加快新型電力系統戰略研究——訪中國工程院院士、全球能源互聯網研究院院長湯廣福

　　構建新型電力系統，進而實現“雙碳”目標，首先應該在哪些方面達成共識?將給發電側、電網側、用戶側帶來哪些變化?新型電力系統的構建應該如何分步進行?近日，本報記者就這些問題采訪了中國工程院院士、全球能源互聯網研究院院長湯廣福。

　　《國家電網》：要實現我國“雙碳”目標和構建新型電力系統，業界首先應該達成哪些共識?

　　湯廣福：關于我國“雙碳”目標的具體實現路徑，國家相關部委、中國工程院、中國科學院以及國務院發展研究中心等機構都在加緊開展研究。

　　首先，從宏觀要求來看，中國目前的碳排放占全世界的29%，碳減排的壓力很大。同時，由于我國能源結構以煤炭為主，而發達國家則以碳排放相對較低的油氣為主，所以我國減碳面臨的挑戰更大。

　　其次，減碳是一個綜合性的任務，不是從哪個單一方面著手就能解決的。無論科技界、產業界還是企業界，都應該提高政治站位，制訂相應措施，為我國“雙碳”目標的實現作出貢獻。

　　再次，從減碳的實施路徑上看，有一種比較激進的觀點認為，我國能源可以從以煤炭為主，越過油氣直接過渡到以新能源為主的零碳系統。我個人認為這種觀點是不合適的。一是目前我國的電力系統尚不具備以新能源為主的支撐能力。二是這種能源轉型的代價太大。要構建新型電力系統，我認為應該走能源結構調整和可再生能源發展的并行之路，即低碳和零碳并行。歐盟的清潔能源低碳發展之路給了我們很多啟示。要調整能源結構，把煤炭的使用量降下來，把油氣的使用量升上去。雖然我國油氣對外依存度較高，不可能像歐洲那樣大量采用天然氣，但我們也應該適度發展油氣資源，特別是發展天然氣發電調峰，以配合波動性、間歇性可再生能源的大規模開發利用。如果忽視電網調峰資源的發展，將會給新型電力系統構建帶來巨大的不可逾越的技術鴻溝。

　　《國家電網》：從發電側來看，構建新型電力系統對發電企業提出了哪些要求?

　　湯廣福：我國的“雙碳”目標是構建以新能源為主體的新型電力系統的主要驅動力。習近平總書記提出，到2030年，我國風電、太陽能發電總裝機容量將達12億千瓦以上。新能源大發展的時代已經到來。

　　截至2020年年底，我國風電、太陽能發電的總裝機容量約5.3億千瓦，占比約為24%。按照最新估算，到2030年，我國風電和太陽能發電總裝機容量可能會達到16億千瓦左右，占比約為40%，價格也逐步走向平價。這意味著在10年時間里，我國要新增風電、太陽能發電裝機容量10億千瓦以上，總占比提升近一倍。

　　在新能源發電快速增加和占比急速擴大的情況下，構建新型電力系統不能僅僅依賴電網。目前，我國的風電和太陽能發電仍是一種粗放式的發展，低電壓穿越能力等方面都比較脆弱。未來，風電和太陽能發電的支撐能力標準必須要提高，風電和太陽能發電的變流器要具備自主支撐運行的能力。如果不具備該能力，將來在應對低電壓穿越和大規模脫網時，把所有問題都留給電網解決，電網將不可承受。這就需要國家提高對風電和太陽能發電企業的各項要求。希望國家能出臺相關政策，緩解未來電網的壓力。

　　《國家電網》：關于新型電力系統的構建，您認為應該如何分步進行?

　　湯廣福：新型電力系統的構建，我個人認為要分兩個階段。第一個階段是對現有電力系統進行改造升級。目前業界有一個誤解，認為只要解決了儲能問題就會解決一切問題。當然，儲能是我們要大力發展的。儲能也能夠滿足一部分削峰填谷的需求，但儲能并不能完全代替靈活電源。

　　我國發電裝機容量巨大，化學儲能的原料還有一定欠缺，加上技術尚不太成熟，全面采用化學儲能作為調峰電源的時機還未到來。而在儲能成為大規模靈活電源之前，必須依靠天然氣發電或者經過靈活性改造的煤電作為靈活電源。

　　美國、歐洲轉型之所以比較成功，是因為有大量的天然氣發電作為靈活電源用來調峰。目前我國的靈活電源占比不到3.5%，規模還遠遠不夠。同時，我國天然氣對外依存度較高。要想使天然氣發電成為靈活電源，首先要加大開采量。有研究表明，到2030年，我國天然氣年供給量可以增加2000億立方米。如果都用于發電，就可以將我國的靈活電源占比提升到14%。這就相當于目前德國的靈活電源規模。

　　到2030年，我國非化石能源的一次消費比重將達到25%。在儲能沒有大規模發展的前提下，如果2030年我國的靈活電源占比能達到14%左右，電力系統就可以支撐非化石能源的一次消費比重占比25%的目標。

　　到了第二個階段，如果多種類型的大規模儲能和氫能等技術發展迅速，并用作靈活電源，可以在一定程度上抵消規模化天然氣發電。當然，屆時要充分研究規模化儲能和氫能全壽命周期成本。還有一種可能就是電力系統還有一定比例的靈活調峰火電和天然氣，并輔助CCUS(碳捕獲、利用與封存)技術，滿足碳中和條件。

　　《國家電網》：構建新型電力系統，電網企業應該作出哪些改變?

