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新能源發(fā)展迅猛，為電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-05-27

1、雙碳背景下清潔能源占比不斷提升，電力供需波動(dòng)性加強(qiáng)

從發(fā)電量結(jié)構(gòu)來看，我國新能源發(fā)電量占比持續(xù)提升。2023 年我國發(fā)電量達(dá)到89091億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng) 6.2%，在電動(dòng)化和智能化趨勢(shì)下保持較高增速。其中，煤炭作為主力能源發(fā)電量為 62318 億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng) 6.5%，約為我國全社會(huì)發(fā)電量的69.9%；水力發(fā)電量排第二，產(chǎn)生的電力為 11409 億千瓦時(shí)，受夏季干旱影響下滑5.1%，占比12.8%；核電較為穩(wěn)定，發(fā)電量 4333 億千瓦時(shí)，占比 4.9%；

新能源增速迅猛，在我國發(fā)電占比中迅速提升，光伏發(fā)電量 2940 億千瓦時(shí)，占比 3.3%，同比增長(zhǎng) 28.4%，風(fēng)電發(fā)電量8091 億千瓦時(shí)，占比9.1%，同比增長(zhǎng) 17.8%。整體來看，火電仍是我國的主力能源，但新能源發(fā)電量增速迅猛，在我國發(fā)電量的占比持續(xù)提升。

從發(fā)電裝機(jī)容量結(jié)構(gòu)來看，新能源裝機(jī)容量保持較高增速。2023 年我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 29.19 億千瓦，同比增長(zhǎng) 6.2%，在電動(dòng)化和智能化趨勢(shì)下保持較高增速。

其中，火電累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量為 13.90 億千瓦，占比 47.6%，仍然是最主要的發(fā)電形式，但呈現(xiàn)逐年下滑的態(tài)勢(shì)；水電累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量為 4.22 億千瓦，占比 14.4%；核電累計(jì)裝機(jī)容量為5.69億千瓦，占比 1.9%；新能源繼續(xù)保持較高增速，在我國發(fā)電裝機(jī)容量占比中迅速提升，光伏累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量 6.09 億千瓦，占比 20.9%，同比增長(zhǎng) 55.2%，風(fēng)電累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量4.41億千瓦，占比 15.1%，同比增長(zhǎng) 20.7%。

從發(fā)電量及裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來看，我國正在向“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的目標(biāo)邁進(jìn)，但新能源的高比例接入也會(huì)帶來一些挑戰(zhàn)。

1）影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，給電力電量平衡帶來挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)是需要時(shí)刻保持平衡穩(wěn)定的，大量新能源并網(wǎng)發(fā)電造成新能源裝機(jī)容量比例在電網(wǎng)中不斷增大，但光伏、風(fēng)電等新能源具有波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性等特性，不能穩(wěn)定出力，容易導(dǎo)致短時(shí)間的電力不平衡，另外新能源發(fā)電與用電季節(jié)性不匹配，存在季節(jié)性電量平衡難題。

此外新能源發(fā)電的波動(dòng)性造成大規(guī)模的接入電網(wǎng)后電壓出現(xiàn)波動(dòng)或者善變現(xiàn)象，還會(huì)影響系統(tǒng)的潮流分布。未來，新能源大規(guī)模高比例發(fā)展要求系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力快速提升，但調(diào)節(jié)性資源建設(shè)面臨諸多約束，區(qū)域性新能源高效消納風(fēng)險(xiǎn)增大，制約新能源高效利用。

2）高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備的接入影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，影響系統(tǒng)安全的穩(wěn)定性。相比于同步發(fā)電機(jī)主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，“雙高”電力系統(tǒng)低慣量、低阻尼、弱電壓支撐等特征明顯，且我國電網(wǎng)呈現(xiàn)交直流送受端強(qiáng)耦合、電壓層級(jí)復(fù)雜的電網(wǎng)形態(tài)，送受端電網(wǎng)之間、高低壓層級(jí)電網(wǎng)之間協(xié)調(diào)難度大，故障后易引發(fā)連鎖反應(yīng)。

中東部地區(qū)多條直流集中饋入，本地電源支撐能力弱，電壓頻率穩(wěn)定問題嚴(yán)峻，同時(shí)形成多個(gè)密集通道，電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)突出。隨著高比例新能源、新型儲(chǔ)能、柔性直流輸電等電力技術(shù)快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，系統(tǒng)主體多元化、電網(wǎng)形態(tài)復(fù)雜化、運(yùn)行方式多樣化的特點(diǎn)愈發(fā)明顯，對(duì)電力系統(tǒng)安全、高效、優(yōu)化運(yùn)行提出了更大挑戰(zhàn)。

3）影響電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，帶來電力成本挑戰(zhàn)。新能源并網(wǎng)發(fā)電成本低于化石能源的燃燒成本，可以降低常規(guī)機(jī)組的運(yùn)行成本。但是為了應(yīng)對(duì)新能源出力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，系統(tǒng)需要預(yù)留一定的容量當(dāng)作備用，即旋轉(zhuǎn)備用容量，雖然可以增加新能源的接納能力，但會(huì)增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。為了保障電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡的輔助服務(wù)及相關(guān)設(shè)施建設(shè)將增加電源使用成本，還需要調(diào)節(jié)性、支撐性、保障性和靈活性資源以及新能源輸電通道方面的建設(shè)投入。

2、我國電源投資增速遠(yuǎn)高于電網(wǎng)投資，源網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展迫在眉睫

“十四五”以來電源投資增速大幅提升，到 2023 年電源投資已接近電網(wǎng)投資的一倍。“十二五”期間，我國逐年電網(wǎng)投資、電源投資額總體差距不大。2009 年我國電源投資完成額3803億，同期電網(wǎng)投資額 3898 億?！笆濉逼陂g電源投資增速有所放緩，直至2020年，電源投資重新抬頭，2020 年電源投資 5292 億，時(shí)隔多年超過 5000 億，并超過電網(wǎng)投資；2023年電源投資 9675 億，電網(wǎng)投資 5275 億，電源投資已接近電網(wǎng)投資的一倍。

電源投資以新能源為主，穩(wěn)定可控的傳統(tǒng)電源投資仍嚴(yán)重不足。2020 年至今電源投資的不斷放量主要由“雙碳”提出后，新能源迅猛發(fā)展導(dǎo)致，新能源投資額一直保持較高增速。但可控、可調(diào)、出力穩(wěn)定的傳統(tǒng)電源，如火電、水電、核電投資仍呈平穩(wěn)或下降趨勢(shì)。傳統(tǒng)電源，尤其是具備良好調(diào)節(jié)性能的靈活性電源投資，已經(jīng)長(zhǎng)期處于投資不足狀態(tài)。

在此背景下，我國提出了構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，為新時(shí)代能源電力發(fā)展提供了根本遵循。新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)多向協(xié)同、靈活互動(dòng)為堅(jiān)強(qiáng)支撐，以堅(jiān)強(qiáng)、智能、柔性電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新為基礎(chǔ)保障的新時(shí)代電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵載體。

新型電力系統(tǒng)具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清潔低碳是核心目標(biāo)，柔性靈活是重要支撐，智慧融合是基礎(chǔ)保障，共同構(gòu)建了新型電力系統(tǒng)的“四位一體”框架體系。