绿色之径第3期：新型电力系统的四大核心

新型电力系统具有清洁低碳、安全灵活、数字化和市场化四大核心要求，前一期我们阐述了新型电力系统的清洁低碳特性，本期我们将就其余三个核心展开讨论。

新能源发电的波动性和间歇性，要求电力系统必须具备灵活性，这是因为如果电力系统欠缺灵活性，当常规电源无法满足系统净负荷的变化时，需要在用电需求不足时削减新能源出力，或是在用电高峰时期切除负荷，分别对应的措施为“弃风弃光”和“有序用电”。

以德国为例，德国是世界上新能源渗透率最高的国家之一，2010年德国可再生能源发呆能量占比17%，弃风率为0.33%，随着可再生能源发电量占比上升，弃风率开始呈上升趋势，到2016年，德国可再生能源发呆能量占比接近30%，弃风率飙升至4.36%

我国的新能源发展起步较德国等新能源渗透率高的国家相对较晚，但面临情况大致相近，2020年，我国风光发电量占比约9.5%，其中弃风率为3.5%，弃光率为2%，随着十四五期间以及未来新能源发电量占比的提升，弃风弃光压力将持续增大。

而要解决弃风弃光压力，就要求目前的电力系统提升其安全性和灵活性，主要方法包括扩大调节电源规模、增加储能容量、挖掘需求侧资源三种。

① 扩大调节电源规模

现有技术中，火电作为比较成熟的手段，能大幅提升系统高灵活性，而且能在改善系统灵活性的同时，促进可再生能源的大规模消纳。

② 增加储能容量

由于火电本身带有非清洁性能源属性，因此，仅依靠火电的灵活性改造，并无法充分满足灵活性需求，需要储能作为一种柔性电力调节资源，在“供过于求”情景下，可以储存多余的风电、光伏出力；在“供不应求”情景下，可以放电缓解短时电力短缺。

③ 挖掘需求侧资源

要时刻保持电力系统供需平衡，传统做法是在负荷需求高时增加发电机组出力，但满足该部分需求而增加的发电和输配电投资利用率很低，因此，需求侧响应的核心，是通过减少或者延迟需求侧的电力负荷来实现供需平衡。

早在2020年，浙江省就通过调节工厂、商场、电动汽车充电设施等电力用户需求，汇聚了577万千瓦削峰负荷、322万千瓦填谷负荷的“资源池”来实现削峰填谷，此举相当于少建一座 500 万千瓦级的大型电站。

需求侧响应的核心是通过数据采集、数据处理、终端控制一体化，预测并防止负荷激增，实时响应负载变化，提高电力系统的灵活性

总的来说，通过扩大调节电源规模，对燃煤、燃气电厂进行灵活性改造；增加储能容量，包括抽水蓄能和新型储能；挖掘需求侧潜力，如需求侧响应和虚拟电厂技术，是构建电网系统灵活性和稳定性的基础，能为未来大规模应用新能源提供保障。

数字化浪潮同样影响新型电力系统进程，通过数字化技术如人工智能、云计算、5G 等，在发、输、变、配、用、储等各个环节实现全方位应用，能推动电力系统在转型过程中的安全稳定和可靠供电。

① 数字化技术助力保障电网安全性

电力设备的数字化为数据采集、分析及更高级别的设备管理和控制提供了基础，升级改造传统电力设备，不仅是在传统电力设备基础上叠加一些数字化功能，而是完全以适应数字化电网的环境、流程和要求作为产品开发的出发点，在整个生命周期和项目流程内，更好地响应数字化环境下各种应用场景的需求，最终实现电力资产的全面检测、实时在线、科学管理和智能运维，提升电网防范安全风险能力。

② 数字化技术支撑电网灵活性提升

过去，电力体系高度依赖电力调度，具有较强的计划性，具有“源随荷动”的特点。未来，电力的供需随机性、互动性大大提高，源网荷储各个环节相互耦合并深度互动。源网互动方面，加快智能、主动、柔性交直流混合配电网的发展，提高新能源与负荷的“可观、可测、可控”水平，提升馈线自动化水平，能够提高电网对分布式新能源的主动消纳能力。在网荷互动方面，以分布式电源和储能为核心，打造微电网或虚拟电厂，将配网中的分布式电源、可控负荷和储能系统进行整合调控，可以更好的协调电网与分布式能源间的矛盾。

因此，发展数字化技术，以数据为核心生产要素，推进能量流和信息流的深度融合，将为新型电力系统的运行注入灵魂。

完整的电力市场包括三大部分：电能量市场、辅助服务市场和容量市场。在新型电力系统的电力供需平衡过程中，电价政策和机制将成为市场配置资源的基础，未来还将与绿电、绿证、碳排放交易等市场联动，有效调动各环节的积极性，提升系统灵活性，服务“双碳”目标。

① 容量市场激励，促进电力系统灵活性建设

容量市场激励，将有效分摊电力投资企业的建设和改造成本、提高其盈利性和建设积极性，进而吸引更多的社会资本参与其中，以更高的效率实现新型电力系统的建设。

以英国为例，容量市场是英国第三次电力市场改革的重要组成部分，从2014 年开始运行的英国容量市场，通过补偿灵活容量为间歇式低碳能源的并网提供支持，增加发电商未来收益的确定性，降低了用电高峰时期的电价，在满足电力需求和电网可靠性运行之间达到了良好的平衡。

目前，我国现行电力市场体系下，对有效容量激励不足，容量价值无法最大化发挥，未来随着容量市场激励政策的不断完善，将有效促进电力系统的灵活性提升。

② 辅助服务市场，挖掘需求侧潜力

当装机总量进入平台期，社会的电气化水平仍然持续提升，电力系统不可能永远单方面通过增加新能源装机容量来响应需求侧负荷。当电力系统面临高峰需求持续增长、可调度机组增速滞后的难题时，迫切需要系统提高尖峰负荷管理能力。就如同引导民众合理出游、错峰出行一样，电力系统同样需要通过错峰、避峰、轮休、让电、负控限电等一系列措施，实现“有序用电”。

所以，随着电力市场改革的完善，通过现货市场、需求侧响应激励等多种市场化手段，动态管理需求侧灵活性资源，用电企业主动调整用电活动，减少或增加用电，或者向电网反送电，以促进电力供需平衡，同时最大化自身利益。从而推动需求侧灵活性大规模、高效率、可持续地发展。

本期我们阐述了新型电力系统的安全灵活、数字化和市场化三个核心要求（清洁低碳在上一期），但事实上，每一核心也都与需求侧息息相关，伴随对配网和用户侧的数字化升级，以及电力市场化改革的深入，未来，重塑需求侧将是未来新型电力系统中的关键一环。

（本文内容为笔者对施耐德电气商业价值研究院《绿色之径——新型电力系统行业洞察》报告的部分摘录以及笔者阅读过程中的个人观点，欢迎大家批评指正。）