2021年3月15日，中央財經(jīng)委員會第九次會議指出，“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，要構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

我國能源的碳排放量占總排放量的近90%，據(jù)統(tǒng)計，2020年我國碳排放大約是103億噸，其中，煤炭、石油、天然氣的合計碳排放為95億噸。電力行業(yè)碳排放占全國碳排放總量的40%，中國“雙碳”目標(biāo)的提出，為能源轉(zhuǎn)型提出了更為緊迫明晰的時間表。電力行業(yè)是減碳的主力軍，任務(wù)重、責(zé)任大。經(jīng)濟增長和終端用能結(jié)構(gòu)變化將繼續(xù)拉升中國的用電量，要確保電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)供應(yīng)的同時實現(xiàn)深度減排，發(fā)展可再生能源是根本，提高能源效率是關(guān)鍵，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是核心技術(shù)支撐。

新型電力系統(tǒng)概念情景

以2060年實現(xiàn)碳中和的背景設(shè)定來設(shè)想以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的概念情景?；趯崿F(xiàn)碳中和的要求，能源供給側(cè)應(yīng)實現(xiàn)脫碳，清潔能源成為主力能源，化石能源逐步退出，尤其是光伏、風(fēng)電將成為新增能源主力軍；終端電能消費大幅度提升，到2060年，電能占終端能源消費比例將達(dá)到70%左右。除了以電能作為直接能源外，目前尚未使用或者大規(guī)模使用電力的工業(yè)等領(lǐng)域?qū)V泛使用電能，如鐵路電氣化水平大幅提高，電動汽車更加普及，通過電爐煉鋼等等。電能除了直接使用，還可間接制造能源，即電能的多元化轉(zhuǎn)換（Electric power-to-X），例如通過電解水制氫，用于交通、工業(yè)，用能呈現(xiàn)泛電氣化趨勢。在泛電氣化背景下，電能在能源消費中占比將達(dá)90%（直接利用+間接利用）左右。

2060年實現(xiàn)碳中和情景下的新型電力系統(tǒng)中，從電源形態(tài)來看，裝機和發(fā)電量以可再生能源為主。相比現(xiàn)在，火電將大幅減少，風(fēng)電、光伏大幅增加，核電、生物質(zhì)發(fā)電也明顯上升，發(fā)電裝機總?cè)萘考s100億千瓦，其中風(fēng)光裝機總?cè)萘考s為90億千瓦，火電裝機約為5億千瓦，水電裝機約為4.5億千瓦，核電裝機約為3億千瓦，其他能源裝機約為2億千瓦。風(fēng)光發(fā)電量約為15萬億千瓦時。

從電網(wǎng)形態(tài)來看，高滲透率接入新能源將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機理。配電網(wǎng)將與分布式電源協(xié)同發(fā)展，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)將以“大電網(wǎng)+主動配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”的形態(tài)呈現(xiàn)，電力系統(tǒng)柔性可控，透明是新型電力系統(tǒng)的主要特征。系統(tǒng)可以“無條件”地接受新能源，由于系統(tǒng)裝機容量、發(fā)電量顯著增加，因此擁有“無限大”的功率、“無限多”的能量，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定依靠功率的動態(tài)平衡和能量的動態(tài)平衡。

新型電力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的特征差異

動態(tài)特征

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的動作時間常數(shù)大（秒-分鐘級），“慢速”的系統(tǒng)機電特性，穩(wěn)定性高。新型電力系統(tǒng)中，由于電力電子具有弱慣性特點，其動作時間常數(shù)?。ㄎ⒚爰墸?，頻域分布廣，波動性和隨機性強。

安全穩(wěn)定理論

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由機電同步過程表征，模型等效，是基于機電轉(zhuǎn)動慣量的穩(wěn)定理論。新型電力系統(tǒng)則是數(shù)據(jù)同步過程，由數(shù)據(jù)驅(qū)動，基于數(shù)字化的信息與物理系統(tǒng)融合，其電力系統(tǒng)安全理論是基于“電力+算力”的系統(tǒng)平衡理論。

系統(tǒng)規(guī)模特征

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是集中式的，電源單體規(guī)模大，數(shù)量較少；新型電力系統(tǒng)是分布式的，電源單體規(guī)模小，數(shù)量龐大。

系統(tǒng)形態(tài)和生態(tài)

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面向功能、界限分明，以模型和預(yù)測為核心的仿真系統(tǒng)面向集中式架構(gòu)，存在功能割裂、信息封閉、技術(shù)受限的問題。新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲”融合變換，“能量和信息”交織互動，基于全局的數(shù)據(jù)是電力系統(tǒng)研究的紐帶和基礎(chǔ)。

