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新型电力系统不仅受到来自新能源大规模接入的挑战，还受到日趋严格的环境约束、市场竞争、社会参与者行为等因素的制约。愿景中的新型电力系统与非电能源系统、环境系统、社会系统等非电力环节之间的边界条件不再一成不变，不能再按封闭系统进行规划与调度，需要将其纳入信息-物理-社会范畴内的能源系统（CPSS in Energy）框架，在”双碳”变革与能源低碳转型的视野下优化新型电力系统的发展路径。
“我国处于工业化发展阶段，电力需求还将刚性增长”“电力行业转型目标是打造零碳电力系统”“我国应走能源结构调整和可再生能源发展并行之路”……上述声音是记者参加8月14日举办的2021国际工程科技发展战略高端论坛暨第六届紫金论电国际学术研讨会听到的。该论坛由中国工程院主办，中国工程院能源与矿业工程学部、国网电科院（南瑞集团）、智能电网保护和运行控制国家重点实验室承办。
在业内专家看来，电力行业不仅要在能源生产侧实现对化石能源的“清洁替代”，还要在能源消费侧实现“电能替代”，承接工业、建筑、交通等领域转移的能源消耗和碳排放。目前，在碳达峰和碳中和背景下，电力行业亟需加速构建以新能源为主体的新型电力系统。
电力是能源转型“主战场”
目前，我国处于工业化发展阶段，经济发展任务艰巨，电力需求还将刚性增长。在业内专家看来，要实现碳达峰和碳中和目标，能源领域重任在肩。
“实现‘双碳’目标，必须坚持‘立足国情，安全发展，科学创新，务求实效’的原则，认识到能源消费是核心，产业结构调整是关键，化石能源是重点，节能提效是抓手，现代化能源体系建设是目标。”中国工程院能源与矿业工程学部主任苏义脑表示，电力行业是实现我国能源转型的“主战场”，新型电力系统是我国现代化能源体系的重要板块。
中国工程院院士、中国华能集团有限公司董事长舒印彪表示，随着工业化、城镇化深入推进，我国能源消费总量将在2030年前后达峰。能源消费达峰后，电力需求仍将保持增长。我国电力行业转型目标是打造零碳电力系统，从深度低碳到零碳，建议保留一定规模的火电，发电量占比不超过10%，产生的碳排放通过CCUS（碳捕获、利用与封存）技术移除。“火电要发挥托底和应急保障作用，解决新能源发电长周期、季节性波动带来的保供问题。”
中国工程院院士、国网电科院名誉院长薛禹胜指出，“双碳”变革是中国既定的战略目标，其实施路径需要滚动优化，以新能源为主体的新型电力系统则是实现“双碳”目标最重要的支撑之一。但是，新型电力系统不仅受到来自新能源大规模接入的挑战，还受到日趋严格的环境约束、市场竞争、社会参与者行为等因素的制约。
他表示，愿景中的新型电力系统与非电能源系统、环境系统、社会系统等非电力环节之间的边界条件不再一成不变，不能再按封闭系统进行规划与调度，需要将其纳入信息-物理-社会范畴内的能源系统（CPSS in Energy）框架，在”双碳”变革与能源低碳转型的视野下优化新型电力系统的发展路径。
加速构建零碳电力系统
实现碳达峰、碳中和目标，是加速构建零碳电力系统的过程。舒印彪表示，从碳达峰到碳中和，欧盟约70年，美国、日本40年左右，我国仅有30年时间。我国产业结构偏重，能源结构偏煤，能源利用效率偏低。2020年，我国非化石能源比重15.9%，清洁能源发电占比36%，煤炭消费比重57%，高于世界平均水平30个百分点。“电力行业二氧化碳排放占37%，几大发电企业均提出2028年之前碳达峰，这要求我们‘十四五’期间严控新增煤电，‘十五五’期间不能新增煤电。煤电要转变职能，要从以前提供电量，向提供电力辅助服务转变。”
认为“十五五”期间控制化石能源的任务严峻的还有中国工程院院士、西安交通大学电气工程学院名誉院长邱爱慈。她表示，依据“十四五”期间电力规划初步研究成果的边界条件，到2025年全国非化石能源发电量占比仅为35.85%，这说明“十五五”期间必须限制化石能源装机和利用小时数，并且上调风、光可再生能源装机增长比例，才能达到2030年非化石能源发电量占比50%的目标。“2030年至2040年，煤电发电量处于平台期，2040年后煤电发电量加速下降。”
“电力系统低碳转型经历碳达峰、深度低碳、零碳三个阶段。”舒印彪分析，第一阶段是2021-2030年碳达峰阶段，电力系统在2028年前后进入峰值平台期。这一阶段，工业、建筑、交通等领域电气化进程快速推进，电力需求持续增长，新增电力需求全部由清洁能源满足。新能源装机达到17亿千瓦，发电量占比升至28%，水电、核电发电量达13%、7%。第二阶段是2031-2050年的深度低碳阶段，电力系统碳排放在平台期后快速下降，采用CCUS部分移除后降至峰值10%左右，电力系统实现深度低碳，电力需求增速放缓，新能源装机达44亿千瓦，发电量占比升至53%。第三阶段是2051-2060年的零碳阶段，电力系统从深度低碳发展为零碳电力系统，新能源装机达52亿千瓦，发电量占比升至61%，煤电、气电发电量降至7%、3%。
在邱爱慈看来，我国应走能源结构调整和可再生能源发展并行之路，即低碳和零碳并行。在保证安全的前提下，分两阶段构建适应能源转型目标的新型电力系统：第一阶段是对现有电力系统进行改造升级，第二阶段是多类型的大规模储能和氢能作为灵活电源。
让电力系统更有“弹性”更加安全
“能源转型下，供应安全、新能源消纳、系统稳定等问题逐渐突出，表明电力系统的安全稳定运行受到威胁，亟需发展弹性电力系统。”邱爱慈认为，弹性电力系统是应对风险的重要手段之一。
据介绍，能源转型下的弹性电力系统建设需采取“三步走”的战略，经过15年的发展建设，最终达到建设弹性电力系统的预期目标：在极端事件攻击下，电力系统7天全面恢复，核心区域电网48小时恢复，关键重要负荷不停电。
“目前，我国弹性电力系统发展仍将面临严峻挑战，需要充分考虑新能源发电间歇性、波动性的影响，发展弹性电力系统需要多方形成共识，多学科交叉，久久为功。”邱爱慈称。
邱爱慈表示，按照“三步走”的战略，到2025年，构建弹性电力系统的评价指标体系，推进弹性电力系统图相关标准的制定，提升决策科学性；到2030年，统筹推进弹性电力系统关键技术研究，核心装备的研发，构建弹性电力系统计算平台；到2035年，推进弹性电力系统项目的示范应用，最终实现弹性电力系统建设目标。
