新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建是一個演化過程。從概念提出，開始構(gòu)建，再到全面建成，實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，不同階段有其不同的主要矛盾和關(guān)鍵要素。較長期存在的主要矛盾是如何破解經(jīng)濟(jì)—安全—環(huán)境這一“矛盾三角形”，也就是如何在三者相互制約下實現(xiàn)能源電力的協(xié)調(diào)發(fā)展。
在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是極具前瞻性、開創(chuàng)性的戰(zhàn)略挑戰(zhàn)和系統(tǒng)工程。實現(xiàn)這一目標(biāo)對現(xiàn)存電力系統(tǒng)運行安全、管理機(jī)制和電力市場機(jī)制等方面提出了哪些挑戰(zhàn)?新型電力系統(tǒng)構(gòu)建又會使我國傳統(tǒng)電力系統(tǒng)發(fā)生哪些大的變革?8月16日，帶著上述問題，本報記者采訪了中國工程院院士、中國電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長郭劍波。
從全局視角看新型電力系統(tǒng)
中國能源報：您認(rèn)為什么是新型電力系統(tǒng)?
郭劍波：自從新型電力系統(tǒng)概念提出以后，社會各界的反響是積極的。各行業(yè)、企業(yè)、學(xué)者都對新型電力系統(tǒng)的概念、特征、目標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)等做了一些詮釋和解讀。社會普遍認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)的內(nèi)涵是，以確保能源電力安全為基本前提、以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以堅強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動等基本特征的電力系統(tǒng)。
新型電力系統(tǒng)是在“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略、“清潔低碳，安全高效”現(xiàn)代能源體系以及碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)之后提出的，它既跟前三個概念一脈相承，也是其具體的實現(xiàn)路徑。所以，在認(rèn)識和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的時候，我們要統(tǒng)籌考量上述各方面。新型電力系統(tǒng)是一個各參與主體、各關(guān)鍵要素都能和諧生長的生態(tài)系統(tǒng)，是一個以電力系統(tǒng)為樞紐平臺的多行業(yè)和多能源耦合協(xié)同的信息物理社會巨系統(tǒng)，是一個以電力為核心的能源新體系(system of systems)。
中國能源報：我國電力系統(tǒng)將發(fā)生哪些革命性變化?
郭劍波：新型電力系統(tǒng)帶來的變革和挑戰(zhàn)很多，主要體現(xiàn)在七個方面。首先是新的功能定位。據(jù)有關(guān)預(yù)測，到2060年，非化石能源占一次能源比重將達(dá)80%，電力在終端能源的消費比重將達(dá)70%左右，電力對國民經(jīng)濟(jì)全局性、系統(tǒng)性的影響更明顯。所以，建設(shè)新型電力系統(tǒng)時，要從全局系統(tǒng)視角來看待這個問題，它承載著支撐實現(xiàn)全社會碳達(dá)峰、碳中和的使命，而不是簡單地看某一個行業(yè)或地區(qū)是否實現(xiàn)了碳達(dá)峰、碳中和，甚至爭著提前達(dá)峰或中和。
第二，新的供需特點。由于新能源電力具有強(qiáng)不確定性和低保障性，要重新審視電力系統(tǒng)安全的定義和相關(guān)理論，保障電力系統(tǒng)供給安全、運行安全，要有底線思維。例如，去年美國得克薩斯州電力供應(yīng)緊張，導(dǎo)致電價飆升到了每度9美元。一戶居民一個月電費要達(dá)1萬美元。今年6月，澳大利亞電力市場停擺，電價達(dá)每度15.1澳元，相當(dāng)于70元人民幣一度。嚴(yán)峻的供需形勢不僅造成了停電損失，更帶來了用戶難以承受的極端電價。所以，怎么結(jié)合新型電力系統(tǒng)的特點和新能源的特點，調(diào)動各方積極性，穩(wěn)定投資者的預(yù)期至關(guān)重要。
第三，新的產(chǎn)業(yè)鏈。我國出現(xiàn)的風(fēng)電搶裝潮使得巴沙木原材料供應(yīng)緊張，價格從5000多元漲到15000元人民幣。與此同時，鋰礦也漲了七八倍，鋰電池產(chǎn)業(yè)原材料也面臨供應(yīng)難題。如何穩(wěn)定新能源產(chǎn)業(yè)鏈的需求與供應(yīng)是整個行業(yè)要思考的關(guān)鍵。
第四，新的電網(wǎng)形態(tài)。新能源發(fā)電空間分布廣、單體數(shù)量大、運行特性復(fù)雜。目前，國家電網(wǎng)公司接入的大型新能源場站超過4000個、低壓接入的分布式發(fā)電系統(tǒng)約170萬個。未來，全國集中式和分布式新能源發(fā)電單元將達(dá)數(shù)千萬個，運行控制層級多、信號數(shù)量可達(dá)數(shù)十億，這使得新型電力系統(tǒng)成為一個多時空尺度、多層級、多系統(tǒng)耦合的復(fù)雜巨系統(tǒng)。隨著越來越多利益主體參與，電網(wǎng)形態(tài)將發(fā)生深刻變革。
第五，新的體制機(jī)制。豐饒和短缺交織的市場形態(tài)將催生新的商業(yè)模式，物質(zhì)鏈、信息鏈和價值鏈可能被重塑。市場和政策機(jī)制設(shè)計需要考慮新能源與常規(guī)電源以及用戶的配合機(jī)制，協(xié)調(diào)市場內(nèi)多利益主體，實現(xiàn)價值提升和價值創(chuàng)造。
第六，新的技術(shù)裝備。比如，隨著跨學(xué)科融合與新技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字孿生和人工智能技術(shù)可應(yīng)用于能源電力多個領(lǐng)域。要應(yīng)對復(fù)雜性和不確定性，就要提升系統(tǒng)的智能化水平。
第七，新的政策法規(guī)。新型電力系統(tǒng)構(gòu)建是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要各級政府、各行各業(yè)協(xié)同配合，通過政策、法規(guī)和體制機(jī)制創(chuàng)新，業(yè)態(tài)、市場和電價機(jī)制創(chuàng)新，以及技術(shù)創(chuàng)新共同來解決。例如，隨著產(chǎn)銷者的出現(xiàn)，就需適當(dāng)修訂現(xiàn)行的《電力法》，使其適應(yīng)新型電力系統(tǒng)，簡單說就是責(zé)權(quán)對等。我們在鼓勵新商業(yè)模式和商業(yè)形態(tài)興起的同時，也應(yīng)該賦予其同等的責(zé)任。
“矛盾三角形”將長期存在
中國能源報：目前，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中，我們正面臨哪些矛盾?