　　湯廣福：從發電側發展來看，未來將有60%以上的發電量為風電和太陽能發電，10%以上為核電，10%以上為水電，還要有10%以上的燃氣、煤電靈活調峰機組(輔助CCUS技術)以及氫燃料電池發電。在沒有出現特別大變革性技術的前提下，未來這個發電結構將是可預測的“終極”形式。而在負荷側，電能替代規模也會越來越大。

　　在這種情況下，電網企業必須解放思想，主動變革。目前，我國的電網由幾個特大型的同步電網構成。未來，我們的電網一定要柔性化，實現風電光伏基地和負荷中心的柔性互聯。

　　比如一個區域有大規模風電，而幾十或幾百公里外有大量光伏發電，中間要能實現時空互補，充分發揮柔性電網的間接儲能作用。因此，電網的柔性互聯互通是波動性新能源實現相對平穩的重要手段。以柔性直流為代表的新型輸電技術，具備上千公里的新能源電力輸送能力。將來，在以新能源為主體的新型電力系統中，必然會有以柔性直流為主導的先進輸電技術的大量應用。將來的電網形態應該是以柔性輸電占據重要地位的新一代電網。

　　許多業內人士認為將來電網的電壓穩定、頻率穩定和功角穩定是一個大問題。可以設想，將來的電網可以分區網格化。比如像“背靠背”柔性直流技術的應用，既能實現互聯互通，又能縮小同步電網的范圍。隨著技術的快速發展，辦法總比困難多。現在亟須開展未來電網形態的戰略研究。

　　目前歐洲建設的SuperGrid(超級電網)注重跨國之間的電力互聯互通，且都是通過柔性直流技術來解決。這樣一來，區域之間就可以實現能量時空互補，發揮互聯電網的間接儲能作用。電網企業應該從戰略規劃的角度來考慮新能源發電中心之間的柔性互聯互通以及大電網的柔性傳輸問題。

　　未來的電網形態變化，要經歷從量變到質變的過程，逐步變成新型電網的結構形態。當然，我們也不能忽略電網轉型帶來的用能成本提高等問題，這也是世界慣例。能源轉型絕不是輕輕松松、敲鑼打鼓就能實現的。用能成本可能在一定程度上會拉高。政府部門在這個方面應該有相應的思想準備。

　　雖然“雙碳”目標的實現和新型電力系統的構建不是一蹴而就的事，必須經歷一個漸變的過程，但電網企業要盡快啟動戰略規劃和專題研究，使新型電力系統的構建在戰略的前提下漸變。在新型電力系統構建的大背景下，原來電網規劃的發展思路將不可持續。如果依靠順其自然的漸變，許多建設將來可能要推倒重來，那樣代價會非常大，是不合適的。

　　可再生能源的大發展和電力系統電力電子化是未來趨勢，我國的電力從業者必須不斷轉變觀念，更新知識儲備，跟上快速發展形勢。

　　關于新型電力系統的構建路徑，必須以戰略引領，分步實施，制訂好規劃，盡快實現柔性化、電力電子化，且保證可控、安全。在構建新型電力系統的過程中，許多新型電力設備會出現。新型區域型的直流網絡嵌入交流網絡、交流網絡嵌入直流網絡、直流交流混聯的保護技術和設備等，都要去研究。

　　《國家電網》：構建新型電力系統，用戶側會有哪些變化?

　　湯廣福：新型電力系統的實質就是以可再生能源為主的電力系統，需要打通各個環節，實現源網荷儲互動。發電側參與全網調度，實現縱向貫通。在用戶側，一個是要解決供需互動，另一個是要實現多能協同。

　　供需互動就是結合能源數字化技術，做到精準的需求側管理，然后參與局域電網互動。供需互動是電力市場機制、數字化技術與電網的深度融合，用戶側積極參與，目的就是消納新能源。許多現在的示范項目將來都會變成現實，形成新型電力系統的有機組成部分。比如隨著新能源汽車越來越多，大規模新能源汽車充放電設施參與供需互動以及地區性的調峰調頻就有可能實現。

　　在用戶側，還要打通電和其他能源的協同。比如車聯網已讓電和交通領域實現協同。另外，將來峰谷電價可能會差別很大。通過一些手段，家庭可以采用多種措施多用谷電;在工業園區，晚上可以利用低谷電制熱制冷儲存起來，白天再加以利用。這樣一方面可以實現削峰填谷，另一方面又有利于新能源的消納。