源資源評(píng)估與發(fā)電預(yù)測(cè)、電力電量平衡、大范圍資源配置、規(guī)?；瘍?chǔ)能等技術(shù)提出了更高要求。此外，風(fēng)光新能源高度依賴自然條件，發(fā)電設(shè)備耐受極端天氣能力脆弱，系統(tǒng)保底供電能力和快速恢復(fù)能力面臨更大挑戰(zhàn)。

電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨新挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)在延續(xù)交直流復(fù)雜大電網(wǎng)特征的同時(shí)，由于源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)高度電力電子化，將呈現(xiàn)低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、寬頻域振蕩等新的動(dòng)態(tài)特征，系統(tǒng)功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定問(wèn)題更加復(fù)雜。目前構(gòu)筑于以傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)為主體之上的系統(tǒng)運(yùn)行控制理論與技術(shù)，難以滿足新型電力系統(tǒng)安全運(yùn)行要求，系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、分析方法、控制技術(shù)亟須全面創(chuàng)新與突破。

電能供應(yīng)經(jīng)濟(jì)性面臨新挑戰(zhàn)。新能源能量密度小、發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)低，且大型新能源基地通常遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，為保障高比例新能源并網(wǎng)消納、系統(tǒng)安全與可靠供電，總體上新型電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本將上升。需要先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)與電力電子技術(shù)提升各環(huán)節(jié)運(yùn)行效率，靈活的市場(chǎng)機(jī)制釋放源網(wǎng)荷儲(chǔ)各方潛力，將供電成本控制在合理范圍。

科技創(chuàng)新是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐

2021年3月16日，南方電網(wǎng)公司印發(fā)了《南方電網(wǎng)公司加強(qiáng)國(guó)家戰(zhàn)略科技力量建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》，明確了高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行控制、超遠(yuǎn)距離跨區(qū)域大容量特高壓直流輸電等十大重點(diǎn)研發(fā)方向和電力系統(tǒng)自主專用芯片等八大產(chǎn)業(yè)鏈方向，組建海上風(fēng)電、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)等16個(gè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，成立了交直流串并聯(lián)復(fù)雜大電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行、儲(chǔ)能與可再生能源、數(shù)字電網(wǎng)與人工智能等九大科研團(tuán)隊(duì)。南方電網(wǎng)公司將依托以上優(yōu)勢(shì)科技資源，針對(duì)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，重點(diǎn)從以下方面開(kāi)展科技攻關(guān)。大規(guī)模新能源高效消納技術(shù)。

大規(guī)模新能源并網(wǎng)消納是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)亟須解決的首要問(wèn)題。在新能源發(fā)電特性方面需突破集中式與分散式風(fēng)光資源精細(xì)化評(píng)估技術(shù)，新能源發(fā)電多時(shí)空尺度出力特性分析技術(shù)，新能源發(fā)電場(chǎng)站和集群精確建模技術(shù)，新能源發(fā)電監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)技術(shù)。在新能源消納方面需突破源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)規(guī)劃技術(shù)，概率化電力電量平衡與全景運(yùn)行模擬技術(shù)，電網(wǎng)大規(guī)模新能源承載能力提升技術(shù)。

遠(yuǎn)距離大容量直流輸電與電網(wǎng)柔性互聯(lián)技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源在更大區(qū)域的優(yōu)化配置，需大幅提升電網(wǎng)柔性互聯(lián)和跨省區(qū)輸電能力。在遠(yuǎn)距離大容量直流輸電方面依托直流輸電技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)，突破大容量高海拔特高壓柔性多端直流輸電技術(shù)，遠(yuǎn)海風(fēng)電柔性直流輸電技術(shù)。在電網(wǎng)柔性互聯(lián)方面需突破數(shù)字技術(shù)與先進(jìn)電力電子技術(shù)融合的大電網(wǎng)柔性互聯(lián)技術(shù)，滿足分布式新能源高效并網(wǎng)消納的交直流配電網(wǎng)與智能微網(wǎng)技術(shù)。

高比例新能源和高比例電力電子裝備接入電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行控制技術(shù)。為應(yīng)對(duì)新型電力系統(tǒng)潮流復(fù)雜多變，高度電力電子化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，系統(tǒng)運(yùn)行控制技術(shù)亟須變革創(chuàng)新。需突破高比例電力電子化系統(tǒng)穩(wěn)定基礎(chǔ)理論，柔性電網(wǎng)多時(shí)間尺度仿真技術(shù)，特大型交直流串并聯(lián)復(fù)雜大電網(wǎng)數(shù)字化調(diào)控技術(shù)，新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定防控體系重構(gòu)技術(shù)，針對(duì)極端天氣及外部攻擊的系統(tǒng)主動(dòng)防御與快速恢復(fù)技術(shù)。

先進(jìn)儲(chǔ)能及應(yīng)用技術(shù)。儲(chǔ)能是提升電網(wǎng)靈活性和新能源消納水平、保障電網(wǎng)安全可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。需重點(diǎn)研究支撐大規(guī)模新能源柔性并網(wǎng)和分布式新能源開(kāi)放接入的儲(chǔ)能配置、系統(tǒng)集成與調(diào)控技術(shù)，源網(wǎng)荷側(cè)多類型儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)，突破新一代先進(jìn)儲(chǔ)能器件、裝備與回收利用技術(shù)，新型/小型化抽水蓄能設(shè)計(jì)施工與運(yùn)維技術(shù)。

促進(jìn)新能源消納的電力市場(chǎng)技術(shù)。有效電力市場(chǎng)機(jī)制在挖掘各類資源調(diào)節(jié)潛力、促進(jìn)新能源消納中的作用將更加凸顯。需重點(diǎn)研究適應(yīng)新能源為主體的多類型市場(chǎng)品種交易機(jī)制，促進(jìn)新能源消納的現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)交易機(jī)制與實(shí)現(xiàn)技術(shù)，靈活多樣的市場(chǎng)化需求響應(yīng)交易模式。

需求側(cè)響應(yīng)與虛擬電廠技術(shù)。需求側(cè)資源參與系統(tǒng)功率整體平衡是新型電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必然要求。需突破海量多元用戶的供需互動(dòng)與能效提升技術(shù)，規(guī)?；`活資源虛擬電廠聚合調(diào)控技術(shù)，電熱冷氣多元融合技術(shù)，電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)。

數(shù)字電網(wǎng)與人工智能技術(shù)。數(shù)字與物理系統(tǒng)深度融合是新型電力系統(tǒng)顯著特征。需突破電力專用芯片及智能傳感技術(shù)，物聯(lián)感知及通信技術(shù)，數(shù)字電網(wǎng)平臺(tái)及人工智能技術(shù)，數(shù)字電網(wǎng)一體化安全防護(hù)與支撐技術(shù)。

南方電網(wǎng)公司將整合優(yōu)勢(shì)資源，加大關(guān)鍵技術(shù)的集中攻關(guān)、試驗(yàn)示范、推廣應(yīng)用，形成具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系，成為國(guó)家戰(zhàn)略科技力量，以科技創(chuàng)新支撐新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

來(lái)源：南方能源觀察

首發(fā)于《中國(guó)電力報(bào)》2021年4月26日第二版