電力系統(tǒng)急速變化的當下，各種新情況、新需求層出不窮，督促我們對新型電力系統(tǒng)重新審視。
在6月29日舉辦的2024日立能源創(chuàng)新論壇上，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織駐會副主席劉澤洪表示，電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡型基礎設施特性不變，要求資源優(yōu)化配置能力更加靈活、高效；電網(wǎng)運行的同步機制主導不變，電力電子設備占比大幅提高、直流異步互聯(lián)增加；電力電量平衡的基本要求不變，“源隨荷動”轉(zhuǎn)向“源網(wǎng)荷儲”互動；保障供電安全可靠性的要求不變，但要更加適應強不確定性。
伴隨新能源的大規(guī)模發(fā)展以及占比的持續(xù)提高，電力系統(tǒng)成本逐漸攀升，來自風、光、儲、氫等領域的參與市場主體龐雜交織，體質(zhì)機制設計難度進一步增大。新型電力系統(tǒng)正在“變”與“不變”中，呈現(xiàn)全新特征。
新型電力系統(tǒng)的“變”與“不變”
推動我國“30·60雙碳”目標如期實現(xiàn)，電力行業(yè)是主戰(zhàn)場也是主力軍。構(gòu)建以新能源發(fā)電量為主體的新型電力系統(tǒng)，在發(fā)電側(cè)和能源消費側(cè)實施化石能源清潔替代和電能替代，是實現(xiàn)我國雙碳目標的現(xiàn)實可行路徑選擇。
“當前，新型電力系統(tǒng)呈現(xiàn)全新內(nèi)涵和特征，但非推倒重來，而是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的繼承和發(fā)展，是在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎上的升級和變革創(chuàng)新?！眲珊楸硎?。
5月31日，華北電力大學新型能源系統(tǒng)與碳中和研究院院長王志軒在第五屆全國地方電網(wǎng)與配電網(wǎng)圓桌論壇上亦表示，當前是電力系統(tǒng)變化最快的一個時期，出現(xiàn)了新情況、新需求，需要我們對新型電力系統(tǒng)再認識。
劉澤洪分析，新型電力系統(tǒng)正面臨氣候適應、安全性、經(jīng)濟性三大挑戰(zhàn)。
新能源具有高裝機、低電量、弱保障特性，隨著新能源占比的不斷提高，新型電力系統(tǒng)的電力供應保障能力受氣候條件和天氣變化影響顯著。新能源在電力平衡中有效容量遠低于常規(guī)電源，供應保障能力偏低。新能源出力的波動性與不確定性導致其參與系統(tǒng)平衡的有效容量遠低于常規(guī)電源，供應保障能力偏低且不穩(wěn)定。
“小風寡照”等特殊但不罕見的天氣事件對電力供應影響巨大。隨著新能源占比持續(xù)快速提升，連續(xù)多日出現(xiàn)的“小風寡照”，將對電力供應產(chǎn)生巨大影響，類似于電煤危機。
新能源出力不確定性疊加系統(tǒng)的弱支撐能力，加重了極端天氣下新能源高占比電力系統(tǒng)的脆弱性。全球氣候變暖背景下，氣象災害的多發(fā)性、突發(fā)性、嚴重性日益突出。新型電力系統(tǒng)具有高度氣象依賴性，極端天氣下將引發(fā)新能源出力受限、電力設施破壞等，電力供應中斷風險加劇。
新型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)形態(tài)由單向逐級輸電為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)，向“主配微”等多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存、協(xié)同控制的能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。這一背景下，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行難度將進一步提升。
隨著新能源接入和交直流混聯(lián)電網(wǎng)建設，電力系統(tǒng)新舊穩(wěn)定問題交織。新型電力系統(tǒng)中，由于新能源等靜止發(fā)電設備大量替代旋轉(zhuǎn)發(fā)電設備，降低了系統(tǒng)慣量、弱化了電壓支撐，頻率穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定等傳統(tǒng)穩(wěn)定問題進一步惡化，寬頻震蕩等新型穩(wěn)定問題涌現(xiàn)。
大容量直流輸電與新能源相互影響，容易引發(fā)連鎖反應。新型電力系統(tǒng)送受端、交直流、各電壓等級的耦合緊密，新能源機組面對故障擾動容易脫網(wǎng)，系統(tǒng)呈現(xiàn)復雜穩(wěn)定特性，極易產(chǎn)生連鎖反應引發(fā)大面積停電。
