未來(lái)我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)將形成“風(fēng)光”領(lǐng)跑、多元協(xié)調(diào)的格局。預(yù)計(jì)2030年，風(fēng)能和太陽(yáng)能將合并成為第一大裝機(jī)主體，2045年合并發(fā)電量將超過(guò)火電成為第一發(fā)電量主體。常規(guī)水電、抽水蓄能在2045年將基本開(kāi)發(fā)完畢，規(guī)模約為6.9×108 kW;核電將在2050年達(dá)峰，規(guī)模約為2.3×108 kW;若將內(nèi)陸核電包含在內(nèi)，2060年將增長(zhǎng)至4×108 kW。根據(jù)國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司開(kāi)發(fā)的“電力系統(tǒng)碳中和路徑優(yōu)化程序”分析結(jié)果，我國(guó)非化石能源裝機(jī)占比將從2020年的46%提高到2030年的57%、2060年的88%(見(jiàn)圖2)。因此，穩(wěn)步推進(jìn)電源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型并構(gòu)建新型能源供應(yīng)體系，是保障新型電力系統(tǒng)在電源層面安全發(fā)展的首要措施。

圖2　各類型電源裝機(jī)容量(2020—2060年)

　　不宜簡(jiǎn)單“一刀切”地對(duì)待傳統(tǒng)能源發(fā)電，而需將之與新型能源實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展。煤炭是我國(guó)能夠自主可控、具有儲(chǔ)量?jī)?yōu)勢(shì)的一次能源類型，保留必要的煤電裝機(jī)容量，在新能源連續(xù)出力水平低的特殊條件下可起到兜底保障作用。合理預(yù)計(jì)，2030年我國(guó)煤電將達(dá)到峰值(裝機(jī)容量約為1.37×109 kW)，隨后進(jìn)入快速下降通道，從主體電源轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)性和保障性電源;與新能源發(fā)電優(yōu)化組合，平穩(wěn)有序地實(shí)現(xiàn)能源體系轉(zhuǎn)型。準(zhǔn)確界定煤電發(fā)展定位，發(fā)揮煤炭兜底保障與戰(zhàn)略資源作用，以有效降低高比例新能源接入系統(tǒng)的保供壓力，支持化石能源發(fā)電逐步轉(zhuǎn)型為系統(tǒng)調(diào)節(jié)性和基礎(chǔ)保障性電源。這是保障新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的應(yīng)有之義。

　　燃?xì)獍l(fā)電具有靈活啟停、響應(yīng)迅速、可季節(jié)性調(diào)峰等優(yōu)勢(shì)，在近中期較煤電不具有成本優(yōu)勢(shì);但考慮碳排放+CCUS的應(yīng)用成本后，在遠(yuǎn)期的成本差距將顯著縮小。可突出天然氣與新能源適宜密切協(xié)同的特征，通過(guò)煤電 / 氣電優(yōu)化配置起到電力供應(yīng)安全的托底作用。

　　目前，我國(guó)電力系統(tǒng)的靈活性資源容量約為7.7×108 kW，未來(lái)隨著常規(guī)能源裝機(jī)量占比的持續(xù)下降，對(duì)靈活性資源的需求將逐步增加。靈活性資源預(yù)計(jì)2030年開(kāi)始由盈余轉(zhuǎn)為不足(缺口約為8.6×107 kW)，2060年的缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大。發(fā)展多元化的靈活性調(diào)節(jié)電源是實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

　　(二)從電網(wǎng)層面保障安全

　　我國(guó)幅員遼闊，不同地域的自然資源稟賦差異明顯。西部和北部地區(qū)的新能源裝機(jī)占比超過(guò)66%，而東中部地區(qū)的負(fù)荷比重長(zhǎng)期維持在60%左右，區(qū)域性的供需逆向分布格局凸顯。大容量、遠(yuǎn)距離輸電的基本需求長(zhǎng)期存在，跨省區(qū)輸電通道規(guī)模將由2020年的2.7×108 kW增長(zhǎng)到2060年的7×108 ~8×108 kW;跨省電網(wǎng)柔性共享和互濟(jì)的需求也將進(jìn)一步增加，未來(lái)省間潮流多為雙向輸送。

　　在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，電網(wǎng)受頻率約束導(dǎo)致對(duì)新能源的承載規(guī)模受限;未來(lái)“交流分區(qū)、直流成網(wǎng)、交 / 直流分網(wǎng)”將是電網(wǎng)發(fā)展極具潛力的模式。加強(qiáng)電網(wǎng)柔性互聯(lián)和互濟(jì)、提升新能源安全承載能力，是支撐新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的重要途徑。

　　為了實(shí)現(xiàn)不同能源體系內(nèi)部、相關(guān)能源體系之間的融合，需將電力安全防御系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、知識(shí)提取、決策支持等環(huán)節(jié)進(jìn)行拓展，覆蓋一次能源、環(huán)境、信息等系統(tǒng)?？紤]不同能源體系之間的交互影響以應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)外部狀態(tài)的不確定性，也是“雙碳”目標(biāo)下保障能源安全發(fā)展的必然要求。