負(fù)荷側(cè)格局和用戶

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)負(fù)荷可預(yù)測、可計劃，相對穩(wěn)定，用戶是電力消費者。新型電力系統(tǒng)負(fù)荷側(cè)包括新能源和儲能，負(fù)荷側(cè)從單純的消費者轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;生產(chǎn)者+消費者”，負(fù)荷不確定性強，用戶全方位融入電力系統(tǒng)。

系統(tǒng)安全

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)確定性強，功能單一，易控制。新型電力系統(tǒng)不確定因素多，功能復(fù)雜，需要構(gòu)建系統(tǒng)和元件的新型網(wǎng)絡(luò)安全體系。

電力系統(tǒng)架構(gòu)

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是大電網(wǎng)、同步電網(wǎng)，新型電力系統(tǒng)下能源電力趨于一體化和泛電氣化，電網(wǎng)形態(tài)為“大電網(wǎng)+主動配電網(wǎng)+微電網(wǎng)”。

新型電力系統(tǒng)的技術(shù)要素

新型電力系統(tǒng)是信息技術(shù)、計算技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、控制理論和控制技術(shù)、運籌學(xué)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等與電力系統(tǒng)的深度融合。

系統(tǒng)的信息化、數(shù)字化、智能化

新型電力系統(tǒng)中配置的小微智能傳感器及其傳感網(wǎng)絡(luò)無處不在，這是構(gòu)建含泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施；先進通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、人工智能技術(shù)等在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，將實現(xiàn)電網(wǎng)的自由（無限、海量）數(shù)據(jù)采集、自由數(shù)據(jù)獲取、自由智能分析。設(shè)備的智能化特征明顯，并擁有強大的軟件系統(tǒng)。因此，新型電力系統(tǒng)可以不完全依賴電網(wǎng)模型，而是在海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)和計算技術(shù)，透過數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運行規(guī)律，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能運行。

透明是新型電力系統(tǒng)的主要特征，系統(tǒng)可見可知可控?；谕该麟娋W(wǎng)，社會各方能夠廣泛深入?yún)⑴c電力生產(chǎn)、傳輸、消費等各個環(huán)節(jié)，協(xié)同促進能源電力的安全高效、綠色低碳發(fā)展。透明電網(wǎng)基于廣泛應(yīng)用小微智能傳感器、智能設(shè)備、智能二次系統(tǒng)，并構(gòu)建強大的軟件平臺、大數(shù)據(jù)平臺，數(shù)據(jù)可采集、狀態(tài)可監(jiān)控、程序可優(yōu)化，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)透明、運行狀態(tài)透明、市場信息透明。

首先，打造透明電網(wǎng)的關(guān)鍵在于信息，而信息需要通過小微智能傳感器來捕集。目前電網(wǎng)中使用的傳感器存在尺寸大、安裝不便、校準(zhǔn)困難、價格高等問題，難以滿足新型電力系統(tǒng)智能化、透明化、市場化、物聯(lián)化的發(fā)展需求。而小微智能傳感器的體積大幅減小，具有高度集成化特點，可實現(xiàn)自組網(wǎng)自取能，功率可低至微瓦級，具有無線傳輸?shù)碾p向通信功能，且便于安裝，一貼即用，價格低廉，可滿足按需配置的要求。在電網(wǎng)中廣泛安裝小微智能傳感器，可讓電力系統(tǒng)的電源、網(wǎng)絡(luò)、儲能等各個環(huán)節(jié)充分展示出來，實現(xiàn)電網(wǎng)運行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安全狀態(tài)等信息全面深度透明。

其次，要應(yīng)用智能設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備智能化。智能電氣設(shè)備是傳統(tǒng)電氣設(shè)備與智能元素、電力電子器件等的融合-協(xié)同增效的組合，它不僅僅是功能性的，而是設(shè)備功能與智能信息的結(jié)合體，具有可見可知、靈活可控的特點。其設(shè)備要素包含狀態(tài)可感知可預(yù)測、智能材料、嵌入智能元件、參數(shù)可調(diào)可控、行為智能化等。

第三，要打造強大的軟件平臺。這一軟件平臺可體現(xiàn)數(shù)字之間的關(guān)系，將海量的小微傳感器數(shù)據(jù)、智能設(shè)備的數(shù)據(jù)等組織起來，數(shù)據(jù)存儲模式有分布式和集中制，能夠進行數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的軟件分析、計算等。

鏡像/數(shù)字孿生電網(wǎng)的算力、算法、基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用

