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“預計‘十四五’時期，我國陸上風電和光伏發電將全面平價或低于火電，部分地區可實現低價。同時，隨著大規模新能源接入電網，電力系統需要在隨機波動的負荷需求與隨機波動的電源之間實現供需平衡，其結構形態、運行控制方式和規劃建設將發生根本性變革，形成新一代電力系統及新能源電力系統。”中國工程院院士劉吉臻近日在中電聯舉辦的“2020年中國電力技術經濟高端論壇”上表示。

中(zhong)電(dian)(dian)聯(lian)日(ri)前發布(bu)的(de)(de)《2020年前三季(ji)度全(quan)(quan)國(guo)電(dian)(dian)力供需形勢(shi)分析預測報(bao)告(gao)》（以下(xia)簡稱《報(bao)告(gao)》）顯示，前三季(ji)度全(quan)(quan)國(guo)電(dian)(dian)源(yuan)工程建(jian)設(she)完成投(tou)資3082億元，同(tong)比增(zeng)長51.6%，其中(zhong)“風(feng)光”發電(dian)(dian)投(tou)資分別(bie)增(zeng)長138.4%、113.9%。全(quan)(quan)國(guo)全(quan)(quan)口徑非化石能源(yuan)發電(dian)(dian)裝機(ji)容量(liang)合計(ji)8.9億千瓦，占全(quan)(quan)口徑發電(dian)(dian)裝機(ji)容量(liang)的(de)(de)42.6%。

新能源高比例并(bing)網，將給(gei)電力系統帶來哪(na)些挑戰？“十四五”時期，如何應對和解決這些挑戰？成為專家熱議的焦點(dian)。

電力結構將更“綠色”

清華大學(xue)氣候變(bian)化(hua)與(yu)可持續發(fa)展(zhan)研究院近日聯合印(yin)發(fa)的《中國長期低碳(tan)發(fa)展(zhan)戰(zhan)略(lve)與(yu)轉(zhuan)型路(lu)徑(jing)研究》提(ti)出，低碳(tan)路(lu)徑(jing)下，我國能(neng)源(yuan)(yuan)消費總量(liang)在2030-2035年之間進(jin)入峰(feng)值(zhi)，“十四五”期間非化(hua)石能(neng)源(yuan)(yuan)必須成為能(neng)源(yuan)(yuan)消費增量(liang)主體(ti)。

中國工程院(yuan)院(yuan)士郭劍波指出，為了構建清潔低碳(tan)、安全(quan)高效(xiao)的(de)能(neng)源(yuan)(yuan)體系，我國能(neng)源(yuan)(yuan)轉型(xing)主要朝(chao)兩個方向(xiang)進行(xing)：終端(duan)消(xiao)費側，電能(neng)深度替(ti)代化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)(yuan)；能(neng)源(yuan)(yuan)生產側，以電能(neng)形式開(kai)發利用(yong)新能(neng)源(yuan)(yuan)。

上述《報告》指(zhi)出，截至今年9月，我國并網(wang)風(feng)電(dian)2.2億(yi)千瓦(wa)，并網(wang)太(tai)(tai)陽能(neng)發(fa)電(dian)2.2億(yi)千瓦(wa)，合(he)計占全(quan)(quan)國全(quan)(quan)口(kou)徑發(fa)電(dian)裝機(ji)容量(liang)(liang)(liang)的(de)21.05%；全(quan)(quan)口(kou)徑并網(wang)風(feng)電(dian)和并網(wang)太(tai)(tai)陽能(neng)發(fa)電(dian)量(liang)(liang)(liang)合(he)計5331億(yi)千瓦(wa)時(shi)，占全(quan)(quan)國規模以上電(dian)廠總(zong)發(fa)電(dian)量(liang)(liang)(liang)的(de)9.8%。

“根據預測，2030年全國新能(neng)源總(zong)發電(dian)量占比(bi)將達(da)(da)20%，2050年高(gao)達(da)(da)48%。未來(lai)高(gao)比(bi)例新能(neng)源電(dian)量的電(dian)力系統將從局(ju)部地區逐步向(xiang)全國擴展。”郭劍波指出。

中電(dian)聯行業發展與環境資源(yuan)部副主任(ren)張琳表示，“十四五”時期，“風(feng)光”將成為可再生(sheng)能源(yuan)開發的主題增量。“根據預測，2025年(nian)風(feng)電(dian)、太陽能發電(dian)裝(zhuang)機(ji)(ji)均突破4億千瓦，非化(hua)石能源(yuan)裝(zhuang)機(ji)(ji)占比(bi)將超過50%，電(dian)力碳(tan)排放強(qiang)度將降低5%。”

水電水利規劃設計(ji)院(yuan)總院(yuan)副(fu)長(chang)易躍春指出，按照努(nu)力爭取2060年前(qian)實現碳(tan)中和的目標，經測(ce)算，可再生能源大約將占我國一次能源消費總量的75%左右。

經濟和安全問題待解

根據(ju)中國(guo)人民大學(xue)(xue)應用經濟學(xue)(xue)院(yuan)教授鄭新(xin)業提出的“能源(yuan)(yuan)不可能三角”理論，任(ren)何一種(zhong)能源(yuan)(yuan)都(dou)無(wu)法做到既供給充足，又價格便宜、清潔環保。高(gao)比例的清潔電源(yuan)(yuan)并網后(hou)，“經濟賬”和“安全賬”如何算？

