谷峰：新型電力系統到底“新”在哪里

　　按照全國電網運行與控制標準化技術委員會給出的新型電力系統的定義，新型電力系統是以承載實現碳達峰碳中和，貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內在要求為前提，確保能源電力安全為基本前提、以滿足經濟社會發展電力需求為首要目標、以最大化消納新能源為主要任務，以堅強智能電網為樞紐平臺，以源網荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統。這個定義非常全面，提到了新型電力系統的基本前提、首要目標、主要任務、實現手段和基本特征。但也不難發現，定義雖然“全面”，其不足也很突出，很難總結出我國要建設的新型電力系統到底“新”在哪里。如果我們給出的定義過于寬泛，核心要點過多，容易把握不住本質的“新”，就會分散投資的方向，甚至在錯誤的方向上付出巨大的成本，從而引發電價的不合理上漲。

　　電力系統不斷升級下的新舊相對論

　　回顧我國的電力系統發展，歷次電力系統升級都曾產生過當時的“新型電力系統”。

　　根據電力規劃總院的相關研究成果，到目前可分為起步發展、省級電網互聯、區域電網互聯三個階段。回頭看看那些被替代的電力系統，也曾經是新型電力系統，例如省級電網互聯的電力系統相對起步發展階段的電力系統就可以稱為新型電力系統，區域電網互聯的電力系統相對省級電網互聯的電力系統也可以稱為新型電力系統。

　　起步發展階段

　　此階段指從19世紀80年代我國電力起步到1980年左右省級電網初步形成的階段。起步發展階段，我國電力系統以小電源、單個電網為主。由初期孤立電廠外送直接供電，發展到多個電廠互聯和以電廠為中心向四周供電的局部電力系統，電力就地平衡，系統分散，不均衡發展;后期，隨著220千伏線路的建設，城市電網形成。至1980年，省級電網基本形成，全國有容量10萬千瓦以上電網32個，其中100萬千瓦12個。全國發電設備容量達6587萬千瓦。該階段電網伴隨電源建設特點明顯，電網結構薄弱，自動化水平較低，電網頻繁出現穩定問題，僅“四五”時期發生的穩定事故就有100起左右。

　　省級電網互聯階段

　　此階段指1980年到1995年，相比較起步發展階段，區域電力系統形成時期。改革開放以來，集資辦電等一系列政策的實施，極大地促進了電力建設，帶動我國電力系統快速發展。該階段是市場經濟體制的確立與探索時期，加快適應國民經濟發展仍然是該時期電力工業建設的主要任務。電力行業管理體制實現政企分開。這個階段電力系統的“新”體現在電網用于互濟與互聯功能顯著提高，超高壓電網高速發展，區域電網初步形成。本階段電力工業進入超高壓時期，電力系統建設一方面適應大容量機組遠距離外送，另一方面滿足電力系統的安全穩定運行;以區域內資源配置為主，立足省內平衡，輔以省間互濟，圍繞省內負荷中心重視省網建設。除臺灣、香港等地區外，全國形成了東北、華北、西北、華中、華東等5 個區域電網、南方聯營電網和 10 個獨立省區電網的電力系統格局。

　　全國電網互聯階段

　　1996年以來，電力工業的建設在社會主義市場經濟的大背景下飛速發展，大型梯級水電站和煤電基地相繼投產，嚴重缺電局面開始扭轉。進入新世紀，我國啟動電力體制改革，實施政企分開、廠網分離。與此同時，國家實施西部大開發和“西電東送”戰略，大電源基地、大電網建設進入快速發展階段。相對于第二階段，本階段電力系統的“新”體現在西電東送與區域電網互聯。電力系統以區域電網為基礎，以超高壓、特高壓交直流電網為載體，發展跨省大跨區的大規模電力資源配置，電網大范圍資源配置能力顯著增強。在滿足電力系統安全可靠運行，預防事故發生的前提下，立足在能源基本格局下區域平衡，優化主網架結構。截至2020年底，除臺灣外，我國各省級電網全部實現交直流聯網，基本形成全國聯網格局，跨省跨區特高壓輸電通道22回，交流最高電壓等級1000千伏，直流最高電壓等級，建成了全世界規模最大的多區域互聯、交直流混聯電力系統。

