构建以新能源为主体的新型电力系统是电力行业落实实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标的重要任务。未来，新型电力系统发输配用各环节的功能定位和特性将发生重大调整，系统的发展也将面临诸多挑战和需要研究解决的问题。新能源逐步成为主体电源，电源装机规模大幅增长。新能源装机及发电量占比大幅提升，由于新能源容量替代率低，电源装机规模将以数倍于电力需求的速度增长。预计，2030年我国风电、光伏发电装机15-17亿千瓦，发电量超2.7万亿千瓦时，占总发电量约25%。2060年，我国风电、光伏等新能源发电装机占比将达到70%以上，发电量占比60%以上，成为主体电源。根据规划，2030年南方五省区风电、光伏装机2.5亿千瓦，水电装机1.4亿千瓦，核电装机3700万千瓦，非化石能源装机占比提升至65%、发电量占比提升至61%。
电源结构发生重大调整。当前以火电为主的电源结构将发生根本性变化，煤电发展“双控”，占比逐步下降，但短期内火电仍将是主体电源。电化学储能逐步成为重要“电源”。各类电源的定位作用发生转变。新能源从提供电量补充逐步成为提供电量支撑的主体电源。水电和核电仍然是保障电力电量供应的基础性电源。煤电将转为以提供电力为主、电量为辅的备用保障电源。气电主要作为调节性和保安电源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、紧急事故备用作用。储能在电源侧、电网侧、用户侧同步发展、共同作用，提供可信容量，平抑新能源随机性、间歇性，提升系统调相、调频等性能。能源流随新能源资源优化调整，电源布局呈现多元。经济和能源逆向分布决定了我国“由西向东、自北向南”的总体能源流向，“电从远方来”是保障东中部和南方地区电力供应安全的重要手段。海上风能作为开发重点在沿海地区就近消纳，先进储能、氢能、小堆等技术进步，用户侧电源迅速发展，为“电从身边来”创造有利条件。新能源集中式与分布式开发齐头并进，“新能源+”等多元协调开发新模式不断涌现。电源出力特性复杂多变。风电、光伏固有的间歇、波动出力特性，对电源侧出力特性影响加大，愈发呈现复杂、多变的不稳定态势。电源运行调度协调难度加大。协调多点、多样、多变的电源与系统安全稳定、可靠供电的矛盾难度加大，系统响应速度要求更快，运行方式安排、运行调度控制更加困难，智能运行调度更加重要。技术创新有望加快氢能、核聚变、可燃冰等其他新能源种类开发利用。可知条件下，仅靠风电光伏难以保障电力供需实时平衡和系统安全稳定运行，新能源开发应用技术研发力度加大，氢能、地热、核聚变能、可燃冰等有望成为新能源重要组成部分。数字电网是新型电力系统的核心。数字电网依托强大的“电力+算力”，使电网具备超强感知能力、智能决策能力和快速执行能力，支撑新型电力系统安全高效运行。
电网优化资源配置平台作用更加突出。电力是可再生能源最为便捷高效的利用方式，云大物移智链、智能一体化调控、大容量直流输电、柔性互联与控制、新材料等技术将在电网中广泛应用，电网作为清洁能源资源优化配置平台的核心地位将不断增强。网架结构更加多样复杂，逐步向“主干电网+中小型电网及微型电网”柔性互联形态发展。主网架向“合理分区、柔性互联、安全可控、开放互济”的形态转变，我国宜保持相对独立的多个区域电网、区域电网通过直流输电或柔性背靠背互联的大格局。跨区联网进一步加强，区域内各级电网协调均衡发展。配电网向交直流混合柔性电网+智能微电网等多种形式协同发展，促进分布式新能源高效就地消纳。电网更加安全绿色智能高效。输电网防御事故风险的能力进一步提高，配电网更加稳定可靠，电网对新能源消纳支撑能力更强，各环节具备智能感知能力、实时监测能力和智能决策水平。数字电网为网源荷互动提供坚强保障。