截至2020年底，我國風電裝機2.81億千瓦、光伏發電裝機2.53億千瓦，合計達5.34億千瓦。要實現碳達峰、碳中和目標，到2030年我國風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上，這意味著風電、太陽能發電裝機還將至少增加6.66億千瓦。為此，近日召開的中央財經委員會第九次會議提出，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統，這為推動能源電力轉型發展指明了方向。

在能源革命和數字革命相融并進，以及碳達峰、碳中和目標的大背景下，能源電力行業正發生前所未有的變化。以安全可靠、清潔經濟、智慧開放、可持續發展的能源節約型社會為目標，以高滲透率的可再生能源、高比例的電力電子設備、高速增長的直流負荷 “三高”為主要特征的新一代電力系統正在逐步形成。特別值得關注的是，碳中和將加速電力增長零碳化進程，發展清潔和循環經濟，更需要堅強大電網和智能配電系統協同發展，相得益彰，逐步向綜合能源系統演化。

當前，我國已成為世界級的能源生產和消費大國，形成了煤炭、電力、石油、天然氣、新能源、可再生能源全面發展的能源供給體系，能源事業發展取得舉世矚目的成就，但過去粗獷式能源發展導致的生態環境問題日趨嚴重，能源綜合利用效率相對偏低。目前，由于大量可再生能源出現，能源開發將向集中生產與分布式生產并重轉變，根據資源的自然稟賦和負荷時空特性，新的能源必須連接到系統，或通過遠距離輸送，或就地到最終用戶，可再生能源將逐步成為電網中的主要一次能源來源。優化調整電源結構，保障能源供給安全清潔可持續發展是重中之重。

新型電力系統面臨的主要挑戰是：高滲透率的分布式可再生能源將對電網安全穩定運行帶來沖擊，特別是大量分布式能源聚合體對電網運行能力和調度水平帶來嚴峻考驗，因此需加快整體電力系統結構改造，為可再生能源消納提供有力保障；分散能源資源將大量小規模資產連接到配電網，并出現新的電網參與者，如當地能源社區和消費者；可再生能源滲透率與棄電率整體呈現正相關關系，降低棄電率成為挑戰，也是未來電力系統改造升級和投資布局的重點。為保障可再生能源高效消納，需提升對風電和太陽能發電出力的預測精度，為機組組合和調度做好預案,也要加強對發電側、輸電側、用戶側、儲能側的靈活性改造、建設，提升深度調峰和快速響應能力。

為保證電能供給質量（電壓、頻率等），風電和太陽能發電在并網發電過程中也需要必要的輔助服務，從而產生消納成本，導致電價上升。借鑒發達國家電力系統低碳發展的標桿德國的歷程，2019年，德國電力系統可再生能源發電占比突破40%，電費比2015年增長約8%。因此，可再生能源的全系統消納成本將隨著滲透率提升而增加，電力市場、價格、體制機制和各種不確定因素將影響電網發展。

提高現有電力系統的利用率，以達到物盡其用、提質增效是重要工作。同時，積極應對極端天氣和氣候變化，保障可靠供電，也是電力系統面臨的一大任務。

未來電網將成為實現各能源網絡有機互聯的鏈接樞紐，以及含有源-網-荷-儲的多元、非線性、時空變化、網中網的復雜大系統，是能源互聯網的基礎和核心，應具有先進的人工智能裝備、充足的系統靈活性、高標準的系統可靠性。

具體而言，電網將呈現大電網、局域電網和微電網并存的電網格局：廣域大電網可有機整合各種可再生能源的時空互補性，并實現資源密集區域的電力向負荷密集區域的大容量遠距離輸送；局域電網和微電網可就地利用分散資源，將大量小規模資產連接到配電網，并出現新的電網參與者，如當地能源社區和消費者，形成眾多的產用儲一體化聚合體。

同時，分布式能量自治單元——就地收集、存儲和使用能源的微單元，成為被控制的一個簡單可調度負荷，可以在數秒內作出響應，以滿足電網系統需要。對于用戶，微電網可以成為一個可定制的電源，向用戶提供差異化（電能質量、電壓等級、交直流供電模式、供電可靠性等）服務。通過能源載體的電力轉換，終端用戶和電網的耦合加強，反之亦然。此外，對現有電網輸配電能力的提升挖潛、精益化資產管理將是重要任務。

