儲麗麗

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 雙碳目標分析

我國對能源結構體系改革有著十分緊迫的要求，需要降低二氧化碳排放并在2060年實現(xiàn)碳中和，為了減少碳排放，實現(xiàn)對能源接結構體系的優(yōu)化，需要在電力系統(tǒng)中大力發(fā)展可再生資源、提升電能終端消費比例，最終實現(xiàn)高碳電力系統(tǒng)向低碳電力系統(tǒng)的轉變。在雙碳目標下，需要從整體上優(yōu)化能源的布局方式，建立以新能源為主體的電力系統(tǒng)，建立綠色低碳、高效節(jié)能的能源體系。

2 雙碳目標下新型電力系統(tǒng)建設的挑戰(zhàn)分析

2.1 新能源接入比例更高

風電、光伏能源都屬于波動新能源，由于電能生產(chǎn)具有隨機性和間歇性，導致很難參與到電網(wǎng)的電力平衡中。比例增加之后還會導致電網(wǎng)出現(xiàn)更嚴重的隨機波動，增加電網(wǎng)調頻工作的負擔。并且，高比例的新能源接入到系統(tǒng)中后，會取代常規(guī)機組，將會造成電網(wǎng)的調節(jié)能力被進一步削弱，將會給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來更為嚴重的挑戰(zhàn)[1]。比如風力發(fā)電機組容易由于嚴重的自然災害停機，從而導致嚴重經(jīng)濟損失，甚至造成人員傷亡。因此，在新能源接入比例增加之后，電力安全受到了更為巨大的挑戰(zhàn)。

2.2 電網(wǎng)深度電力電子化

由于新能源的大量使用，集中式、分布式的項目系統(tǒng)投入運營，因此電網(wǎng)中需要使用大量的變流裝備，以滿足持續(xù)進行新能源的推廣，以及電力系統(tǒng)對電力的使用要求[2]。比如電力系統(tǒng)的動態(tài)特性相比過去已經(jīng)出現(xiàn)了明顯變化，由于電磁寬頻震蕩問題會嚴重威脅電力系統(tǒng)內部的安全性和穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)的控制設備必須采取更為有效的技術應對全新的安全威脅。

2.3 資源不平衡問題

我國的新能源資源豐富地區(qū)集中在西部，而工業(yè)生產(chǎn)、人口密集區(qū)域集中在中東部，導致我國的能源分布存在十分嚴重的不平衡問題，新能源基地遠離能源負荷中心，很難將電能就地消納，嚴重制約了新能源技術的發(fā)展。所以一些西部地區(qū)電網(wǎng)曾經(jīng)出現(xiàn)過大面積放棄風能、光能的情況。為了解決資源不平衡的問題，還需要加強電力系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)化建設和智能化建設等創(chuàng)新工作，優(yōu)化資源配置水平，有效解決大規(guī)模新能源并網(wǎng)的消納需求。

2.4 電力技術和電力能源之間的深度融合

由于新型電力系統(tǒng)存在穩(wěn)定性的問題，因此需要提升電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘能力和信息防范能力[3]。隨著信息通信技術和電力能源技術的結合，能夠推動電力系統(tǒng)實現(xiàn)更為全面的物理整合，提升電力系統(tǒng)的感知能力，強化對電力系統(tǒng)的管理。需要建立更為完善的感知、采集、儲存、管理系統(tǒng)，并做好及時分析工作，挖掘存在的管理問題，快速開展管理工作。

3 新型電力系統(tǒng)規(guī)劃關鍵技術

3.1 源—荷精細化預測

相對于傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，新一代電力系統(tǒng)的運行具有更強的隨機性，尤其是風能、太陽能等新能源，發(fā)電量很難受人類控制，因此需要建立可以應對隨機情況的決策模型，方便開展對電力系統(tǒng)的管理和控制工作[4]。風能和太陽能會受到風速、陽光照射強度的影響，因此可以根據(jù)光照強度和風速的分布特性，建立能源的隨機出力模型，完成對發(fā)電狀況的預測。

預測模型對電源側出力的預測結果會直接影響電力系統(tǒng)規(guī)劃的有效性，根據(jù)時間尺度預測，可以將預測尺度分為中長期預測、短期預測、超短期預測，其中長時間預測最困難，期預測精度會直接決定其他兩種預測工作的精度，目前對中長期出力預測是研究中最重要的內容。新型能源系統(tǒng)受到可再生能源地理環(huán)境、分布情況、氣候狀況、區(qū)域布局狀況的影響，所以目前的預測模型建設都會針對多種不同方面的情況進行探索，其中使用統(tǒng)計學方法和智能方法是完成精確中長期預測的最佳途徑。在針對光伏的發(fā)電出力預測中，使用了聚類法完成對中長期光伏出力狀況的預測，通過統(tǒng)計長時間的結果擬合光伏發(fā)電的曲線，可以滿足光伏發(fā)電的預測需求。可以長短記憶網(wǎng)絡為基準建立中長期預測模型，也能進一步建立中長期出力預測模型，通過輸入數(shù)據(jù)可以完成對歷史圖像的劃分，并進行歷史電量序列的推導，通過綜合不同模型完成預測工作。