“應看到，電力系統(tǒng)控制復雜性呈指數(shù)級增長，電力系統(tǒng)可控對象從以源為主擴展到源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)。”劉澤洪說。
經(jīng)濟性方面，新能源大規(guī)模高比例接網(wǎng)消納帶來系統(tǒng)整體成本上升。據(jù)劉澤洪介紹，新能源利用成本除場站本體成本外，還包括靈活性電源等投資、系統(tǒng)調(diào)節(jié)運行成本、大電網(wǎng)擴展及補強投資、接網(wǎng)及配網(wǎng)投資等系統(tǒng)成本。
伴隨新能源占比持續(xù)提高，對市場設計和價格機制也提出了更高要求。電源側(cè)電量價格難以完全體現(xiàn)新能源消納中調(diào)峰、頂峰等容量價值，輔助服務市場體量較小且未向用戶傳導等。電網(wǎng)側(cè)各類輸配成本打包核定，難以區(qū)分電量、容量途徑準確計價與充分疏導。
值得關注的是，多目標協(xié)同，還進一步加大了市場機制體制設計難度。目標的多樣性、基礎能源穩(wěn)定性需求與新能源不確定性的矛盾，以及利益主體交織耦合，增大了制度設計對目標可控性的難度。
“煤電機組的功能將隨著新型電力系統(tǒng)的深入推進，由已發(fā)電為主逐漸向以保障系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行為主轉(zhuǎn)變，加快發(fā)展抽水蓄能、新型（重力）儲能裝備非常重要。應規(guī)劃建設滿足新型電力系統(tǒng)發(fā)展要求的送受端電網(wǎng)，確保大規(guī)模新能源發(fā)電功率的大范圍匯集、穩(wěn)定傳輸和高效消納。持續(xù)加大柔性特高壓交直流輸電技術、高效率低成本的清潔能源發(fā)電新技術、碳捕集技術等，開發(fā)建設數(shù)字化的電力系統(tǒng)安全監(jiān)控和智能化的調(diào)控技術支持系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)安全可靠運行提供保障?！眹译娋W(wǎng)公司原總工程師，中國電機工程學會會士張啟平建議。
關鍵技術持續(xù)創(chuàng)新突破
面對諸多挑戰(zhàn)，以清潔發(fā)電、新型儲能、直流輸電、數(shù)智化等代表的關鍵技術不斷創(chuàng)新突破，為實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)目標構(gòu)筑堅實基礎。
光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、風力發(fā)電、氫（氨）發(fā)電是當前四大主流清潔發(fā)電技術。
光伏發(fā)電技術進步快，Topcon、HJT等技術路線不斷涌現(xiàn)，晶硅電池轉(zhuǎn)換效率最高達到26.81%；預計到2050年，多PN結(jié)層疊電池有望成為主流，組件轉(zhuǎn)化率達到35%，平均度電成本降至0.08-0.1元/千瓦時。
提高運行溫度、發(fā)電效率和降低成本是光熱發(fā)電當前的發(fā)展重點，預計到2050年，光熱電站采用超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電技術，發(fā)電效率提高至60%，平均度電成本降至0.4元/千瓦時。
風力發(fā)電領域，風機大型化趨勢顯著，技術和裝備日漸成熟，發(fā)電成本迅速下降；預計到2050年，陸上風電平均度電成本降至0.07-0.1元/千瓦時，海上風電降至0.2-0.25元/千瓦時。“當前，規(guī)劃不夠統(tǒng)一，風場的競爭非常殘酷，電力匹配還需優(yōu)化；海上風電與油氣的結(jié)合，新能源給海上油氣供電，成為關注焦點?！痹泻Ｓ蛨?zhí)行副總裁、安全總監(jiān)兼新能源部總經(jīng)理楊云表示。
張啟平則認為，離岸風電技術已經(jīng)成熟，應加快開發(fā)海上風電。海上風能利用小時數(shù)高于陸地50%以上，全壽命周期效益好；所接入的電網(wǎng)容量規(guī)模大，消納能力強，棄電風險?。淮笕萘?、高效率海上風電裝備以及匯集外送技術已經(jīng)成熟；0—50米海深、平均功率密度大于300瓦/平米的海域，可開發(fā)容量達30億千瓦；隨著成本不斷下降，海上風電上網(wǎng)電價競爭力越來越強，按照離岸距離由近及遠順序加快建設，極具優(yōu)勢。
氫發(fā)電技術上日趨成熟，未來有望成為新型電力系統(tǒng)中重要的可調(diào)節(jié)電力來源。氫燃料電池容量較小、配置靈活，適用于分散式發(fā)電場景；氫燃氣輪機單機容量大、轉(zhuǎn)動慣量大，適合作為電網(wǎng)的調(diào)節(jié)和支撐電源。氨發(fā)電尚處于試驗示范階段。
