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今朝的一种常见思惟是，当扶植了足够多的可再生能源发电装备后，碳排放问题就天然而然的获得领会决，我们就可以实现“碳中和”。

这明显不成能。

事实上，年夜量的新能源发电装备的接入，会对当前的电网造成很年夜影响——放年夜灯在《若何从零造一台风力发机电》一文中就描写过，能源布局中高占比的风光电若何恶化了我国东北与美国得州的用电危机。是以，关在新能源并网，毫不是一个简单的“越多越好”的二元问题。

针对新能源发电的治理，2021年3月，中心财经委员会第九次会议上指出“要出力提高操纵效能，实行可再生能源替换步履，深化电力体系体例鼎新，构建以新能源为主体的新型电力系统”——这恰是解决方案。

“以新能源为主体的新型电力系统”是甚么？有甚么特点？要实现需要做些甚么？在哪些范畴有更多的机遇？本文将对这些问题逐一解答。

凌霜微雨 ｜ 特约作者

陈闷雷 ｜ 编纂

放年夜灯团队 ｜ 筹谋

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甚么是以新能源为主体的新型电力系统

今朝，新型电力系统依然没有官方的明白界说，但各方共鸣根基集中在“新能源为主体”，这意味着我国电力系统的新能源占比将来将到达50％以上。

从成长阶段来看，“以新能源为主体”将分为两个首要阶段：

新能源装机占50％以上；

新能源发电量占50％以上。

但是在现阶段，从装机量看，2020年我国电源总装机22亿千瓦，此中风、光、生物资共占比26％；可假如从发电量来看，风、光、生物资的占比敏捷跌到11％，与方针差距很年夜，可见将来的很长一段时候，鼎力成长风、光等新能源将成为构建新型电力系统确当务之急。

中国电源布局（数据来历《中国能源成长陈述2020》）

相对来讲，只要考查确当，扶植加快，以我国的新能源基建程度，将装机容量快速晋升至50％程度其实不坚苦。估计到2025年，可再生能源（含水电）装机就将跨越50％，而到2035年，新能源的装机占比便可以晋升到50％以上。

与装机比拟，新能源的发电想到达50％以上则是一个更加持久、艰难的使命，由于风、光等新能源自己就具有不肯定性，其操纵小时数远低在火电：统计数据显示，风电的年发电操纵小时数约是火电的一半摆布，光伏则更低，所觉得了发一样的电，需要的新能源装机容量多是火电的两到三倍。

数据来历：能源研究俱乐部

但是假如新能源的占比真的如斯之高，将给电力系统带来一系列艰难的挑战。

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新型电力系统扶植面对的挑战

不肯定性带来的均衡困难

从下图可以看出，新能源有很强的波动性，出力忽年夜忽小；同时新能源自然也具有不肯定性，你用电的时辰纷歧定有风吹、有光照。当前电网中，新能源的占比还不高，火机电组就全权负责承受这类波动和不肯定性：风光发电少了，火电就多发电。风光发电多，火电就少发电。

可是将来呢？假如新能源成了我们最首要的电源，又该若何解决问题？

调理能力缺点干扰电网不变性

电力系统想正常运行，就触及了两个主要的不变概念：频率不变，电压不变。而传统的同步发机电是保持这两个不变性的最年夜支柱。但风、光等新能源其实不具有传统发机电保持电压和频率的能力，乃至接入会耗损年夜量无功，还可能粉碎电力系统的不变，为电力系统的平安带来风险。

频率不变：

是指电力系统遭到严重扰动后，发电和负荷需求呈现年夜的不服衡，系统仍能连结不变频率的能力，首要由同步发机电中的调频装配负责。

频率与发机电的转速互相关注，一般的机电一般会保持3000转／分钟（1对极，50转／s），或1500转／min（2对极，25转／s）的转速，对应的则是电网供电的50Hz交换电。当供电的功率比用电功率低的时辰，发机电的转速就会降落，将发机电庞大转子（可参考下图）里贮存的一部门动能转化为电能供给到电网里，转速降落带来的就是电压频率的降落，例如下降到49．8Hz，此时频率调理机构就会最先启动，对火电厂就加年夜蒸汽的流量、对水电厂就增添水流的流量，来输出更多的功率，让发机电加快，继而保持50Hz的频率。

但是，风电、光伏常常靠天吃饭，当频率降落的时辰，没有额外的体例可让他们输出更多的功率，其频率调理能力远远低在传统火机电组。

电压不变：

是指处在给定运行点的电力系统在承受扰动后，保持所有节点电压为可接管值的能力。它依靠在系统保持或恢复负荷需乞降负荷供给之间均衡的能力。

发机电组在发电时，除输出有功功率外，还会输出无功功率，而无功功率则是保持电力系统电压的焦点。但是，风电、光伏根基上不具有为电网供给无功功率的能力，或只能供给很是少的无功功率，在良多时辰可能还需要从电网接收无功才能保持运行，这就下降了电网电压的不变性。同时，风、光发电的输出功率波动很年夜（因为风、光资本不不变），功率产生转变也就会带来电压的波动，这会让电网电压加倍的不不变。

