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电力系统将发生革命性变革——访中国电力科学研究院名誉院长郭剑波

浏览: 发表时间:2022-08-19 00:00:00 来源:中国能源报

新型电力系统的构建是一个演化过程。从概念提出,开始构建,再到全面建成,实现碳达峰、碳中和目标,不同阶段有其不同的主要矛盾和关键要素。较长期存在的主要矛盾是如何破解经济—安全—环境这一“矛盾三角形”,也就是如何在三者相互制约下实现能源电力的协调发展。

在碳达峰、碳中和目标下,构建新型电力系统是极具前瞻性、开创性的战略挑战和系统工程。实现这一目标对现存电力系统运行安全、管理机制和电力市场机制等方面提出了哪些挑战?新型电力系统构建又会使我国传统电力系统发生哪些大的变革?8月16日,带着上述问题,本报记者采访了中国工程院院士、中国电力科学研究院名誉院长郭剑波。

从全局视角看新型电力系统

中国能源报:您认为什么是新型电力系统?

郭剑波:自从新型电力系统概念提出以后,社会各界的反响是积极的。各行业、企业、学者都对新型电力系统的概念、特征、目标、关键技术等做了一些诠释和解读。社会普遍认为,新型电力系统的内涵是,以确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展的电力需求为首要目标,以坚强智能电网为枢纽平台,以源网荷储互动与多能互补为支撑,具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动等基本特征的电力系统。

新型电力系统是在“四个革命、一个合作”能源安全新战略、“清洁低碳,安全高效”现代能源体系以及碳达峰碳中和目标之后提出的,它既跟前三个概念一脉相承,也是其具体的实现路径。所以,在认识和构建新型电力系统的时候,我们要统筹考量上述各方面。新型电力系统是一个各参与主体、各关键要素都能和谐生长的生态系统,是一个以电力系统为枢纽平台的多行业和多能源耦合协同的信息物理社会巨系统,是一个以电力为核心的能源新体系(systemofsystems)。

中国能源报:我国电力系统将发生哪些革命性变化?

郭剑波:新型电力系统带来的变革和挑战很多,主要体现在七个方面。首先是新的功能定位。据有关预测,到2060年,非化石能源占一次能源比重将达80%,电力在终端能源的消费比重将达70%左右,电力对国民经济全局性、系统性的影响更明显。所以,建设新型电力系统时,要从全局系统视角来看待这个问题,它承载着支撑实现全社会碳达峰、碳中和的使命,而不是简单地看某一个行业或地区是否实现了碳达峰、碳中和,甚至争着提前达峰或中和。

第二,新的供需特点。由于新能源电力具有强不确定性和低保障性,要重新审视电力系统安全的定义和相关理论,保障电力系统供给安全、运行安全,要有底线思维。例如,去年美国得克萨斯州电力供应紧张,导致电价飙升到了每度9美元。一户居民一个月电费要达1万美元。今年6月,澳大利亚电力市场停摆,电价达每度15.1澳元,相当于70元人民币一度。严峻的供需形势不仅造成了停电损失,更带来了用户难以承受的极端电价。所以,怎么结合新型电力系统的特点和新能源的特点,调动各方积极性,稳定投资者的预期至关重要。

第三,新的产业链。我国出现的风电抢装潮使得巴沙木原材料供应紧张,价格从5000多元涨到15000元人民币。与此同时,锂矿也涨了七八倍,锂电池产业原材料也面临供应难题。如何稳定新能源产业链的需求与供应是整个行业要思考的关键。

第四,新的电网形态。新能源发电空间分布广、单体数量大、运行特性复杂。目前,国家电网公司接入的大型新能源场站超过4000个、低压接入的分布式发电系统约170万个。未来,全国集中式和分布式新能源发电单元将达数千万个,运行控制层级多、信号数量可达数十亿,这使得新型电力系统成为一个多时空尺度、多层级、多系统耦合的复杂巨系统。随着越来越多利益主体参与,电网形态将发生深刻变革。

第五,新的体制机制。丰饶和短缺交织的市场形态将催生新的商业模式,物质链、信息链和价值链可能被重塑。市场和政策机制设计需要考虑新能源与常规电源以及用户的配合机制,协调市场内多利益主体,实现价值提升和价值创造。

