如何构建符合“双碳”目标的新型电力系统

如何构建符合“双碳”目标的新型电力系统

张频 方子星

北京航天石化技术装备公司 北京 大兴区 100162

摘要：电力行业作为我国基础性行业，做好电力行业，对于我国国家的长久发展和人民的幸福生活有重要意义，可以说电力行业是关乎我国国计民生的关键行业，尤其是当前，“双碳”目标已成为长期国家战略，它不仅被定义为能源问题、环境问题，更是经济问题、发展问题。我国实现“双碳”目标将面临前所未有的挑战，也意味着在此进程中蕴含着大量的发展机遇。基于此，本文主要对如何构建符合“双碳”目标的新型电力系统做论述，详情如下。

关键词：“双碳”目标;新型电力系统

引言

“双碳目标”提出后，降低电力行业的碳排放，将是中国碳减排事业的主要工作，也是中国长期希望完成的能源转型任务。随着能源电力转型的推进，电力系统的形态必然会发生一些重要变化。详情如下。

1新型电力系统的定义

充分利用“大云物移智链边”等现代技术，在发电侧引导企业加快智慧电厂建设，电网侧推动智能化合理网络结构，用户侧推广智慧用能综合服务，实现广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共享的以新能源为主体的新型电力系统。电网云平台充分融合云计算、大数据分析、人工智能等先进技术，构建了云、数、智一体的整体基础架构，重点围绕数字电网、数字运营和数字能源生态三个方向，通过“全要素、全业务、全流程”的数字化转型，推进“数字电网”建设，推动电力企业向智能电网运营商、能源产业价值链整合商、能源生态系统服务商转型，智慧能源体系的演进路线。

2“双碳目标”加速电力增长零碳化进程

一是煤电的功能定位还要进一步明确。由于可再生能源的随机性、不稳定性和波动性，要保证新能源电量大部分得到应用，尽量减少弃风弃光，必须进一步增加电力系统的灵活性。二是光伏发电、风电将替代煤炭成为能源体系的主体能源，其它低碳能源发电，如水电、核电、生物质发电、少量低碳火电，以及由绿色电力生产出的绿色氢能等，共同构成低碳、零碳甚至负碳的能源体系。三是多种方式的储能成为电力系统灵活运行的重要支撑。如抽水蓄能、化学电池储能、电动汽车参与储能、压缩空气储能、电热冷储能等技术广泛应用于发电侧、电网侧和用户侧。

3构建符合“双碳”目标的新型电力系统的措施

3.1明确太阳能热发电战略定位促进技术

太阳能热发电具有长时间储能能力且采用汽轮机-同步发电机技术，可满足现有交流同步电力系统的惯量、故障穿越、电压/频率响应等技术要求，可为绿色低碳电力系统提供可靠的保障与支撑，将在构建以新能源为主体的新型电力系统中发挥中坚作用。“双碳”战略目标提出，到2060年前中国将实现碳中和，可再生能源占一次能源消费比达到70%以上。风力发电和光伏发电具有“极热无风”“晚峰无光”等特点和“大装机、小电量”特征，随着“碳达峰”和“碳中和”的推进，高比例、间歇性和波动性的风电与光伏在电力系统中的比重不断增加，在满足电力系统电量需求的同时，也带来较大的调峰压力。2020年，时任国家电网总工程师陈国平在电力系统发展方向暨学术方向研讨会的主旨报告《现代电力系统的问题、挑战与发展方向》中指出：“电力系统发展需要重构，应大力发展具有传统同步机新特性的光热电源。”2019年，清华大学能源互联网研究院在《高比例可再生能源电力系统中光热发电的价值发现》一文指出：“灵活可控的特点使得光热发电并网既具有可再生能源效益又具有灵活性效益。发挥运行灵活性特性，可以实现光热与风电、光伏及其他能源打捆的平滑效益，提升区内消纳和打捆外送中的可再生能源消纳水平。高比例可再生能源并网下，太阳能热发电的电力支撑效益显著，有望成为部分地区主要的调节电源重要选项之一。”可以起到“利用可再生能源消纳可再生能源”作用。