电力电子装备接入的系统性问题

传统的电力系统和其阐发理论成立在所有电源都是同步发机电的根本上，也就是说我们的阐发与调控手段都是基在发机电转速降落／上升，线圈的磁场若何转变来制订的。

但新能源作为电源，他们依托了年夜量电力电子装备进行发电，好比双馈异步风力发机电、永磁直驱风力发机电里面都含有电力电子部件，而光伏的逆变器更是纯电力电子装备，当这些装备成为主流后，成立在“发机电转子动弹惯量”“线圈磁通磁导”如许概念上的阐发理论将不再合用，以往的调控体例也将难以利用在如许的新型电力系统。

例如我们前面说过，发机电具有庞大的转子，里面在正常动弹时贮存了年夜量的动能，也就是所谓的“惯性”。当功率不足时，发机电转速降落，但损掉的动能会酿成电能继续供电，这就为调理争夺了时候，但像光伏如许的新能源底子就没有“转子”，更无从谈起所谓的“惯性”了，所以本来的调理体例将不再合用，这也让新能源占比很高的电力系统变得异常懦弱。

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新型电力系统扶植的首要标的目的

上文我们提到了电力系统面临的新问题，那末若何解决这些问题？这就需要做好三件事：看的准、调得动、储得住。

看得准

可再生能源的不肯定性带来了新型电力系统中的很年夜一部门问题，那末最直接的思绪天然是付与电网肯定性，也就是提高对发电能力猜测的正确性。

举个例子，电网可以知道明全国午3：00风光端发不出电，便可以提早给旁边的煤电厂打个德律风，告知对方在这一时段提高多发电来填补缺口。

电力猜测是门手艺活，需要连系景象形象、年夜数据阐发、人工智能等一系列的新手艺。事实上我们国度每一个风电场并网，都要求他们对本身的功率进行猜测，而且划定了必需到达的猜测精度，每一个省各有分歧。下图是国度能源局东北监管局发布的关在风电猜测正确性的查核。

并且要知道，假如猜测总犯错，是要罚钱的！例如河北南部电网，2021年2月风电场查核总费用就到达了422．54万元，所以风光电厂常常有很强的动力去晋升本身的猜测精度。

那末要若何进行猜测呢？从手艺角度说，我们可以将猜测依照时候进行分类，分为超短时间功率猜测、短时间功率猜测、中持久功率猜测三类。分歧猜测的特点与合用规模，和对应的典型方式以下所示：（节选在《中国机电工程学会专题手艺陈述2018 下卷 新能源发电功率猜测手艺》）

此中典型方式具体的体例以下：

（1）延续法：延续方式是以当前时刻实测功率值作为将来时刻猜测功率的风电功率猜测方式。其模子简单，猜测精度随预測时候增添而敏捷降落，凡是合用在时候标准较短的猜测。

（2）物理法：物理方式的道理是按照风电场四周的地形地貌信息和物理信息，采取微不雅景象形象学理论或流体力学方式，成立起合适风电场景象形象特点信息的流体力学模子，然后采取该模子猜测风机电组轮毂高度的风速、风向等信息，进而猜测风电场的功率。

（3）统计方式：统计方式不斟酌风速转变的物理进程，以对汗青统计数据和NWP数据的阐发研究为根本，成立NWP数据与风电场输出功率之间的映照关系。该方式直接操纵NWP数据对风电场输出功率进行猜测。统计方式同时合用在超短时间、短时间和中持久猜测，进行超短时间风功率猜测时只需利用汗青数据，短时间和中持久猜测时要利用汗青数据和NWP数据。统计方式相对物理方式而言加倍简单、利用的数据单一，但对突变信息的处置能力较差。

（4）人工智能方式：属在统计方式，但更加进步前辈。人工智能方式需要年夜量的汗青不雅测数据来成立模子，但其具有模子点窜便利、切确度高的持点。人工智能方式同时合用在超短时间、短时间和中持久猜测，进行超短时间风功率猜测时只需利用汗青数据，短时间和中持久预測时要利用汗青数据和NWP数据。

调得动

另外一方面，既然风光老是波动来波动去，那电网是否是能跟上波动就好了呢？此刻依托年夜量的煤电去调理，将来煤电固然愈来愈少，可是我们可以去找新的资本调理。

需要明白的是，其实煤电其实不是一种很是好的调理资本。起首是它的调理规模其实不年夜，现有传统煤电的调峰深度大要在50％摆布，也就是说一台满发100MW的发机电，它的输出功只能保持在50MW～100MW，低在50MW就要停机。东北常见的供热机组的调峰深度更是只有30％，根基上没有调理空间。

