电力系统上新 | 上海交通大学教授严正：为经济社会发展持续提供低碳能源
构建以新能源为主体的新型电力系统是能源革命内涵的深化，为我国电力工业发展指明了方向。近日，《国家电网》杂志记者就如何构建新型电力系统等问题采访了上海交通大学电子信息与电气工程学院长聘教授严正。
上海交通大学电子信息与电气工程学院长聘教授严正。
《国家电网》：如何理解新型电力系统？这个新系统具备哪些特征？
严正：
根据碳达峰、碳中和目标，中国风电、光伏发电总装机容量到2030年将达到12亿千瓦以上，新能源在一次能源消费中将占很高比重。构建以新能源为主体的新型电力系统，意味着未来电力系统的主要能源形式将是风电、光伏发电等可再生能源，同时大量分布式新能源还将接入用户侧，电力系统将面对源、荷两端的重大变化。构建新型电力系统，具有重大历史意义，其特征主要呈现为：
一、高比例新能源接入。未来新能源高比例接入将呈现集中式与分布式并重的态势，包括西北、华北、东北地区的大规模风光基地、东部沿海地区的海上风电基地，以及数量可观、就近消纳的分布式电源。
二、大规模灵活性资源配置。储能与需求侧响应等灵活性资源迅速发展，以保障新能源消纳与系统安全稳定运行。预计2060年储能装机将达4.2亿千瓦，需求响应规模有望达到3.6亿千瓦。
三、终端负荷多元化。随着电能逐渐成为主要能源消费品种，终端用能结构的电气化水平持续提升，电动汽车、智能家居、屋顶光伏、家用储能等设备的广泛应用，将促进海量多元化终端电能产消者的形成。
四、电网高度数字化。电力系统面对源荷的高度不确定性，数字化将成为保证其安全可靠运行的重要延拓技术。伴随着“数字中国”理念的不断深化及内涵的不断丰富，“数字电力系统”将是我国率先建成的重大数字化基础设施。
安徽绩溪抽水蓄能电站下水库。
《国家电网》：构建新型电力系统是一个革命性、系统性的工程。您认为构建新型电力系统的核心和关键是什么？
严正：
总体来说，新能源占主导地位将是新型电力系统的核心特征。以实现该核心特征为目标，需要采取构建广泛互联的大电网平台、加强电网基础设施智能互动能力、优化电网灵活柔性资源配置、提升电力系统安全运行水平等关键措施。此外，还应尽快推动和发展以下两类“融合”：
一、以“碳达峰、碳中和”目标为引领，加强“油、气、煤、电”等不同类别能源企业之间的协调贯通，形成发展合力，提高新型电力系统在实现“再电气化”进程中的主导作用。
二、在不断推进发—输—用—储各环节能源基础设施建设的基础上，加强中国特色社会主义理论与工程技术科学的渗透、融合，持续推进中国特色的能源市场化进程，理顺并充分发挥不同能源形态在能源链上的价值，提高能源利用效率。
《国家电网》：在现有电力系统的基础上构建新型电力系统，将面临哪些挑战？电力系统如何平衡和适应新能源高比例接入带来的挑战？
严正：
现有电力系统的生产组织模式为“源随荷动”，电源有较好的可控性，通过滚动调节，能较好地匹配负荷。电源侧新能源发电的随机性、波动性导致其发电出力较难控制，用电侧的大量分布式新能源接入以及终端负荷的多元化发展，使得源荷匹配更加困难；其次，电力电子化导致新能源电力系统转动惯量降低，抗扰动能力变弱，系统运行状态难以准确跟踪。这些挑战很大程度上改变了电力系统的传统运行模式，研究适应高比例新能源电网运行需求的生产模式和运行技术手段成为构建新型电力系统的主要内容。
为应对高比例新能源带来的一系列挑战，新型电力系统在提升新能源友好并网及主动支撑性能、新能源发电效率与运行可靠性的基础上，还需采取以下措施：