第六,新的技术装备。比如,随着跨学科融合与新技术的应用,数字孪生和人工智能技术可应用于能源电力多个领域。要应对复杂性和不确定性,就要提升系统的智能化水平。

第七,新的政策法规。新型电力系统构建是一项复杂的系统工程,需要各级政府、各行各业协同配合,通过政策、法规和体制机制创新,业态、市场和电价机制创新,以及技术创新共同来解决。例如,随着产销者的出现,就需适当修订现行的《电力法》,使其适应新型电力系统,简单说就是责权对等。我们在鼓励新商业模式和商业形态兴起的同时,也应该赋予其同等的责任。

“矛盾三角形”将长期存在

中国能源报:目前,在构建新型电力系统过程中,我们正面临哪些矛盾?

郭剑波:新型电力系统的构建是一个演化过程。从概念提出,开始构建,再到全面建成,实现碳达峰、碳中和目标,不同阶段有其不同的主要矛盾和关键要素。目前,物联网、储能等行业和企业的科技工作者做了大量工作。我个人觉得,较长期存在的主要矛盾是如何破解经济—安全—环境这一“矛盾三角形”,也就是如何在三者相互制约下实现能源电力的协调发展。

中国能源报:在您看来,如何破解或协调“矛盾三角形”?

郭剑波:首先是科技进步。无论是治理环境、提升经济效益,还是安全保供,都离不开科技进步。其次,上述三个要素都是政策相关性要素。因此,在制定新型电力系统相关政策和法律法规时,衔接、配套和协同异常重要,不能强调一方面而忽略其他方面,或是强调某一地区某一部门的目标,忽略整体目标。再次,三个要素互为发展指标,也互为约束性指标,需要因势而动、动态改进。

中国能源报:电网如何提高电力系统灵活性?

郭剑波:灵活性的需求是针对波动性的平衡机制要求的。因此,需从增加应对波动性的平衡能力和减少波动性两个方面来考虑。新型电力系统的波动性主要来自新能源的波动和不稳定。据分析,到2060年,新能源10分钟至15分钟最大功率波动可占电力系统峰值负荷的10%,一小时最大波动可达20%以上,一天最大波动能达到60%到70%。

为应对波动性,提高灵活性,需要从三个方面着手。电源侧,增加机组调节能力和爬坡速度、增加新能源预测精度,比如当前开展的比较有效的火电灵活性改造这项工作。电网侧,加强电网建设,增加交换能力、互济能力,利用时空尺度效应平抑波动,对比区域电网和省级电网24h级波动,风电波动减少42个百分点,光伏减小10个百分点。负荷侧,增加可控性,储能、多能互补、多行业互动和社会广泛参与都很重要。

隐性成本和需求逐渐显化

中国能源报:如何降低构建新型电力系统所带来的经济性挑战?

郭剑波:虽然新能源发电设备的单位容量成本不断下降,但大电网的匹配成本、平衡成本和建设投资并不会因新能源增加而减少,考虑系统成本下的综合成本仍呈现增加趋势。同时,随着新能源占比的提高,新型电力系统很多隐性成本和隐性需求会逐渐显性化。

应对上述挑战,我有以下几个方面的建议:一是依靠科技创新,大量应用新技术、新产品、新标准规范等;二是把握好发展节奏,处理好安全—经济—环境的动态关系;三是倡导绿色生产生活方式,要倡导简约适度、绿色低碳的生活方式。不把能耗水平降下来,不仅“双碳”目标很难实现,经济性挑战也巨大。

中国能源报:在构建新型电力系统的大背景下,我国应如何推动电力回归商品属性?

郭剑波:我理解你所说的是指电力作为商品的价值和使用价值属性。前者反映的是生产者的预期回报,后者反映的是消费者的获得感。商品的价值要通过生产者和消费者的交换才能实现,“随行就市”即通过用户实现,由用户买单。能源还有“社会公平属性”,社会生产生活需要充足、可持续、可支付的能源。这里有几个关键要素需要统筹考虑:一是生产者的投资意愿和回报能力;二是消费者的理性消费和支付能力;三是政府的机制设计和管控能力。

责任编辑:LK
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