其次是变的慢，火电的爬坡速度约是1．5％～3％／min，也就是100MW的机组，每分钟最多转变1．5MW～3MW的出力，很是迟缓。比拟之下水电的爬坡速度可以到达50％～100％／min，自然气发电也有20％／min，调理能力都比火电强（核电的调峰能力更差）。之前依托煤电数目多才压住了新能源的波动性，用10台机组，调1台的波动，将来跟着煤电愈来愈少，这类环境必然要改变。

我从《2030年前碳达峰步履方案》（以下简称步履方案）中，节选了部门与之相干的材料：

“随机应变开辟水电。积极推动水电基地扶植，鞭策金沙江上游、澜沧江上游、雅砻江中游、黄河上游等已纳入计划、合适生态庇护要求的水电项目开工扶植，推动雅鲁藏布江下流水电开辟，鞭策小水电绿色成长。鞭策西南地域水电与风电、太阳能发电协同互补。兼顾水电开辟和生态庇护，摸索成立水能资本开辟生态庇护抵偿机制。“十四五”“十五五”时代别离新增水电装机容量4000万千瓦摆布，西南地域以水电为主的可再生能源系统根基成立。”

“鼎力晋升电力系统综合调理能力，加速矫捷调理电源扶植，指导自备电厂、传统高载能工业负荷、工贸易可中止负荷、电动汽车充电收集、虚拟电厂等介入系统调理，扶植顽强智能电网，晋升电网平安保障程度。”

可以看到，国度点名了要“随机应变”的“积极”成长水电，但完全没提气电，只是笼统的说了一句“加速矫捷调理电源扶植”。

这是由于水电长短常棒的资本，洁净无污染，调理能力强，实际上是将来的首选电源，可是我们国度的水电开辟成就有目共睹，事实上开辟已很是充实了。按照测算，我们国度可开辟水电5．41亿千瓦，经济可开辟装机4．02亿千瓦，但按照2020年的数据，已装机的水电大要是3．3亿千瓦，也就是说具有经济性的可开辟容量已开辟了82．1％，是以我们只能“积极”的按照具体环境，“随机应变”去找到还未被开辟的水电资本进行开辟。

至在自然气发电固然很优异，但不幸的是我国的燃气很是依靠进口。2020年我国自然气消费3288亿立方米，此中进口1400亿立方米，占消费量的42．57％，而工业用气1240亿立方米，城市燃气消费量1205亿立方米——也就是说假如进口被卡脖子，我们正常家里炒菜做饭取暖城市受影响，更不要说发电了。是以固然气电机能很好，但不是将来成长的重点。

那末除电源我们还没有其他的调理体例呢？文件中说：“指导自备电厂、传统高载能工业负荷、工贸易可中止负荷、电动汽车充电收集、虚拟电厂等介入系统调理”，又是甚么意思？

上面的内容除自备电厂外和虚拟电厂外，根基都是去经由过程指导我们怎样用电，来晋升调理能力。电力系统是双向的，电源负责发电，用户负乐鱼体育app责用电，发电和用电老是均衡的。

假如电源发电一会高一会低要怎样办？“传统高载能工业负荷、工贸易可中止负荷”介入调理的体例就是“罕用电”，电网可以提早与一些工场签和谈，给你钱或电价优惠一点，可是在我让你罕用电的时辰你必需要罕用电，这就增添了电网的调理能力。

电动汽车充电收集则是操纵海量电动汽车充电的功率进行调理，电多的时辰功率年夜一点，电少的时辰功率小一点，乃至在非凡环境下让电动汽车作为储能电池给电网供电。

“虚拟电厂”则加倍复杂。我们可以将屋顶上的散布式光伏、小风电、储能电池和上文提到的各类系十足一调剂，在电网看来这就像是一个电厂，电网给你下号令，你今全国午3点，必需发500千瓦的电，这个时辰这个虚拟电厂就算来算去，发现下战书光伏可以发300千瓦，我们手里的负荷可以罕用100千瓦的电（罕用电等在发电），储能可以再发100千瓦，齐活～经由过程如许底层的调和节制，像一个电厂一样介入到电网的运行里，不是电厂、胜似电厂，所以叫“虚拟电厂”。

储得住

在《步履方案》里，还提到：“积极成长‘新能源＋储能’、源网荷储一体化和多能互补，撑持散布式新能源公道设置装备摆设储能系统。制订新一轮抽水蓄能电站中持久成长计划，完美增进抽水蓄能成长的政策机制。加速新型储能示范推行利用。”

归纳综合来讲，就是主要的储能说三遍。

储能可谓是为新型电力系统量身订做的调理体例，多的时辰可以充电，少了可以放电，其他调理常常是单向的，只能选择少发电或多发电，负荷只能选择罕用电或多用电，而储能则可以选择到底发电仍是用电，调理能力极强。

因为储能自己也是一个年夜型财产链，触及手艺浩繁，我们将在后续文章胪陈，本文受篇幅所限不再进一步睁开。