國(guó)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)郭劍波：電力系統(tǒng)將發(fā)生革命性變革

發(fā)布日期：2022/12/5    Tag：電力系統(tǒng)

核心觀點(diǎn)

新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建是一個(gè)演化過(guò)程。從概念提出，開始構(gòu)建，再到全面建成，實(shí)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(zhǎng)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(shí)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)對(duì)現(xiàn)存電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、管理機(jī)制和電力市場(chǎng)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(huì)使我國(guó)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(wèn)題，本報(bào)記者采訪了中國(guó)工程院院士、中國(guó)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)郭劍波。

從全局視角看新型電力系統(tǒng)

中國(guó)能源報(bào)：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(huì)各界的反響是積極的。各行業(yè)、企業(yè)、學(xué)者都對(duì)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(huì)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(huì)發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)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(dòng)等基本特征的電力系統(tǒng)。

新型電力系統(tǒng)是在“四個(gè)革命、一個(gè)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(gè)概念一脈相承，也是其具體的實(shí)現(xiàn)路徑。所以，在認(rèn)識(shí)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的時(shí)候，我們要統(tǒng)籌考量上述各方面。新型電力系統(tǒng)是一個(gè)各參與主體、各關(guān)鍵要素都能和諧生長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，是一個(gè)以電力系統(tǒng)為樞紐平臺(tái)的多行業(yè)和多能源耦合協(xié)同的信息物理社會(huì)巨系統(tǒng)，是一個(gè)以電力為核心的能源新體系（system of systems）。

中國(guó)能源報(bào)：我國(guó)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(lái)的變革和挑戰(zhàn)很多，主要體現(xiàn)在七個(gè)方面。首先是新的功能定位。據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)，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(fèi)比重將達(dá)70%左右，電力對(duì)國(guó)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(shí)，要從全局系統(tǒng)視角來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，它承載著支撐實(shí)現(xiàn)全社會(huì)碳達(dá)峰、碳中和的使命，而不是簡(jiǎn)單地看某一個(gè)行業(yè)或地區(qū)是否實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰、碳中和，甚至爭(zhēng)著提前達(dá)峰或中和。

第二，新的供需特點(diǎn)。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(yùn)行安全，要有底線思維。例如，去年美國(guó)得克薩斯州電力供應(yīng)緊張，導(dǎo)致電價(jià)飆升到了每度9美元。一戶居民一個(gè)月電費(fèi)要達(dá)1萬(wàn)美元。今年6月，澳大利亞電力市場(chǎng)停擺，電價(jià)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(shì)不僅造成了停電損失，更帶來(lái)了用戶難以承受的極端電價(jià)。所以，怎么結(jié)合新型電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和新能源的特點(diǎn)，調(diào)動(dòng)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(guó)出現(xiàn)的風(fēng)電搶裝潮使得巴沙木原材料供應(yīng)緊張，價(jià)格從5000多元漲到15000元人民幣。與此同時(shí)，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(gè)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(yùn)行特性復(fù)雜。目前，國(guó)家電網(wǎng)公司接入的大型新能源場(chǎng)站超過(guò)4000個(gè)、低壓接入的分布式發(fā)電系統(tǒng)約170萬(wàn)個(gè)。未來(lái)，全國(guó)集中式和分布式新能源發(fā)電單元將達(dá)數(shù)千萬(wàn)個(gè)，運(yùn)行控制層級(jí)多、信號(hào)數(shù)量可達(dá)數(shù)十億，這使得新型電力系統(tǒng)成為一個(gè)多時(shí)空尺度、多層級(jí)、多系統(tǒng)耦合的復(fù)雜巨系統(tǒng)。隨著越來(lái)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(chǎng)形態(tài)將催生新的商業(yè)模式，物質(zhì)鏈、信息鏈和價(jià)值鏈可能被重塑。市場(chǎng)和政策機(jī)制設(shè)計(jì)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(chǎng)內(nèi)多利益主體，實(shí)現(xiàn)價(jià)值提升和價(jià)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(gè)領(lǐng)域。要應(yīng)對(duì)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(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要各級(jí)政府、各行各業(yè)協(xié)同配合，通過(guò)政策、法規(guī)和體制機(jī)制創(chuàng)新，業(yè)態(tài)、市場(chǎng)和電價(jià)機(jī)制創(chuàng)新，以及技術(shù)創(chuàng)新共同來(lái)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(jiǎn)單說(shuō)就是責(zé)權(quán)對(duì)等。我們?cè)诠膭?lì)新商業(yè)模式和商業(yè)形態(tài)興起的同時(shí)，也應(yīng)該賦予其同等的責(zé)任。