打造軟件平臺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是構(gòu)建鏡像/數(shù)字孿生電網(wǎng)。隨著新能源大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)將越來越復(fù)雜。為了更好地進行系統(tǒng)預(yù)測和系統(tǒng)規(guī)劃，我們設(shè)想通過數(shù)字孿生技術(shù)，基于傳感器建立起物理電網(wǎng)系統(tǒng)在數(shù)字空間的鏡像。鏡像系統(tǒng)和真實物理系統(tǒng)基本信息完全相同，并隨著物理電網(wǎng)的變化持續(xù)更新；基于數(shù)字孿生電網(wǎng)可以實現(xiàn)對物理電網(wǎng)的全面感知和預(yù)測，為電網(wǎng)提高調(diào)度運行決策的準(zhǔn)確性與實時性提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求的算力規(guī)模，包括通用算力、專用算力、超級算力；建設(shè)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的通用算法，包含機器視覺、語音語義、大數(shù)據(jù)處理等；建設(shè)專用算法，包含新型電力系統(tǒng)運行機理、認(rèn)知技術(shù)、協(xié)同技術(shù)、控制技術(shù)等，以滿足新型電力系統(tǒng)的新能源預(yù)測/監(jiān)控、電網(wǎng)規(guī)劃、電力電量平衡、頻率控制，以及“雙碳”目標(biāo)下各場景的應(yīng)用需求。

建設(shè)電網(wǎng)透明化所需要的基礎(chǔ)設(shè)施，包括基于全域傳感的實時測量體系，建設(shè)云平臺、物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，全面支撐新型電力系統(tǒng)“可觀、可測、可控”。

在2060年實現(xiàn)碳中和的情景設(shè)置下，新型電力系統(tǒng)高效運作，開展數(shù)據(jù)產(chǎn)品研發(fā)和服務(wù)孵化，如可實現(xiàn)調(diào)度運行自動導(dǎo)航與決策、智能分析與決策、數(shù)據(jù)信息的智能搜索與智能推送、調(diào)度任務(wù)的智能提醒、調(diào)度操作任務(wù)的自動生成、智能安全防誤等在內(nèi)的調(diào)度全過程智能運行。以車用導(dǎo)航系統(tǒng)來類比，車用導(dǎo)航系統(tǒng)可以全方位展示道路交通情況狀態(tài)，并伴隨智能語音提示。當(dāng)然，電網(wǎng)運行調(diào)度是一個復(fù)雜得多的系統(tǒng)，但在數(shù)字和信息技術(shù)的發(fā)展推動下，未來電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)運行導(dǎo)航?jīng)Q策，完成智能調(diào)度決策、電網(wǎng)安全域辨識與控制、直流故障辨識與決策、多道防線協(xié)調(diào)控制與多能互補協(xié)調(diào)等，同時，還可以通過數(shù)字孿生系統(tǒng)來實現(xiàn)更精準(zhǔn)和透明的發(fā)電預(yù)測、負(fù)荷預(yù)測與辨識。

綜上，新型電力系統(tǒng)是將現(xiàn)代傳感技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)等融入電網(wǎng)所構(gòu)建的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有“電磁態(tài)+數(shù)字態(tài)”的新型形態(tài)，“電網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”的新型網(wǎng)絡(luò)，“電力+算力”的新型能力。以軟件定義電網(wǎng)、電力系統(tǒng)，以輕資產(chǎn)應(yīng)對重資產(chǎn)投入，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動實現(xiàn)導(dǎo)航?jīng)Q策。新型電力系統(tǒng)將有效承載新能源大規(guī)模安全、可靠、高效接入，打破傳統(tǒng)電網(wǎng)物理和產(chǎn)業(yè)邊界，向社會各領(lǐng)域全面滲透。

當(dāng)前，能源電力發(fā)展正處于落實“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵期和窗口期，堅定不移地大力發(fā)展可再生能源是能源脫碳的前提，也是實現(xiàn)碳中和的必然路徑。減碳必須要有政策性安排和支持，其中一個關(guān)鍵問題在于用地問題。由于風(fēng)電、光伏等可再生能源有效容量低，要滿足未來用電需求增長，需要占用大量土地資源，如果不能有效協(xié)調(diào)可再生能源的發(fā)展與生態(tài)環(huán)保、國土空間規(guī)劃等方面的銜接，將成為制約能源轉(zhuǎn)型的瓶頸之一。

要持續(xù)增強電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力。抽水蓄能是儲能市場中最成熟的技術(shù)，在儲能市場中的占比最大，但目前抽水蓄能的響應(yīng)時間是分鐘級的，不能適應(yīng)新型電力系統(tǒng)對于時間響應(yīng)的要求，可變速抽水蓄能機組的響應(yīng)時間才能和新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)，未來需要在這一方面加大研發(fā)力度；應(yīng)重點建設(shè)用戶側(cè)儲能系統(tǒng)，電網(wǎng)側(cè)非抽水蓄能儲能建設(shè)的必要性需要進一步加以論證；要開發(fā)電動汽車V2G功能，作為靈活儲能系統(tǒng)納入新型電力系統(tǒng)建設(shè)。同時，要加大科技創(chuàng)新力度，研發(fā)新能源和新型電力系統(tǒng)的硬核技術(shù)，并建立電力市場，形成市場化價格體系。以技術(shù)創(chuàng)新和體制機制變革同步發(fā)力，推動“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。