郭劍波：新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建是一個演化過程。從概念提出，開始構(gòu)建，再到全面建成，實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，不同階段有其不同的主要矛盾和關(guān)鍵要素。目前，物聯(lián)網(wǎng)、儲能等行業(yè)和企業(yè)的科技工作者做了大量工作。我個人覺得，較長期存在的主要矛盾是如何破解經(jīng)濟(jì)—安全—環(huán)境這一“矛盾三角形”，也就是如何在三者相互制約下實現(xiàn)能源電力的協(xié)調(diào)發(fā)展。
中國能源報：在您看來，如何破解或協(xié)調(diào)“矛盾三角形”?
郭劍波：首先是科技進(jìn)步。無論是治理環(huán)境、提升經(jīng)濟(jì)效益，還是安全保供，都離不開科技進(jìn)步。其次，上述三個要素都是政策相關(guān)性要素。因此，在制定新型電力系統(tǒng)相關(guān)政策和法律法規(guī)時，銜接、配套和協(xié)同異常重要，不能強(qiáng)調(diào)一方面而忽略其他方面，或是強(qiáng)調(diào)某一地區(qū)某一部門的目標(biāo)，忽略整體目標(biāo)。再次，三個要素互為發(fā)展指標(biāo)，也互為約束性指標(biāo)，需要因勢而動、動態(tài)改進(jìn)。
中國能源報：電網(wǎng)如何提高電力系統(tǒng)靈活性?
郭劍波：靈活性的需求是針對波動性的平衡機(jī)制要求的。因此，需從增加應(yīng)對波動性的平衡能力和減少波動性兩個方面來考慮。新型電力系統(tǒng)的波動性主要來自新能源的波動和不穩(wěn)定。據(jù)分析，到2060年，新能源10分鐘至15分鐘最大功率波動可占電力系統(tǒng)峰值負(fù)荷的10%，一小時最大波動可達(dá)20%以上，一天最大波動能達(dá)到60%到70%。
為應(yīng)對波動性，提高靈活性，需要從三個方面著手。電源側(cè)，增加機(jī)組調(diào)節(jié)能力和爬坡速度、增加新能源預(yù)測精度，比如當(dāng)前開展的比較有效的火電靈活性改造這項工作。電網(wǎng)側(cè)，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，增加交換能力、互濟(jì)能力，利用時空尺度效應(yīng)平抑波動，對比區(qū)域電網(wǎng)和省級電網(wǎng)24h級波動，風(fēng)電波動減少42個百分點，光伏減小10個百分點。負(fù)荷側(cè)，增加可控性，儲能、多能互補(bǔ)、多行業(yè)互動和社會廣泛參與都很重要。
“矛盾三角形”將長期存在
中國能源報：如何降低構(gòu)建新型電力系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)?
郭劍波：雖然新能源發(fā)電設(shè)備的單位容量成本不斷下降，但大電網(wǎng)的匹配成本、平衡成本和建設(shè)投資并不會因新能源增加而減少，考慮系統(tǒng)成本下的綜合成本仍呈現(xiàn)增加趨勢。同時，隨著新能源占比的提高，新型電力系統(tǒng)很多隱性成本和隱性需求會逐漸顯性化。
應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，我有以下幾個方面的建議：一是依靠科技創(chuàng)新，大量應(yīng)用新技術(shù)、新產(chǎn)品、新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等;二是把握好發(fā)展節(jié)奏，處理好安全—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境的動態(tài)關(guān)系;三是倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)生活方式，要倡導(dǎo)簡約適度、綠色低碳的生活方式。不把能耗水平降下來，不僅“雙碳”目標(biāo)很難實現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)也巨大。
中國能源報：在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的大背景下，我國應(yīng)如何推動電力回歸商品屬性?
郭劍波：我理解你所說的是指電力作為商品的價值和使用價值屬性。前者反映的是生產(chǎn)者的預(yù)期回報，后者反映的是消費者的獲得感。商品的價值要通過生產(chǎn)者和消費者的交換才能實現(xiàn)，“隨行就市”即通過用戶實現(xiàn)，由用戶買單。能源還有“社會公平屬性”，社會生產(chǎn)生活需要充足、可持續(xù)、可支付的能源。這里有幾個關(guān)鍵要素需要統(tǒng)籌考慮：一是生產(chǎn)者的投資意愿和回報能力;二是消費者的理性消費和支付能力;三是政府的機(jī)制設(shè)計和管控能力。(記者 蘇南 董梓童)
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