“双碳”目标下新能源为主体的新型电力系统：贡献、关键技术与挑战

构建以新能源为主体的新型电力系统是实现"碳达峰、碳中和"目标的重要手段。在高比例可再生能源和高比例电力电子设备的"双高"趋势下,电力系统将从"源随荷动"的确定性电量平衡向源-网-荷-储多元协同概率性电量平衡过渡,从以机械电磁设备为主的高转动惯量系统向电力电子器件为主的低转动惯量系统演化,势必对电力系统的发电、输电、配电、用电等多环节提出更高的要求。本文结合近年来中国电力低碳转型的成效及国家碳排放现状,阐述了未来新型电力系统对于"双碳"的贡献。在此基础上,从安全运行、可靠供电、经济高效及数智转型4个层面论述了构建新型电力系统的关键技术,并从稳定问题复杂化、防控措施待强化、灵活资源多样化、运行方式灵活化、供电需求品质化、市场机制多元化、能源利用高效化、能源生态数字化、运营管控智能化9个方面梳理总结了建设新型电力系统将要面对的主要挑战。新型电力系统重点将在发电侧利用清洁能源替代化石能源以降低发电碳排放,在用电侧推动电气化转型以减少传统终端用能过程碳排放两个方面助力"双碳"目标实现,迫切需要统筹考虑4个层面的问题:1)安全运行是根本前提,由于新型电力系统动态特性改变及演化机理不明,不仅需要解决各类新型电力系统稳定性问题,也要应对电压、频率的支撑不足,以及应对措施不完善的严峻挑战。2)可靠供电是核心目标,解决新能源发电波动性、间歇性所带来的电力电量平衡问题,需要让更多的灵活性资源参与到电力系统功率平衡调节中,同时,还需要统筹调度系统各环节的灵活性资源,保障电力系统可靠、高品质供电。3)经济高效是必然要求,目前尚缺乏合理的电力市场机制与碳市场机制作为提高系统经济效益的有效手段,中国在源、网、荷、储各方面的能效仍有较大提升空间。4)数智转型是关键支撑,电力业务亟需通过数字技术与智能控制技术改造生产及管理模式,"大云物移智链"等技术在能源电力领域的融合创新和实际应用同样面临诸多挑战。规划、设计、建设、运行以新能源为主体的新型电力系统需要结合新理论、新技术、新市场、新政策,研究系统安全运行中的稳定机理与防控措施,挖掘系统灵活性资源并维持系统可靠供电,设计合理的电力市场与碳市场机制,不断提高能源生产-传输-存储-转换-消费等环节的效率,朝着从高碳电力系统向深度低碳或零碳电力系统转型的目标持续迈进。