電力安全是能源轉型發展的底線。近年來，世界多國電力安全問題頻發，構建新型電力系統成為能源電力轉型的必然要求，也是實現“雙碳”目標的重要途徑。新型電力系統以確保能源電力安全為基本前提，具有電力電源清潔化，電力系統柔性化、數字化、電力電子化的內在本質特征。
中國工程院湯廣福院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第2期發表《能源安全格局下新型電力系統發展戰略框架》一文。文章結合我國能源安全轉型面臨的新形勢、新挑戰，明確了能源安全涉及的供給、環境、經濟、科技等方面的內涵;探討了能源轉型的發展目標與戰略路徑，闡述了新型電力系統對于能源安全的重要性;剖析了影響新型電力系統安全發展的電源、電網、負荷、儲能、市場、技術等關鍵環節。文章認為，需從應急預警、共享互濟、安全防御3 個層面著手，構建新型電力系統安全發展所需的核心體系;進一步提出了新型電力系統發展路徑研究的基本思路，以期為新型電力系統構建及安全發展研究提供基礎參考。
一、前言
黨的二十大報告提出，積極穩妥推進碳達峰、碳中和(“雙碳”)，深入推進能源革命，加快規劃建設新型能源體系，確保能源安全。目前，我國是世界第二大石油消費國、第三大天然氣消費國;作為高碳能源類型的煤炭仍處核心消費能源地位，加之國際形勢復雜多變、消費能源價格高企，我國從化石能源向可再生能源的轉型過程具有顯著的復雜度和挑戰性。能源安全作為能源綠色轉型、經濟高質量發展的基本前提，與環境安全、經濟穩定、產業鏈供應鏈安全等密切相關，對國家經濟、社會、外交等具有不容忽視的影響。
電力安全是能源轉型發展的底線。近年來，世界多國電力安全問題頻發，如烏克蘭電網系統遭網絡攻擊而中斷(2015年)、美國得克薩斯州大停電(2021年)、我國東北部分地區拉閘限電(2021年)、我國四川省大規模高溫限電(2022年)等。2021年3月，我國首次提出構建新型電力系統，這是能源電力轉型的必然要求、實現“雙碳”目標的重要途徑。新型電力系統以確保能源電力安全為基本前提，具有電力電源清潔化，電力系統柔性化、數字化、電力電子化的內在本質特征。隨著傳統電力系統向新型電力系統轉型升級不斷加快，一次能源特性、電源布局功能、電網形態規模、負荷結構特性等都發生深刻變化;新能源的強不確定性、低保障性、電網靈活調節、多能源融合、信息網絡防御等因素，都與新型電力系統的安全穩定發展密切關聯。
近年來，針對國內外頻繁發生的電力安全事故問題開展了一些研究分析。在電網系統調頻方面，因高比例新能源的接入，電力系統慣量與以常規發電機組為主體的系統相比大幅降低，出現擾動或故障時的電網系統功率平衡出現變化，而慣量對電網的支撐能力不足可導致系統啟動低頻減載等措施;如英國“8·9”大停電事故、歐洲大陸同步電網“1·8”解列事故的研究表明，需提升電源側抗干擾能力，合理配置系統保護資源，加強電網頻率特性及調頻能力。在應對極端天氣方面，結合美國得克薩斯州大停電事故分析，提出了我國新能源在適應氣候環境、電力互濟能力、電力預測與調度技術、標準體系制定等方面的發展建議。在電網形態構建方面，分析了我國電力系統網架結構在能源低碳轉型發展中存在的穩定性問題，提出了交 / 直流聯合運行3種發展模式并以“交流分區+直流組網”為優。
隨著高比例新能源、高度電力電子化新型電力系統的構建，電力系統的安全穩定運行不僅面臨來自源側、網側變化的直接挑戰，而且受到荷、儲、市場、技術等新增關鍵因素的影響。因此，為了實現能源有序低碳轉型、新型電力系統安全發展，需立足國家能源安全的宏大背景，聚焦源、網、荷、儲、市場、技術等主要影響因素，深入探討新型電力系統安全發展的戰略架構。針對于此，本文解析能源轉型形勢下的能源安全內涵，明確能源安全轉型的目標、路徑、支撐，分析能源安全與新型電力系統發展的關系;提出反映源、網、荷、儲、市場、技術六大影響因素，包含應急預警、共享互濟、安全防御三大技術體系的新型電力系統發展戰略框架，以期促進新型電力系統安全發展、高質量建設等研究。