新型儲能快速發(fā)展。截至2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時。2023年新增裝機規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時，較2022年底增長超過260%，近10倍于“十三五”末裝機規(guī)模。
“鋰電池技術進步快、綜合性能好，可選擇的材料體系多樣，目前磷酸鐵鋰電池在新型儲能技術中占據(jù)主流。預計到2050年，材料來源更廣泛的鈉電池有望替代鋰離子電池，儲能電池的循環(huán)次數(shù)提升至1.2-1.4萬次，儲能電站的建設成本降低至500元/千瓦時以下，實現(xiàn)本質(zhì)安全?！眲珊轭A測。
循環(huán)次數(shù)多，使用壽命長的壓縮空氣儲能，理想工況下能量轉(zhuǎn)換效率約60%，未來提升系統(tǒng)效率和降低成本將是該技術發(fā)展重點。預計到2050年，系統(tǒng)實際運行效率有望提升至70%，成本降至3000-5000元/千瓦，利用地下洞穴的儲能持續(xù)放電時間達到100小時。
國家電網(wǎng)公司原科技部副主任、中國電器工業(yè)協(xié)會副會長沈江建議，應以創(chuàng)新力量，開拓綠色能源新視野，進一步探索綜合服務商的邊界，重點關注投資和建設、技術和設備、運行和交易、政策和法規(guī)。
電力設備企業(yè)轉(zhuǎn)型提速
從電力設備提供商向“綜合服務提供商+設備提供商”轉(zhuǎn)型，新型電力系統(tǒng)推動下，不少設備企業(yè)加速轉(zhuǎn)型步伐。
中國華電科工集團有限公司黨委委員、副總經(jīng)理、總工程師李建標介紹，數(shù)智化技術驅(qū)動電力環(huán)保產(chǎn)業(yè)新未來。
作為中國華電集團有限公司的全資子公司，中國華電集團有限公司科工產(chǎn)業(yè)重要組成部分和發(fā)展平臺，中國華電科工集團有限公司在產(chǎn)品、投資、工程“三足鼎立”的產(chǎn)業(yè)格局中，打造了高端裝備及系統(tǒng)工程、環(huán)保水務、電站投資建設和清潔能源四大核心業(yè)務板塊，布局了氫能、生物質(zhì)能、儲能、港口高端裝備及綠色智慧系統(tǒng)等多個戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)。
“利用數(shù)字化技術賦能企業(yè)生產(chǎn)，幫助客戶打造全優(yōu)的生產(chǎn)模式。通過數(shù)字監(jiān)控協(xié)同運維平臺，改變了資源配置結(jié)構(gòu)、突破了舊技術體系下的商業(yè)模式限制，結(jié)構(gòu)性降低運營成本，提升了效率?！崩罱苏f。
近日，特變電工智能電氣有限責任公司數(shù)字化干變車間落成投產(chǎn)，通過深度擁抱“數(shù)智化”，未來有望實現(xiàn)產(chǎn)能產(chǎn)值雙翻番。記者獲悉，該車間總面積3.5萬平方米，是特變電工將30多年干式變壓器生產(chǎn)經(jīng)驗與新一代信息技術融合創(chuàng)新、高標準打造的一座干變智能工廠，將批量化生產(chǎn)2500千伏安及以下常規(guī)干式變壓器，規(guī)模化生產(chǎn)全系列箱變、美變集成類產(chǎn)品，預計年產(chǎn)能近萬臺。
隨著特變電工智能電氣有限責任公司數(shù)字化干變車間落成投產(chǎn)，金風科技、運達能源等多家龍頭企業(yè)與特變電工簽署了合作協(xié)議。
2024日立能源創(chuàng)新論壇上，日立能源全方位展示了超過50個全球領先的產(chǎn)品、技術、服務及解決方案。其中10款新產(chǎn)品首次在華亮相，包括全新一代Lumada設備健康管理（APM）解決方案和TXpert?Hub變壓器數(shù)字化生態(tài)系統(tǒng)；應用于海上能源領域的天然酯類油66kV WindSTAR?變壓器和66kV海上風電用干式變壓器；公司全球電壓等級最高的1100kV氣體絕緣開關設備（GIS）；500kV可調(diào)并聯(lián)電抗器；以及為綠氫提供的全面發(fā)電及供電解決方案等。
日立能源首席執(zhí)行官方秦（Claudio Facchin）表示，電力需求將大幅上升，電力系統(tǒng)需要進行快速的變革與升級。在2050年全球電力系統(tǒng)中，需要在2020年的基礎上，將發(fā)電量提升4倍，輸電量提升3倍?！爱斍?，中國推進的新型電力系統(tǒng)建設為其實現(xiàn)碳中和目標提供了重要支持。我們將與各方合作，部署所需技術和新的商業(yè)模式，助力中國實現(xiàn)脫碳進程。”方秦說。
萬聯(lián)證券最新研報顯示，新能源裝機保持高增長，電網(wǎng)消納能力亟需提升，電力系統(tǒng)投資、建設有望加速，將帶動電力設備板塊景氣上行。華西證券則預測，隨著新能源大規(guī)模接入，配套電網(wǎng)投資提升將帶動相應的電力設備需求，包括特高壓相關設備、一二次融合設備等，市場份額穩(wěn)固或有望持續(xù)增長的企業(yè)將深度受益。
（來源：中國工業(yè)新聞網(wǎng)）