在新型電力系統(tǒng)的消費側也會有很多新型負荷參與到電網(wǎng)的調度中，通過將用戶的差異化負荷需求、質能流動用比進行綜合分析，能夠獲得用戶的用電方式變化，以及建立起更為完善的能源設備配置方式[5]。目前針對用戶的用電負荷預測使用了神經(jīng)網(wǎng)絡、向量機、小波分析等理論，在人工智能理論和實踐應用增加，以及大數(shù)據(jù)技術被廣泛使用，使用深度學習進行負荷預測被廣泛應用在負荷應用領域，成為對用戶側展開預測的新方式。

3.2 低碳電力市場的機制分析

低碳電力市場以新型電力系統(tǒng)作為最基本的應用場景，其內部的碳交易、電力市場互動機制、運營模式是目前研究的熱點內容。隨著各國對碳排放控制的重視，很多國家都加強了對碳交易市場建設的探索，但是目前還沒有形成系統(tǒng)化的碳市場交易規(guī)則，一般都采取免費分配和拍賣兩種方式打包碳配額。我國已經(jīng)建立了很多碳交易試點，積累了很多碳市場的運行經(jīng)驗，由于電力市場和碳交易市場之間存在很強的相關性，所以結合兩者的交互關系，通過建立適合我國國情的低碳市場運營機制和運營方式，對改革我國電力系統(tǒng)具有十分重要的意義。

3.3 碳水平的表征和評估

碳核算是進行量化評價電力系統(tǒng)碳水平的重要依據(jù)，有利于新型系統(tǒng)低碳評價體系的建設，具有比較廣的適用范圍，可以針對宏觀情況、微觀情況進行預測。常用的方法包括排放因子法、實測法、質量平衡法三種。其中質量平衡法以質量守恒定律為基礎，通過分析生產(chǎn)行為，可以進行碳排放的預測和估算，該方法更適合對宏觀情況的研究，但目前并沒有形成比較統(tǒng)一的分析方法[6]。實測法使用所有收集到的數(shù)據(jù)進行碳排放量的預測，該方法的短期預測精度很高，但是長期宏觀尺度預測效果很差。

目前，不同的預測方法都存在適用場景的問題，必須綜合電力系統(tǒng)生產(chǎn)、電力輸送、運行、回收等環(huán)節(jié)進行綜合分析，才能準確對談水平進行預測。為此，應該繼續(xù)從全生命周期角度分析電力系統(tǒng)的碳排放行為，加強預測實踐工作。通過綜合系統(tǒng)的運行特性、碳排放量所受到的影響，分析和總結電力系統(tǒng)運行影響的要素，有助于實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)技術的科學應用。

評價和分析指標是目前對碳水平進行評估的主要難點，在研究領域內已經(jīng)有很多人參與了相關的研究工作。通過分析電力系統(tǒng)碳排放的產(chǎn)生機理，分析電力行業(yè)碳排放結構的影響，構建電力系統(tǒng)的識別方法，可以滿足表征的需求，還可以專門建立低碳電網(wǎng)的綜合評價指標體系，圍繞電網(wǎng)的規(guī)劃、電網(wǎng)運行設備等指標，可以建立更為具有精確性的表征方式。

4 新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑

新能源是我國能源轉型的重要力量，在雙碳目標下，新能源會逐漸轉化為我國的主要能源，還需要合理使用技術，并采取有效措施實現(xiàn)對新型電力系統(tǒng)的建設。

4.1 電源側優(yōu)化

在雙碳目標下，新能源發(fā)展會得到更多支持，為了滿足發(fā)展需要，電源側需要具備更高的靈活性，通過加強新能源的儲能控制、多能互補，滿足能源的可靠供應，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

新能源發(fā)電技術方面的發(fā)展。新能源發(fā)電由于會受到自然條件的影響，因此必須要保證對發(fā)電的預測精度，尤其要加強對風電、光電的預測，可以給新能源的使用帶來更好的基礎。加強預測有助于提升發(fā)電的可控性，但也需要對電力現(xiàn)貨市場的交易進行精確預測，從而建立性能靈活的電源發(fā)電技術，實現(xiàn)能源的多樣化供應，滿足對源網(wǎng)協(xié)調能力的要求?？梢允褂锰摂M同步發(fā)電機技術，保證對風光發(fā)電更強的干涉性能，提升電網(wǎng)對新能源的接納能力，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