随着分布式电源、储能、电动汽车等大量接入，综合能源、车网协同等服务多样化发展，需求响应、虚拟电厂等大范围应用，数字电网成为重要的网源荷互动平台。数字电网推动能源网互联互通。数字电网以电能为纽带，以电力大数据为基础，以互联网技术为支撑，推动区域能源网络互联互通，实现能源优化互补。经济平稳向好+“新电气化”推动电力需求稳步增长，电能占终端能源消费比重大幅提升。我国经济稳中向好、长期向好、持续稳定发展，电力需求将稳定增长，增速前高后低，分布仍将呈现东部增量大、中西部增速快的特点。预计2035年前后全国电力需求总体达峰，东部地区将率先趋于饱和。终端用能电气化水平将大幅提升，预计，2030年我国电能占终端能源消费比重达33%；2060年我国工业、交通领域电气化有望提升至50%以上，建筑领域提升至75%以上，电能占终端能源消费比重达到60%以上。
负荷特性不确定性增大。三产及居民用电比重持续提升，扩大峰谷差和尖峰负荷规模。分布式电源、储能、虚拟电厂、电动汽车反向放电等逐步推广，部分负荷将由“纯用户”转变为“电力产消者”，平抑峰谷差。能源利用效率逐年较大幅度提高。节约能源成为经济社会发展的重要考量，单位能耗持续下降。需求响应交易模式更加丰富，能源利用效益大幅提高。从单一供用电模式向电热冷气综合能源模式转变。电网将与多种基础设施网络高度融合，从 “源随荷动”向“源荷互动”的综合能源模式转变。电力市场在平衡用电质量与用电成本中发挥重要作用。除保障性用户外，更多用户将直接或间接参与市场交易，以市场手段平衡好用户电能质量与成本之间的关系。 电力系统安全稳定风险增大。风光发电大规模替代常规机组将使系统总体有效惯量减小，抗扰动能力降低，电网承受较大潮流波动压力，频率控制难度加大。风光发电机组容易大规模脱网，引发严重的连锁故障，电力电子装置大量应用增加次同步振荡风险。
电力供应保障难度增加。风光发电“靠天吃饭”特征明显，电力支撑能力不足，影响供电可靠性。极端气候状况下，风光发电出力极不稳定甚至停机，加大电网供需失衡风险。电源主体利益协调难度增加。新能源成为主体，将改变传统发电市场格局，煤电、气电等化石能源发电利用效率降低。电力总成本提升。海上风电、光热等发电成本目前仍较高，新能源接入及跨区调剂需要加大电网投资，还需配套相当规模的调节性电源和兜底保障电源，电力总成本将提高。新能源开发与生态环境保护的协调发展要求更高。大规模风光发电开发需要大量土地资源，对环境会产生一定消极影响，生态环境保护将是新能源开发的重要考量因素。构建以新能源为主体的新型电力系统是一个复杂、渐进的系统工程，大量的技术、经济、机制、政策等课题需要研究：
理清全社会各行业、各领域承担的角色、责任及具体任务。
研究不同发展阶段合理电源结构，各类电源主体之间的利益平衡等。
研究“以新能源为主体”边界条件下，新能源发展对电力系统安全稳定、频率电压控制影响及解决方案。
研究抽水蓄能和储能的功能和作用，新能源与储能合理配比及储能发展方式等。
研究适应“双高”特征的电力系统并网、输电、调节、控制技术以及需求响应、虚拟电厂、碳捕捉封存与利用技术等。
研究建立适应新型电力系统的中长期电力市场、现货电能量市场、辅助服务市场、碳交易市场。
研究电力成本以及其与经济社会协调发展的关系。
研究“新电气化”总体发展规划，以及绿色工业、绿色建筑、绿色交通等重点领域再电气化实施路径。
加大力度研究氢能、核聚变、可燃冰等新能源品种开发应用，以及提高风光发电效能技术、设备等。
研究配套的制度、标准、机制、政策等。
作者：吴宝英（教授级高级工程师）
系南方电网能源发展研究院有限责任公司党委书记、董事长
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第十一届光热发电中国聚焦大会2021（时间待定，中国北京）
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