在“双碳”目标的大背景下，中国电力系统正经历着深刻的变革。随着可变可再生能源（VRE）在电力系统中比例的不断攀升，一系列挑战也随之而来。中国电力科学研究院周孝信院士团队在中国工程院院刊《Engineering》2024年2月刊发表的“A Discussion on the Flexible Regulation Capacity Requirements of China’s Power System”（我国电力系统灵活调节能力需求探讨）一文，对此进行了深入分析。

    文章指出，风电和太阳能发电等清洁低碳能源在我国电力供应中的占比增长是必然趋势。预计到2060年，其在总装机容量和年发电量中的比例将分别接近76.0%和60.0%，然而，给电力系统的稳定性带来了巨大挑战。

图 1. 中国电力系统可再生能源趋势预测。

    由于电力负荷通常不可控，而可变可再生能源发电输出高度依赖天气且难以精确预测，尤其是在较长时间尺度上，这使得电力供需平衡面临严峻考验。在峰荷时段，若风能或太阳能资源不足，将导致电力短缺；反之，在谷荷时段与强风或强太阳能发电同时出现时，则会造成电力削减。随着可再生能源比例的增加，这些问题将愈发严重。从天气条件角度看，正常天气波动下可能出现可再生能源瞬间功率短缺或削减，极端天气条件下甚至可能引发短期供电中断和长期能源短缺风险。从时间尺度角度看，会出现频率波动、小时级有功功率不平衡以及能量不平衡等问题。

    尽管当前电力系统已具备一些灵活性资源，如改造后的煤电单元、抽水蓄能、新型储能和需求响应等，但远远无法满足我国“双碳”目标下可变可再生能源不断增长的需求。煤电灵活性改造虽在短期内有效且经济，但长期来看，因煤电机组减少，其调节能力将受限。可再生能源渗透率提高，发电与负荷的长期不匹配问题将更加突出，且需求响应受用户行为和市场机制等多种因素影响。

    针对这些问题，文章根据能源转型的发展阶段，对电力系统灵活调节能力需求进行了评估。在2030年前，火电仍为主要发电来源，此时需提高可再生能源利用率，促进可变可再生能源与火电协同。供给侧要大力开展煤电厂灵活性改造，若2022年运行的煤电机组最小输出从50%降至40%，可释放大量灵活调节容量，同时研究生物质等其他可再生能源的多能利用；需求侧优先发展短时长需求响应能力，合理配置储能并优化终端能源结构。

图 2. 不同发展阶段我国新型电力系统面临的主要挑战与对策。
 

    2030 - 2060年，可再生能源渗透率达高水平，电力系统主要矛盾转变为长短期电力不平衡交织，极端天气威胁加剧。此时要挖掘现有资源潜力，对煤电进行深度升级和脱碳改造，加强新能源预测和支撑能力；需求侧持续激发需求响应能力，根据供需平衡和经济效益确定储能时长和类型。预计到2060年，核电、剩余化石燃料电厂和水电等可再生能源将提供大部分转动惯量，以支持电力系统稳定运行。

    为提升电力系统灵活性，文章还提出了多项建议。包括持续强化电网结构，推进电网结构优化和新传输技术应用，构建抗故障电网；提高新能源输出和负荷预测精度；实施短期和长期的灵活协调监管措施，如煤电灵活性改造、需求响应、储能配置及新能源主动支撑和长时储能技术规划；持续分析系统平衡特性及解决方案，定期评估预测电力平衡状态并完善相关机制；制定激励政策，促进关键技术研究应用，推动多方合作解决新能源渗透带来的系统性问题。

    中国电力系统在“双碳”目标下的转型之路充满挑战，但通过科学的规划和有效的措施，提升灵活调节能力，将有望实现新能源系统的建设和能源的顺利转型，为经济社会的可持续发展提供坚实可靠的电力保障。这不仅是电力行业的重要任务，也关乎着国家能源安全和环境保护的大局，需要各方共同努力，积极探索创新，以应对未来的挑战，把握发展机遇。我们期待着中国电力系统在不断的改革和发展中，迈向更加智能、高效、绿色的新征程。

    引用：

    Qiang Zhao, Yuqiong Zhang, Xiaoxin Zhou, Ziwei Chen, Huaguang Yan, Honghua Yang. A Discussion on the Flexible Regulation Capacity Requirements of China’s Power System[J]. Engineering, 2024,33(2):12-16.

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.11.015