儲能技術的使用。由于新能源發(fā)電量、發(fā)電效率受到自然因素的影響，規(guī)律性比較差，所以需要儲能技術將多余的電能儲存起來，在需要用電時投入使用，就能進一步提升新能源提供供電的穩(wěn)定性。為此，需要加強新能源儲能系統(tǒng)規(guī)劃，研究化學儲能、抽水蓄能等方式，促進能源的協(xié)調發(fā)展，實現(xiàn)新能源的接入和消納。通過大力推廣分布式新能源系統(tǒng)，方便新能源的消納，提升對可再生能源的利用效率。

建立多種可再生能源互補的系統(tǒng)。通過使用風能、光能、水能、氫能等能源，構建不同能源之間具有時間、空間耦合性的能源系統(tǒng)，建立連續(xù)性更強的互補網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)多元化的能源互補，并建立多種能源協(xié)調運行的系統(tǒng)，滿足新能源的應用需求。

建立更為健全的保障機制。通過加強保障機制，能夠推動市場建設的完善，吸引更多企業(yè)向新能源系統(tǒng)建設投入。為此，應該建立更為完善的輔助市場，適應新能源等清潔能源的推廣，構建起更為靈活的市場運營機制和保障機制，強化市場中的清潔能源使用力度。

4.2 建立高效率的配置平臺

電網(wǎng)是連接電力生產(chǎn)和消費的樞紐平臺，針對隨機性更強的新能源系統(tǒng)，需要采用全新的配置方式，應對新能源生產(chǎn)存在的波動性、間歇性特點，實現(xiàn)并網(wǎng)消納，發(fā)揮電網(wǎng)的橋梁紐帶作用。

優(yōu)化電網(wǎng)架構。新型電力系統(tǒng)需要電網(wǎng)成為一個結構范圍更大、更為清潔高效的能源配置平臺，所以應加強對特高壓直流輸電、柔性直流輸電等電力工程技術的研究，滿足大跨度的電力輸送需求，有效實現(xiàn)新能源的消納。不同電網(wǎng)區(qū)域，應該加強跨區(qū)互補的建設，促進區(qū)域之間的靈活聯(lián)網(wǎng)配置，提升供電網(wǎng)絡的可靠性，以及滿足大范圍能源資源配置的要求。

加強數(shù)字化技術的應用。增加數(shù)字化技術的應用可以提升電網(wǎng)的感知能力、控制能力以及反應速度，在電力系統(tǒng)中，可以使用的技術包括大數(shù)據(jù)技術、云計算技術、深度學習技術等，圍繞新型電力系統(tǒng)的控制需求，建立電力系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的智慧管理能力，以及針對消費、交易、儲存等問題的決策能力。

4.3 挖掘負荷側資源需求潛力

在雙碳背景下，對能源的消費將會形成全新的模式，負荷的結構也會朝著多元化的方向發(fā)展，負荷的變化特性也會更為復雜。需要加強對需求側潛力的挖掘，加強電力系統(tǒng)的雙向互動，建立起全新的電源消納模式，實現(xiàn)系統(tǒng)內的過功能互補，提升能源消費的電氣化水平。

強化對負荷側的管理。通過挖掘用戶側可調節(jié)的資源，利用數(shù)字化手段可以實現(xiàn)設備的狀態(tài)調節(jié)，以及完成對所需信息的監(jiān)測工作，滿足對負荷的控制需求，通過加強對充電樁、分布式電源系統(tǒng)的實時管理，可以繼續(xù)對用戶資源進行更深層次的挖掘，并且能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡內部資源的聯(lián)合互動。為進一步強化對用戶側的控制，也要加入對大數(shù)據(jù)技術使用，提升對負荷的反應能力。

強化對負荷側電力需求市場相應機制的建設。通過符合聚合商參與實踐的全新盈利模式，可以激勵更多的負荷聚合商參與到市場交易中，實現(xiàn)更有效的能源消納。對于后續(xù)涌現(xiàn)出來的全新能源模式，也要繼續(xù)探索新業(yè)態(tài)，建立起更加靈活的市場，滿足運營模式需求，提升需求側的響應力度，實現(xiàn)技術推廣。

5 結束語

新型電力系統(tǒng)的構建具有很高的復雜性，需要大量技術同時使用，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此，應加強電網(wǎng)技術和通信技術、計算機技術的融合，提升電網(wǎng)的感知能力和控制精度，完善在電源側、電網(wǎng)側、負荷側的管理工作，加強對其他輔助市場的構建，為電力系統(tǒng)的轉型創(chuàng)造良好條件，實現(xiàn)雙碳目標。■