3.2加强电网系统灵活性建设。

统筹好电源侧、电网侧、用户侧功能与需求，合理安排新能源发展规模、区域布局和建设时序，加快抽水蓄能电站建设，推动火电机组调峰改造，大力推进储能规模化应用，促进新能源与电网、新能源与灵活调节电源的协调发展，因地制宜地发挥好微电网的作用，切实提高电力系统整体运行效率，并开展网源荷储优化调度，促进各类能源互通互济和源网荷储协调互动，提高清洁能源接纳能力，支持分布式电源和微电网发展。

3.3发挥市场作用扩展消纳空间

深化电力市场化改革，推动形成科学合理的电力价格形成机制，构建统一开放、竞争有序的全国统一电力市场和促进新能源消纳的市场机制，深化电力现货市场建设，采用灵活价格机制促进清洁能源参与现货交易，完善以中长期交易为主、现货交易为补充的省间交易体系，扩大新能源跨区跨省交易规模，为推动新能源消纳提供动力。

3.4地热发电在新型电力系统中的定位

当前，全球能源的使用与消费也正在从传统“黑色”的化石能源努力转换为“绿色”的可再生能源，我国也于2020年提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的“双碳”目标。风电、光电的加入突出了能源系统供应侧可再生能源的不确定性，多异质能流的非线性耦合以及能源资源与分散、多样、个性的负荷需求的时空不匹配特性。而以数字化为代表的科技革命和产业革命正加速赋能人类文明演化的进程，“互联网+智慧能源”（能源互联网）逐渐实现技术与产业的融合，构建以新能源为主体的新型电力系统成为能源系统工作的关键，我国也明确“到2030年，中国风电、太阳能发电总装机容量将达到1200GW以上”的基本目标。然而，以风光为主体的新型电力系统将呈现电力电量平衡概率化、系统电力运行电子化以及系统灵活性资源稀缺化的特征及趋势，电力系统面临经济、安全运行的挑战。同时值得注意的是，由于我国风、光资源与负荷需求的逆向分布特征，风、光能源或将面临日益突出的季节消纳和日间消纳矛盾。预计到2030年，我国风、光等新能源装机将达到1500GW，风、光的“大发”和“小发”都会引起我国电力系统可靠与经济供应的严重矛盾；另外，风、光可再生能源并网会造成电网调峰和辅助服务费用的剧增，不利于电网安全、经济运行，火电机组承担电网深度调峰任务已成为必然趋势。不同于风、光等可再生能源，地热能源于地球内部物质的裂变，具有稳定、清洁、分布广泛的特点，国际上地热发电技术也已实现多元化、规模化发展。我国地热资源丰富，按照体积法总量概算，全国陆域距地表10km以内的地热资源可采量达17万亿t标准煤（按2%可采资源比例），是2020年全国能源消费总量的近4000倍。其中，仅水热型地热的发电潜力就有6GW左右，干热岩发电潜力则是水热型的数千倍以上。虽然因技术及政策等各种因素限制，我国地热发电当前装机不足50MW，但“双碳”是成本约束下的长期目标，其实现路径存在诸多的不确定性，而新型电力系统的建设直接关系全社会为实现“双碳”目标的投资。因此，建立合理长效的新型电力系统规划及运行理念、方法，从系统角度辨识地热发电技术在以风光为主的新型电力系统中的角色和地位，将对“双碳”的研究具有重要意义，也将是我国地热发电发展的历史机遇。

结语

总而言之，双碳”战略下，要利用多种现代技术，创新电力系统，保障电网安全运行，值得关注。

参考文献

［1］张亮，裴晶晶，任韶然.超临界CO2在干热岩中的采热能力及系统能量利用效率的研究［J］.可再生能源，2014，32（1）：114-119.

［2］汪集旸，胡圣标，庞忠和，等.中国大陆干热岩地热资源潜力评估［J］.科技导报，2012，30（32）：25-31.