一、加强新型电力系统建设的顶层设计，做好系统规划。合理规划应对新能源发电随机性的调峰电源体系建设，优化电网平台资源配置，提高系统灵活性。
二、加强大型电力系统主网架的物理与数学模型的精准建模和仿真。目前，对于新能源大规模接入系统的复杂运行工况，在系统层面仍缺乏对某些复杂振荡现象物理机理的准确把握，需要加强大系统层面上的基础研究，提高对电网各种复杂工况的仿真分析能力。
三、加强以信息与通信技术为基础的二次系统建设。通过人工智能、大数据等先进算法及云平台，弥补物理建模上的不足。通过电力物理信息融合，实现源网荷储的高效互动，以及电力业务与应用全场景智能化。
浙江宁波供电公司为企业光伏电站接入新能源云平台提供技术服务。
《国家电网》：您对推动构建新型电力系统有什么具体建议？如何处理好能源安全和能源绿色低碳转型的关系？构建新型电力系统对实现碳达峰、碳中和目标有何意义？
严正：
一、硬件方面，加强在“卡脖子”技术上的突破，加强对于新型电力系统关键技术的科研攻关投入与技术推广应用。如改进新能源发电材料技术，延长新能源发电及储能设备的使用寿命等。
二、软件方面，加强对大规模复杂电力系统的物理机理的基础研究，提高电网调度控制领域关键核心软件算法的国产化水平，提高电力电子化、强随机性运行环境下对电力系统的感知和预警能力。
三、政策方面，加强顶层设计和相关政策研究，以实现碳达峰、碳中和目标为基础，梳理不同形式能源价格对电能价格的影响，构建面向新型电力系统的市场体系创新机制，在全社会促进清洁能源接入并提高用户侧电能的利用效率。
从能源安全的长远角度来看，建成以非化石能源为主体、安全可持续的能源供应体系，才能实现我国能源安全。能源绿色低碳转型将给能源结构和系统形态带来巨大变革：实现清洁能源发电的煤电替代，降低我国煤炭进口需求；通过用户侧电气化，例如电动汽车等形式的能源高效利用，降低我国对原油进口的依赖。因此，能源绿色低碳转型符合我国能源安全的战略要求。
在碳达峰、碳中和目标中，绿色低碳能源主要是以电能的形式加以利用，因此电力系统是最大的能源转化与输运基础设施。新型电力系统在电源侧采用清洁能源替代传统能源，在用户侧通过电能替代实现低碳减排，为社会经济发展提供持续的低碳电能，意义重大。
国家电网甘肃电力连心桥共产党员服务队队员协助客户为新能源汽车充电。
《国家电网》：未来，发电侧、电网侧和用电侧的生态图景如何？电网企业如何更好地发挥作用？
严正：
未来电网较现在将更为复杂和庞大。其中，电源侧大型能源基地的开发将趋于饱和；分布式能源的接入多种多样，更新换代快，将会长期存在；电网侧由于能源分布存在时空差异，整体运行方式复杂多变，要求具备更快速灵活的调控能力。同时，配电网覆盖面广，直接面对用户，智能化水平亟待提高，会成为长期发展重点；用户侧用电形式将更加便捷可靠，将拥有更加丰富的与价格及供电可靠性捆绑的用电选择权。
构建以新能源为主体的新型电力系统已箭在弦上，国家电网有限公司作为我国能源领域的领头企业，在电网规划建设与科研攻关两方面齐头并进，正在为实现碳达峰、碳中和目标贡献重要力量。
一方面，电网智能化水平大幅提高。通过构建坚强智能电网和能源互联网，保证电能传输的安全高效，提高处理事故的电网驾驭能力。
另一方面，资产利用率持续提升。通过加强源网荷储协同控制，打造智慧能源综合服务体系，确保电力系统作为电能输送平台，为社会经济发展提供绿色高效的可持续服务。同时，持续开展产学研协同的技术攻关及试验示范，对新型电力系统关键技术进行系统深入研究，发展和巩固电网企业在能源领域的优势。
作者 | 刘芳芳