　　從我國電力系統發展史來看，實際上“新”是與“老和舊”相對的，是個描述事物比較狀態的形容詞，今天我們建設的新型電力系統，也許20年后就會被更新型的電力系統所替代。上述三個階段電力系統的演進是以省(城市)電網-區域電網-區域電網互聯為主要標志進行的，其間電源側也經歷了燃煤機組從幾千千瓦到百萬等級、水電機組從幾百到七十萬等級、核電從無到有、可再生能源成為重要組成部分的巨大進步，但是電源側的變化并沒有成為階段劃分的標志，并沒有出現跨越式的、性質的變化。

　　新型電力系統有其內在核心的“新”

　　本輪電力系統發展要建設的新型電力系統，就其本身而言，核心本質就是發電側要大規模、高比例使用可再生能源。其他諸如堅強智能電網、網源荷儲互動與多能互補、清潔高效煤電這些特征，其實在我國電網發展的第二三階段都有提及，甚至部分技術在百年前已經面世，并非是本輪新型電力系統建設的核心特征，而應當定位其為順應發電側大規模、高比例使用可再生能源需要采用的可能手段。可再生能源的發電特性是間歇性、不連續性，這與用戶側要求的連續穩定供電相矛盾，也與電力系統安全、連續、穩定供電的基本要求相矛盾，即使是本輪的新型電力系統，也未改變用戶側的需求和電力系統本身的需要，那么就要采用其他手段對沖可再生能源不符合用戶側和電力系統要求的發電特性。當然，技術在不停地進步，20年的時間仍然很長，何時出現新的技術、何時舊有技術經濟性取得突破都無法預計，2040年的新型電力系統可能會使用我們暫時還沒有發現的技術路徑和技術組合。我們現在的分析，是在考慮經濟性的前提下，基于現有技術組合和技術路徑可行性進行的論證。

　　為什么要使用堅強智能的電網?

　　將可再生能源的間歇性與不連續性轉變為用戶側所需要的連續穩定供電，有兩種方式供選擇，一種方式是通過儲能(含制氫)，使可再生能源生產的電能“離線”形成庫存，并在用戶側需要時平穩的釋放;另一種方式是通過電網形成平臺，由其他能源(主要是傳統能源)生產的電能，對可再生能源間歇性與不連續性“在線”進行實時調節服務。本輪新型電力系統的建設之所以選擇后一種方式，主要還是考慮經濟性因素。由于我國在歷年正常氣候下，均有3-7日風光出力極小，部分地區甚至可達無風無光的程度，在此情況下如果僅依靠儲能，我國電價的水平會上漲到經濟無法承受的程度[1]。因此，在目前的技術水平之下，堅強智能的電網是承載大規模、高比例可再生能源的唯一經濟性選項。

　　為什么仍然要發展清潔高效的煤電?

　　所有以電網為平臺的電力系統，都需要三種商品，一是電能量，二是調節能力，三是有效容量(可靠性)。電能量無需過多解釋。調節能力是指跟隨負荷變化或應對電源側事故保證系統穩定運行的能力。有效容量是指在極端天氣或負荷尖峰時刻能夠保證出力、實現系統穩定供電的容量。傳統電源一般來說既能提供電能量，又能提供調節能力，還能提供有效容量，因此在本輪新型電力系統建設之前，電源為系統提供的商品是同一主體身兼數職的，經濟性較好。可再生能源由于一次動力“看天吃飯”，從事電能量生產是沒有問題的，但是在不加裝“外設”的前提下，很難提供調節能力，甚至由于一次動力的間歇和不連續，還要大幅增加系統對調節能力的需求。同時，可再生能源出力受天氣限制，我國目前負荷高峰的發展趨勢是冬季逐步逼近夏季或超過夏季高峰，晚高峰大于日高峰。系統尖峰大概率出現在氣候較為極端的時間，該時段往往是可再生能源出力很低、甚至完全沒有出力的時段。因此，未來新型電力系統需要可再生能源生產電量以減少碳排放，需要傳統電源提供調節能力和有效容量。換言之在保證電力系統可靠性的要求下，未來的尖峰負荷有多大，就應當保留多少容量的傳統電源[2]。此外，由于我國缺油少氣，且水電資源剩余可開發量不大(且冬季水電往往處于小出力的枯水期)，將來支撐新型電力系統有效容量的電源類型只能是清潔的煤電，并將由其提供系統需要的主要調節能力。

　　為什么要網源荷儲互動與多能互補?

