以新能源为主体的电力系统将发生革命性改变。
中国发展高层论坛2021年年会已经结束，今年，碳达峰、碳中和成为重要的议题之一。其中，中国华能集团董事长、中国工程院院士、国际电工委员会主席、中国电机工程学会理事长舒印彪在其中一场讨论会中详解了“新能源为主体的新型电力系统”有何特征，将带来哪些挑战及机遇。
3月15日召开的中央财经委员会第九次会议在研究实现碳达峰、碳中和的基本思路和主要举措时专门指出，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。
相比于此前“构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统”的提法，“构建以新能源为主体的新型电力系统”更进一步地强调了新能源的主体性。
据介绍，舒印彪长期从事电网调度运营、三峡输电系统研发、特高压交直流输电技术研发和输变电技术标准国际化等工作，在电网发展规划、新能源发展国际化运营等方面具有丰富的实践经验。
新型电力系统四大特征
中央财经委员会第九次会议指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要重点做好以下几项工作，首要一条即是要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。
舒印彪在演讲中指出，根据国际能源署（IEA）统计，2019年中国碳排放总量113亿吨，能源领域碳排放量98亿吨，占全国总量的87%，其中电力行业碳排放42亿吨，占全国总量的37%。因此，实现碳达峰碳中和，能源电力行业任务最重、责任最大，将承担主力军作用。
他继而指出，以新能源为主体的电力系统将发生革命性改变。按照“双碳”目标，基于中国能源禀赋，我们对未来40年的能源转型进行推演，预计到2060年，中国非化石能源消费比重将达到83%，新能源发电量占比由目前的8%提高到60%以上。
舒印彪指出，过去一百多年来，电力系统已经形成以化石能源为主体的技术体系，在规划运行和安全管理等方面具有成熟的技术，达到很高的水平，保障了可靠的电力供应。而大规模新能源发电具有间歇性、随机性和波动性，给电力系统平衡调节和灵活运行带来重大挑战，高比例新能源、高比例电力电子装备广泛接入，电力系统的稳定特性、安全控制和生产模式都将发生根本性改变。
未来，将加快向以新能源为主体的新型电力系统转变。电力系统的结构形态发生变化，从高碳电力系统，变为深度低碳或零碳电力系统；从以机械电磁系统为主，变为以电力电子器件为主；从确定性可控连续电源，变为不确定性随机波动电源；从高转动惯量系统，变为弱转动惯量系统。
舒印彪具体总结了“新型电力系统”四个方面的基本特征：
一是广泛互联。形成更加坚强的互联互通网络平台，发挥大电网优势，获取时间差季节差互补、风光水火互相调剂和跨地区跨流域补偿调节等效益，实现各类发电资源充分共享、互为备用。
二是智能互动。现代信息通信技术与电力技术深度融合，实现信息化、智慧化、互动化，改变传统能源电力配置方式，由部分感知、单向控制、计划为主，转变为高度感知、双向互动、智能高效。
三是灵活柔性。新能源要能主动平抑出力波动，提高发电品质，成为友好型电源，具备可调可控能力，提升主动支撑性能。电网具备充足的调峰调频能力，实现灵活柔性控制，增强抗扰动能力，保障多能互补，更好适应新能源发展需要。电力用户既是电能消费者又是生产者，加强主动配电网建设，由过去单一的网随荷动，变为荷随网动、源网荷协调互动。
四是安全可控。实现交流与直流、各电压等级协调发展，建设新一代调控系统，筑牢安全“三道防线”，有效防范系统故障和大面积停电风险。