對此，易躍(yue)春表示，近中(zhong)期提升新(xin)能(neng)源消(xiao)納能(neng)力(li)的主(zhu)要障礙不是(shi)技術問(wen)題，而是(shi)經濟(ji)和(he)機制(zhi)問(wen)題。“電力(li)系統硬件結(jie)構(gou)決定(ding)了新(xin)能(neng)源消(xiao)納潛力(li)，但(dan)政策和(he)經濟(ji)激(ji)勵(li)決定(ding)了消(xiao)納潛力(li)能(neng)否充分發揮。近中(zhong)期看(kan)，‘挖(wa)潛’是(shi)促進新(xin)能(neng)源消(xiao)納最經濟(ji)、有效的措(cuo)施。”

目前，國(guo)家(jia)電網(wang)經營區域內大(da)型新能源場站4000多(duo)個(ge)，西北新能源場站超(chao)1500個(ge)，分布式發電約170萬個(ge)。郭劍波預(yu)測(ce)，未來我國(guo)新能源發電單位(wei)將達(da)數(shu)千(qian)萬，氣(qi)象環境、運行(xing)(xing)控制(zhi)(zhi)等信號可達(da)數(shu)十億(yi)，系統(tong)調度(du)運行(xing)(xing)極(ji)其復雜，控制(zhi)(zhi)配置措施和實施難度(du)大(da)。“以某省級電網(wang)為例，在火電最小技術出力50%條(tiao)件下，新能源消納問(wen)題十分突出。當新能源發電量(liang)占比達(da)30%時，新能源限電率將達(da)23%，且(qie)此時已出現全(quan)部由新能源供電的時段(duan)。

“2019年(nian)，國家電(dian)網公司經營區內，新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)日(ri)(ri)最(zui)大功率波(bo)動(dong)(dong)達1.07億(yi)千(qian)瓦，占其裝(zhuang)(zhuang)機(ji)的(de)31%，預估(gu)2050年(nian)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)日(ri)(ri)最(zui)大功率將超過10億(yi)千(qian)瓦。”郭劍波(bo)說，“波(bo)動(dong)(dong)功率與屆時常規電(dian)源(yuan)(yuan)火電(dian)、水電(dian)總裝(zhuang)(zhuang)機(ji)容量(liang)相(xiang)當，僅靠(kao)常規電(dian)源(yuan)(yuan)調節難以(yi)應(ying)對新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)日(ri)(ri)內功力波(bo)動(dong)(dong)，新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)消納挑戰(zhan)巨大。”

“同時，新(xin)能源尖峰出力(li)功率大(da)、電(dian)(dian)(dian)(dian)量小，保證(zheng)尖峰出力(li)需調動巨大(da)的(de)(de)靈(ling)活性資源，但對(dui)全年(nian)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量貢獻極小。未(wei)來，高比例新(xin)能源電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統中保證(zheng)尖峰出力(li)的(de)(de)全額消納代價大(da)。”郭(guo)劍波指出，2018年(nian)，新(xin)疆(jiang)電(dian)(dian)(dian)(dian)網風電(dian)(dian)(dian)(dian)出力(li)陡增至890.5萬(wan)千瓦，占(zhan)風電(dian)(dian)(dian)(dian)裝機(ji)容量的(de)(de)46%，持續時間僅為5分(fen)鐘，累計(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)量74萬(wan)千瓦，但對(dui)應的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)量僅占(zhan)全天風電(dian)(dian)(dian)(dian)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量的(de)(de)3.3%。

安全(quan)方面(mian)，郭劍(jian)波直言，新能源大規(gui)模接入擠占常(chang)規(gui)機(ji)組開(kai)機(ji)空(kong)間，或出現(xian)系統運(yun)轉調頻能力(li)下降、無功支撐不足、電壓穩定(ding)問(wen)題(ti)突(tu)出、越(yue)限風險增加(jia)等問(wen)題(ti)。

靈活電力系統是大勢

對于高比例新能源電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)(tong)情景下電(dian)力系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)變(bian)化(hua)，郭(guo)劍波認為(wei)可(ke)能會有兩種演(yan)化(hua)方式：通(tong)過改造(zao)新能源電(dian)站(zhan)，使(shi)其具有同步發電(dian)機的(de)特(te)性(xing)；改造(zao)傳(chuan)統(tong)(tong)發電(dian)站(zhan)使(shi)其具有逆變(bian)器(qi)特(te)性(xing)，在此(ci)方式下，系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)穩定性(xing)、分析理(li)論(lun)和(he)方法都將不同于傳(chuan)統(tong)(tong)電(dian)網(wang)。

而針對新(xin)能(neng)源既不參與(yu)電(dian)力(li)平(ping)衡調節，也不參與(yu)電(dian)量平(ping)衡調節的“權責利(li)”問題，郭(guo)劍波表(biao)示(shi)：“新(xin)能(neng)源發電(dian)因不確(que)定性(xing)、邊際成本低等特點(dian)，電(dian)力(li)電(dian)量總量充盈與(yu)時(shi)空不平(ping)衡矛盾(dun)突(tu)出，將(jiang)催生新(xin)的商業模式(shi)，市場和政(zheng)策及只需考慮(lv)新(xin)能(neng)源與(yu)常(chang)規(gui)電(dian)源以及用戶的配合，協(xie)調市場內多利(li)益(yi)主體。”

易躍春指出，未來(lai)，數字化和信息化技術將被廣(guang)泛應(ying)用(yong)，推(tui)動系(xi)統(tong)安全性和靈(ling)活性大幅提升。電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)靈(ling)活性從目前的(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)側(ce)為主向發(fa)(fa)電(dian)(dian)側(ce)、電(dian)(dian)網側(ce)、用(yong)戶側(ce)并重轉變，構建適應(ying)高比例(li)可再生能源的(de)智能電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)。“另外，可再生能源加(jia)速發(fa)(fa)展面臨的(de)空間發(fa)(fa)展約束開始(shi)顯現，‘十四五’要關(guan)注其開發(fa)(fa)與國土空間規劃(hua)的(de)銜接。”