負荷側:電能是未來最重要的終端能源，終端電氣化是大方向，將帶來新負載模式，如電動汽車快速充電，其特點是短時內高功率充放電會對電網造成沖擊。

自下而上采用物聯網（如電動車等可控負荷）及身聯網(如健身環，心臟起博持器等)和人工智能等新技術，將為負荷的柔性化和優化響應奠定基礎。另外，直流已在用戶身邊，電子設備等直流負荷快速增長，風光儲直柔的直流微電網和聚合體將大幅增加，大量并網主體如分布式電源、微電網、電動汽車(V2G)、新型交互式用能設備等多兼具生產者與消費者雙重身份。在高比例新能源背景下，“源隨荷動”式傳統的解決電力系統平衡問題的基本方式將出現 “荷隨源動”的趨勢。

因此，應研究出臺由各個利益相關者參與的有吸引力的價格機制，讓具有強大響應能力的用戶參與調峰。負荷的柔性處理和主動響應將是能源電力改革的新藍海。

儲能：儲能技術是支撐可再生能源普及的戰略性技術，也是提高電力系統靈活性和可靠性的關鍵技術。

電力系統的靈活性越高，調節能力越強，則越能滿足高比例可再生能源帶來的調峰、調頻和備用需求，保障電能供給質量。隨著技術發展和材料革命，越來越多不同技術路線的規模化儲能，如抽水蓄能電站和燃氣調峰電站、氫能、碳捕集與利用技術和儲能裝置，以及蓄電(機械轉換、化學轉化等)和蓄熱(水/冰蓄冷、熱化學存儲)等將根據不同需求在源網荷側安裝，參與控制，平衡時空變化的源與荷。因此，要加強對發、輸、用側和儲能側的靈活性建設，提升深度調峰和快速響應能力，提高供電可靠性和電能質量。

電力系統運行模式：將逐步演變為以可再生能源發電為主、交直流混合電網、源網荷儲協同互動，靈活智能控制運營成為重中之重。

以大電網為“主干網”，以微網、能量自治單元為“局域網”，能夠“即插即用”，以開放對等的信息-能源一體化架構，真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用，提供共享能量和信息平臺及協作的機會。此外，大電網和微電網二者相互補充，相得益彰，因地制宜成為關鍵。應從現有系統中喚醒沉睡的資源，實現源網荷儲的高效和最大利益化的優化調節利用。

能源和電力物理信息系統：將產生海量多源、離散的大數據，為數字化能源電力奠定基礎，實現信息流、能源流、業務流融合。

信息化對智能電網的支撐作用，正逐步由以IT技術為核心轉變為以數據數字化為核心。值得注意的是，未來的信息服務模式，將由應用建設向數據分析服務模式轉變，實現數字賦能。

大量高新技術集成融合：從技術上向新一代電力系統升級，“大云物移智”等新技術將逐漸成為標配。

其中，人-機-物高度融合，無人化、芯片傳感、數字化等新技術和多功能融合的新設備、材料、新器件將層出不窮，能量的產、輸、配、轉換和使用均具備一定智能，能源互聯網將具備“智慧、能自學習、能進化”的生命體特征。

理想目標：向著綜合能源互聯體系演進，逐步實現綜合能源體系。

以電為核心、網為平臺，以因地制宜的多元能源結構為基礎，信息能源基礎設施一體化的綜合能源體系將朝著低碳化、高效化、數字化及可持續發展的清潔循環經濟方向發展，形成以“能源結構生態化、產能用能一體化、資源配置高效化”為特征的全新的能源生態體系。

回顧人類三次工業革命，都源于重大科學發現和理論突破。傳統的能源競爭，就是哪里有資源，就去搶奪，甚至是戰爭。但是，以風能、太陽能為代表的新能源，其競爭方式不是資源競爭，而是核心技術競爭。

目前，世界上主要國家和地區均把能源技術視為新一輪科技革命和產業革命的突破口，因此，我們應深刻理解“科技獨立自強是發展大局的根本支撐”，開展獨立自主的創新，必須深入分析面臨的挑戰及技術成熟性、可行性、經濟性，前瞻未來發展，進而科學理智地制定切實可行的技術路線，群策群力，努力踐行。應以清潔、低碳、數字、高效和物聯為發展方向，以安全高效、循環可持續為驅動和目標，以研究與創新為支撐、智慧互連共享為核心，孕育新模式、新業態，推動跨界融合，實現產學研用協同。同時，從基礎理論、新材料、關鍵技術、軟硬件設備到真正能復制的工程示范，探索顛覆性技術，實現能源技術自主創新，保障可再生能源和新型電力系統理智、健康、有序發展，助力碳達峰、碳中和目標實現。

（作者系山東大學特聘教授）

文章信息來源-中國能源報

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