“矛盾三角形”將長(zhǎng)期存在

中國(guó)能源報(bào)：目前，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過(guò)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(gè)演化過(guò)程。從概念提出，開始構(gòu)建，再到全面建成，實(shí)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(chǔ)能等行業(yè)和企業(yè)的科技工作者做了大量工作。我個(gè)人覺(jué)得，較長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)能源電力的協(xié)調(diào)發(fā)展。

中國(guó)能源報(bào)：在您看來(lái)，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(wú)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(gè)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(shí)，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(gè)要素互為發(fā)展指標(biāo)，也互為約束性指標(biāo)，需要因勢(shì)而動(dòng)、動(dòng)態(tài)改進(jìn)。

中國(guó)能源報(bào)：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(duì)波動(dòng)性的平衡機(jī)制要求的。因此，需從增加應(yīng)對(duì)波動(dòng)性的平衡能力和減少波動(dòng)性兩個(gè)方面來(lái)考慮。新型電力系統(tǒng)的波動(dòng)性主要來(lái)自新能源的波動(dòng)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(dòng)可占電力系統(tǒng)峰值負(fù)荷的10%，一小時(shí)最大波動(dòng)可達(dá)20%以上，一天最大波動(dòng)能達(dá)到60%到70%。

為應(yīng)對(duì)波動(dòng)性，提高靈活性，需要從三個(gè)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(cè)精度，比如當(dāng)前開展的比較有效的火電靈活性改造這項(xiàng)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(shí)空尺度效應(yīng)平抑波動(dòng)，對(duì)比區(qū)域電網(wǎng)和省級(jí)電網(wǎng)24h級(jí)波動(dòng)，風(fēng)電波動(dòng)減少42個(gè)百分點(diǎn)，光伏減小10個(gè)百分點(diǎn)。負(fù)荷側(cè)，增加可控性，儲(chǔ)能、多能互補(bǔ)、多行業(yè)互動(dòng)和社會(huì)廣泛參與都很重要。

隱性成本和需求逐漸顯化

中國(guó)能源報(bào)：如何降低構(gòu)建新型電力系統(tǒng)所帶來(lái)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(huì)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(shì)。同時(shí)，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(huì)逐漸顯性化。

應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，我有以下幾個(gè)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(dòng)態(tài)關(guān)系；三是倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)生活方式，要倡導(dǎo)簡(jiǎn)約適度、綠色低碳的生活方式。不把能耗水平降下來(lái)，不僅“雙碳”目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)也巨大。 

中國(guó)能源報(bào)：在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的大背景下，我國(guó)應(yīng)如何推動(dòng)電力回歸商品屬性？

郭劍波：我理解你所說(shuō)的是指電力作為商品的價(jià)值和使用價(jià)值屬性。前者反映的是生產(chǎn)者的預(yù)期回報(bào)，后者反映的是消費(fèi)者的獲得感。商品的價(jià)值要通過(guò)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的交換才能實(shí)現(xiàn)，“隨行就市”即通過(guò)用戶實(shí)現(xiàn)，由用戶買單。能源還有“社會(huì)公平屬性”，社會(huì)生產(chǎn)生活需要充足、可持續(xù)、可支付的能源。這里有幾個(gè)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(bào)能力；二是消費(fèi)者的理性消費(fèi)和支付能力；三是政府的機(jī)制設(shè)計(jì)和管控能力。