　　從國際經驗來看，可再生能源就地平衡的經濟性最好，同時在能源供給側，采用不同能源種類聯動會產生互補效益。實際上，隨著可再生能源比重增加，僅僅依靠傳統電源提供調節和有效容量成本巨大。這好比傳統電源同時提供電能量、調節和有效容量模式，像“一個和尚挑水吃”，可再生能源生產電能量，傳統電源提供有效容量和調節能力，像“一個和尚(可再生能源)挑水吃，一個和尚(傳統電源)等著幫忙抬水吃”，自然而然成本就上升了。通過粗略估算，就能看到可再生能源自身投資成本的下降，遠遠無法抵消消納成本的上升，要想辦法減少“幫忙抬水和尚”的數量。因此，具有一定調節能力和中斷用電能力的用戶側必須要參加調節和提供有效容量。原來用戶側參與調節和提供有效容量的情況很少，主要原因是缺乏有吸引力的價格。而現在由于高比例可再生能源的大規模接入，推動了電價一定程度的上漲，形成了具有一定吸引力的價格。當然，用戶側參與調節和提供有效容量，以單個用戶為主體既不可靠、也不具有經濟性，利用用戶側資源的方式應當是“網源荷儲”一體化和多能互補，這既可以為新型電力系統需要的調節能力和有效容量提供較為廉價的補充，又可以對提高可再生能源就地消納有一定的促進作用。

　　新型電力系統的“新”并未止于其本身

　　實際上，與電力系統前三個發展階段相比，本輪新型電力系統的外部環境發生了根本性的變化。電力系統發展的前三個階段，由政府主管部門審批投資、核定電價并分配發電計劃，電網企業按照核定電價和政府確定的發電計劃，統購統銷電量，這實質上是一個“管生又管養”的過程，電源投資沒有風險，這也是過去發電企業“跑馬圈地”的原因之一。但是本輪新型電力系統建設所處的外部環境是電力市場化，也就是電源項目未來不再是政府“管生又管養”的機制，而是變成了“政府準生、市場謀生”的模式。這恐怕是新型電力系統建設過程中與其他階段電力系統發展外部條件最大的“新”。

　　“市場謀生”的機制對新型電力系統的建設有著重大的意義，因為我們需要的新型電力系統，是為社會經濟發展服務的，是不能超越社會經濟正常發展所需電價水平的。電力系統發展的任何階段，能源“不可能三角”都在持續發揮作用，可靠(安全)、綠色、經濟永遠不可能同時達到。目前技術條件下，在必須安全，且大規模使用綠色電力的前提下，電價上漲是必然的。雖然上漲無法避免，但是上漲的幅度是可以通過精準控制實現最優的。這個精準控制的辦法就是市場機制。本輪新型電力系統建設，由于引入了用戶側調節做補充，可采用的技術和商業模式很多，發電側在電價上升的預期下，也有很多可以使用的技術，各方主體難免出現“王婆賣瓜”，讓決策者難以決定產業政策重點支持的技術。但是通過市場機制，可以實現“登臺唱戲、同臺競爭”的局面，最好、最有發展前途的技術一定是規模化之后可以經受住殘酷市場競爭后被篩選出的技術。通過市場競爭篩選出大規模、高比例可再生能源消納所需要的技術，才是最有經濟性的技術，才能確保實現新型電力系統建設成本最小化的目的。

　　當然，“市場謀生”還需要堅持技術中立原則的市場設計。既然新型電力系統之下將電力商品分為了電能量、調節和有效容量三種，那么就要相應設計對應的市場。首先，通過現貨市場，準確計算可再生能源的消納成本，以便精準設計場外的政府授權合約和配額制度，以避免過激勵，同時通過發用雙方承擔平衡責任體現電能量商品的特殊性。其次，通過現貨市場和輔助服務市場設計，體現電力調節商品的價值。再次，通過容量市場的設計體現有效容量商品的價值。

　　總結上述內容，可以明確新型電力系統的“新”來自于兩個方面，內在的“新”源于發電側要大規模、高比例使用可再生能源生產電能量，外在的“新”則是指新型電力系統的投資回報需要在市場競爭中獲得。掌握了這兩個“新”，就能夠獲得“慧眼”，穿透技術和經濟的“迷霧”，確定工作努力的方向。

　　“雙碳”新時代，呼喚新型的電力系統。把握了新型電力系統核心的“新”，就能分清哪些是目的、哪些是手段，哪些是“道”、哪些是“術”。只有深刻認識新型電力系統內在和外在的“新”，才能明確要用什么方法去規劃投資和評估收益，以及檢驗不同技術的可行性。

　　大道至簡，衍化至繁，致遠方可行穩!

　　[1] 現有儲能的經濟性僅體現在提供小時級或日級的服務層面。

　　[2] 在不考慮用戶側參與調節的情況下。