二、能源安全與新型電力系統發展
(一)能源安全的內涵與能源轉型發展
1. 能源安全的內涵
20世紀70年代，因石油危機研究提出了能源安全概念;隨后逐步形成了更為綜合的能源安全概念，主要包括能源資源的可利用性，能源資源的可獲得性，環境的可接受性，能源成本的可承受性。在全球能源轉型的新形勢下，因極端天氣、科技發展、地緣政治等因素影響，全球能源供應問題頻發，如價格波動、供應趨緊等，能源安全韌性的不足得以充分暴露。當前，我國進入了能源轉型發展階段，能源安全要求常態情況下的“長久安全”、極端情況下的“自主可控”;具體而言，可從供給安全、環境安全、經濟安全、科技安全四方面把握其核心內涵。
供給安全是能源安全的基礎。在傳統能源系統中，石油供應是能源安全供應的核心內涵;而當今的能源體系，品種范圍擴展至多種其他能源，納入了能源供應鏈及基礎設施，同時供給安全涉及的范圍擴大至社會穩定、地緣政治、生態環境、經濟福利等。我國作為世界最大的能源消費國，面臨著較為嚴峻的能源安全形勢。
① 傳統能源供應風險增大，油氣消費對外依存度居高不下，2021年的能源對外綜合依存度達到20%(其中原油、天然氣消費分別超過70%、40%)，油氣消費的持續增長將放大傳統能源安全風險。
② 新能源的安全風險逐步顯現，能源系統受極端氣候的影響更為明顯，如2022年夏季四川省面臨持續高溫，水電日發電能力下降超過50%，全天電力電量“雙缺”，每天外省入川支援電力約6×106kW仍無法對沖電力缺口。
③ 未來新能源規模的擴大，對礦產資源的需求保持高速增長并將呈現多樣化，而部分關鍵礦產資源的對外依存度已超過80%。
環境安全是在適應生存的基礎上反映人與環境和諧程度的量度，兼顧能源系統的綠色低碳發展才能更好實現“雙碳”目標。化石能源燃燒產生的大量SO2、煙塵等氣體和固體污染物，導致霧霾、酸雨、土壤、水資源污染等現象。以煤為主體的能源結構帶來了溫室氣體排放量的持續增加，我國2021年能源產生的CO2排放量約為1.087×1010 t，占世界總量的32.1%;加之碳中和過程的窗口期偏短(全球從碳達峰到碳中和平均用時為53年，我國僅有30年時間)，實現碳中和目標可謂時間緊、任務重。此外，我國的單位國內生產總值產生的CO2強度較高，主要原因是煤炭在能源結構中占據主導地位，如2021年煤炭在一次能源消費結構中的占比達到56%。整體來看，“偏煤”的能源結構凸顯了減碳與保供的矛盾，能源轉型節奏把握難度較大，局部地區易因煤電供應不足出現規模性的“拉閘限電”。
經濟安全指妥善解決能源價格日益上漲、穩定能源價格需求迫切之間的矛盾。近年來，受產業發展、國際形勢等因素的影響，能源價格波動幅度加大，一次能源、關鍵礦產資源價格高啟，抬高了能源轉型成本，如鋰的價格快速和大幅波動(1年時間價格上漲7倍多)。能源體系中新能源占比的提升推動了終端用能成本的增長，而隨著碳市場的深化發展，化石能源使用成本也將隨之走高，直接影響經濟市場體系的運轉穩定性。
科技安全是能源安全的根本保障。當前，我國能源安全的重點領域中存在諸多技術薄弱環節，如煤炭清潔利用與轉換，新能源核心技術，先進核電技術，智能電網，智慧礦山，氫能產業鏈關鍵技術與裝備，天然氣上游勘探開發，現代煤化工(技術、裝備、催化劑)等。著力補齊能源發展的技術短板，引領新興領域前沿技術發展，才能保障能源科技自主可控與高質量發展。
作者：湯廣福 等
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