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“双碳”目标下弹性电力系统发展的思考

核心内容

本文围绕“双碳”目标与能源转型背景下，电力系统面临的新挑战和弹性发展的必要性进行了深入分析，提出了构建新型电力系统和弹性电力系统的发展路径和战略举措。

主要观点

1. “双碳”目标与能源转型

• 碳达峰：指某地区或行业年度二氧化碳排放达到历史最高值后进入持续下降阶段，是碳排放由增转降的历史拐点。
• 碳中和：指在一段时期内，通过减少碳源和增加碳汇等方式实现净零碳排放。
• 背景：全球气候变暖导致极端灾害频发，如热浪、森林大火、冰川消融等，对各国能源安全与可持续发展构成威胁。
• 国际应对：66个国家和100多个地方政府宣布到2050年实现净零碳排放，欧盟提出2050年成为“碳中和”大洲。
• 国内应对：中国提出2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，构建以新能源为主体的新型电力系统是主要路径。

2. 新能源发展与电力系统挑战

• 新能源发展：到2030年，中国风电、太阳能发电总装机容量将达12亿千瓦以上，非化石能源发电量占比将达50%以上。
• 挑战：
  • 电力安全供应：新能源出力不稳定，对电力平衡支撑能力不足，尤其在极端天气下，电力需求显著增加，保障供应难度加大。
  • 新能源消纳：高比例新能源接入导致系统调峰能力不足，弃风弃光问题严重。
  • 系统稳定运行：新能源占比提高后，系统转动惯量下降，频率调节能力减弱；同时，电压调节能力下降，系统面临电压失稳风险。
  • 跨区直流运行：当前运行方式灵活性不足，新能源跨区消纳难度大。

3. 弹性电力系统发展趋势

• 弹性电力系统定义：具备对极端事件的预防、抵御和快速恢复能力的电力系统。
• 发展目标：在极端事件攻击下，电力系统7天全面恢复，核心区域电网48小时恢复，关键负荷不停电。
• 发展路径：采取“三步走”战略：
  • 2020-2025年：形成弹性电力系统评估理论和方法，构建评价指标体系，推进相关标准制定。
  • 2025-2030年：构建坚强网架结构，推进关键技术研究与核心装备研发，建设弹性电力系统计算平台。
  • 2030-2035年：推进示范应用，实现弹性电力系统建设目标。

关键信息

4. 弹性电力系统发展战略举措

• 研究基础理论：
  • 开展强电磁脉冲（HEMP）环境模拟及其与广域分布式系统耦合作用机理研究。
  • 构建弹性电力系统评价指标体系，结合定性和定量指标，提高评估科学性。
• 攻克关键技术：
  • 聚焦关键节点加固、应急响应、快速恢复等方面，实现弹性电力系统的提升。
  • 强调“平时预、灾前防、灾中守、灾后抢、事后评”原则，推动关键技术攻关与自主创新。
• 优化资源配置：
  • 推动弹性资源的开发利用，包括关键设备冗余化、紧急负荷削减、广域保护与控制、主动孤岛运行等。
  • 强调通信、控制和保护等二次系统的加固与强化，提升系统抗打击能力。

5. 高比例新能源发展场景

• 2030年推荐场景：风光装机容量占比达46.77%，总装机容量40.03亿千瓦，风光发电量占比27.41%，非化石能源发电量占比50.01%。
• 2050年典型发展场景：非化石能源发电量占比达76.42%，风光发电量占比达48%，火电装机占比约20.33%，风光利用率提升至93.2%。

6. 消纳模式与系统运行

• 新能源消纳模式：需兼顾新能源利用率与发电量占比，避免单一目标导致系统失衡。
• 系统运行方式：新能源出力超过负荷时，储能充电运行，改变了传统系统运行模式。
• 调峰能力：2030年调峰能力缺额达1.96亿千瓦，需通过火电灵活性改造和电网互联提升系统调峰能力。

结语

“双碳”目标推动了能源结构转型，也对电力系统提出了更高要求。构建以新能源为主体的新型电力系统和弹性电力系统是应对挑战的重要手段。通过技术攻关、政策引导和资源配置优化，提升电力系统的恢复力与稳定性，是实现能源安全和可持续发展的关键。