舒印彪指出，清洁低碳转型是全球面临的共同挑战，需要各国科技界、企业界开展更加广泛的国际合作，共享合作成果。充分发挥科技创新引领作用，实现产学研用协同，加快突破关键核心技术。
具体而言，有哪些需要重点攻关的方向？
舒印彪指出，在基础前瞻领域，重点攻关高效率高安全大容量储能、氢能及燃料电池、高效率光伏发电材料、新型绝缘材料、超导材料、宽禁带电力电子器件等技术；在工程应用领域，重点攻关CCUS、高效率低成本新能源发电、大规模海上风电、虚拟电厂、源网荷储协调运行、主动需求响应、综合能源系统等技术。
如何实现安全稳定运行？
在随后的问答环节，关于电力供应结构从以煤炭为主向零碳能源系统转型，可能带来的电力稳定性挑战，舒印彪作出了更进一步的通俗解释。他指出，对电力系统而言，它最大的使命就是安全稳定优质运行。
电力系统事故是人类的灾难，会给社会带来一系列问题。所以电力系统首先是保障它的安全，实现这个目标，在化石能源体系里，经过一百多年的发展，应该说解决得比较好了。但是世界知名的大电网，在过去二三十年内仍然发生过大面积停电事故，像美国“814”事故，东京大停电事故，这是我们要高度关注的。
世界各国的电力系统、大电网是人类迄今为止人造的最复杂的系统之一，也是最容易被自然灾害、偶然事故破坏的系统。以化石能源为主的确定性系统里，技术在不断成熟，要保证它的实时平衡，在电力系统规划上比较容易做到。
化石能源转到非化石能源发生的变化，一是在稳定运行情况下，它的实时平衡问题要比化石能源的情况复杂得多。特别是在可再生能源占主导的情况下，风电也好，光伏也好，到目前为止没法控制，甚至没有办法非常准确地来预测它的发电出力，也就是我们常说的风电光伏的波动性、随机性、间歇性“三性”问题。
讲到能源安全，光伏和风电大概率天天都是变化的，而且变化可能是从一个300万千瓦的风电厂到某个时段突然就变成10万千瓦了，每天都在变化，这是大概率事件。还有一个极端的小概率事件，可能一个星期连续阴天，没有风、高温，这几个因素一碰头，任何电力系统都很难应付。所以从电网规划、运行、控制、平衡技术、灵活性上都和过去有很大变化，带来的挑战也是很大的。
怎么办？舒印彪表示，我们要树立信心，还是有办法的。过去在传统化石能源的时候，我们也经过了一百多年，用各种电网控制技术，把电力系统搞得比较安全、比较稳定了，特别是中国，最近30年大家感觉到没有发生任何大面积停电事故。构建以新能源为主体的能源体系过程中，我们还是要把安全放在首位，把连续稳定供应放在首位。这样就有一个在静态平衡上做好规划的问题，既要考虑正常情况下的波动，也要考虑极端天气下的波动。
不久前美国得州停电事故，大家从各个方面讨论，当然也是遇到了极端天气，其实德州气候比较温和，历史上没有这么冷的天气，所以造成用电负荷突然增加，风机叶片被冻住，转不动，损失了将近20%的供电出力。一方面负荷增加，一方面风机冻住了，另外燃气轮机的燃料供应也出现了问题，所以出现轮流停电情况，电价在某个时段一下子增长了200倍。
这些挑战要靠新型电力系统来解决。负荷过去是单向的，负荷怎么变，电源都能控制、跟踪，这个控制系统是非常成熟的。但是现在负荷不能跟踪了，电源跟踪不了负荷，它本身就随机了，过去叫做源随荷动，只要负荷动我就调电源，现在出现问题就是源荷互动，一定要实现这个技术。
另外，火电怎么办？
舒印彪表示，我们现在共同的认识是还要保留火电，作为应急的，利用小时要大幅下降，但真正遇到极端天气，它要起到应急保障作用。火电得保障辅助调峰调频作用，配合光伏和风电。还要有大电网平台，这儿没有风，那儿可能刮风，只要电网联着就可以传输过来，形成统一的大电网的相互补偿。再加上储能、现代控制技术和数字技术，我们还是要树立这个信心。
“虽然挑战很大，但是我们的办法也会有。”舒印彪最后指出。
（作者：王帆 编辑：李博）