　　(三)從負(fù)荷層面保障安全

　　在靈活性電源和柔性電網(wǎng)之外，需求側(cè)響應(yīng)也是保障電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)與安全運(yùn)行的重要資源。未來(lái)電力系統(tǒng)負(fù)荷彈性化的趨勢(shì)更為明顯，分布式電源占比持續(xù)提高(如光伏發(fā)電的可開(kāi)發(fā)容量為3.7×109 kW)，越來(lái)越多的用戶成為“產(chǎn)消者”。負(fù)荷聚合商快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2030年、2060年的需求側(cè)響應(yīng)分別可達(dá)1.2×108 kW、3.5×108 kW，各占最大負(fù)荷的7%、15%。

　　隨著數(shù)字化水平的提升，未來(lái)可控負(fù)荷發(fā)展空間極大。在我國(guó)部分地區(qū)，空調(diào)負(fù)荷在夏季尖峰負(fù)荷中的占比甚至超過(guò)40%;商業(yè)空調(diào)的可調(diào)節(jié)性更強(qiáng)，在主流溫度區(qū)間每調(diào)高1 ℃可降低用電負(fù)荷約10%。預(yù)計(jì)2030年、2060年我國(guó)電動(dòng)汽車用電分別占社會(huì)用電量的3.5%、11.5%，2030年電動(dòng)汽車有序充電以及電動(dòng)汽車給電網(wǎng)送電方式的理論調(diào)峰潛力約為6×107 kW，相當(dāng)于三峽工程裝機(jī)容量的3倍，約占整個(gè)電網(wǎng)最大負(fù)荷的3.3%。預(yù)計(jì)2030年我國(guó)數(shù)據(jù)中心用電量占社會(huì)總用電量的5%，需通過(guò)“東數(shù)西算”工程來(lái)顯著改善綠色能源使用比例，緩解資源與負(fù)荷的時(shí)空矛盾。也要注意到，網(wǎng)絡(luò)惡意攻擊等手段可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)中的設(shè)備和過(guò)程失去控制，需針對(duì)突發(fā)情況提升電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全防御能力，切實(shí)支撐供需雙向互動(dòng)。

　　(四)從儲(chǔ)能層面保障安全

　　推動(dòng)多形式儲(chǔ)能發(fā)展，提升供應(yīng)鏈安全保障水平，支撐電力電量的時(shí)空平衡。在當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，以抽水蓄能為主體的儲(chǔ)能技術(shù)可滿足日內(nèi)平衡需求，抽水蓄能裝機(jī)容量將持續(xù)增長(zhǎng);以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能容量快速增加，伴隨大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，將實(shí)現(xiàn)日以上的平衡調(diào)節(jié)。預(yù)計(jì)2030年抽水蓄能裝機(jī)容量為1.2×108 kW，新型儲(chǔ)能容量為1×108 kW;2060年抽水蓄能的裝機(jī)容量約為4.5×108 kW，新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量約為3×108 kW;在中長(zhǎng)期，氫能將發(fā)揮長(zhǎng)時(shí)段儲(chǔ)能作用，2040年、2060年電解水制氫可分別實(shí)現(xiàn)8×1011 kW·h、2.4×1012 kW·h的電量轉(zhuǎn)移，未來(lái)電制氫可作為跨季平衡模式。

　　在極端氣象條件下，新能源電力供給與短期負(fù)荷高峰之間的供需不平衡被進(jìn)一步放大，未來(lái)高比例新能源接入的新型電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)峰缺口的彌補(bǔ)需求也將顯著增長(zhǎng)。2030年前，抽水蓄能作為最具經(jīng)濟(jì)性和可靠性的儲(chǔ)能形式得到推廣應(yīng)用，形成以抽水蓄能、靈活煤電及氣電為主要手段的調(diào)節(jié)形式。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，2030年后新型儲(chǔ)能(含氫能)與靈活煤電及氣電保持協(xié)調(diào)發(fā)展，可滿足系統(tǒng)調(diào)節(jié)的缺口需求。2040年后，抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能成為主力儲(chǔ)能形式。

　　未來(lái)20年，由于儲(chǔ)能電池應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，鋰資源的需求量甚至攀升至當(dāng)前的40倍。電動(dòng)汽車所需的銅材料是內(nèi)燃機(jī)汽車的4倍。因此，關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)鏈安全及成本問(wèn)題也成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的新增風(fēng)險(xiǎn)因素。

　　(五)從市場(chǎng)層面保障安全

　　新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要多層次的市場(chǎng)體系與機(jī)制，才能適應(yīng)新型電網(wǎng)形態(tài)和各類電源角色的轉(zhuǎn)變。構(gòu)建以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局，需要推進(jìn)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)，形成電力系統(tǒng)大范圍內(nèi)的共享互濟(jì)能力。以電力市場(chǎng)為載體，推動(dòng)電力資源在全國(guó)范圍內(nèi)的優(yōu)化配置，促進(jìn)新能源在更大范圍內(nèi)的充分消納并保持靈活資源的共享互濟(jì);健全調(diào)峰等輔助服務(wù)補(bǔ)償及跨省區(qū)交易機(jī)制，支持大范圍內(nèi)輸電通道安全運(yùn)行及調(diào)峰資源高效平穩(wěn)配置。構(gòu)建多層次的統(tǒng)一電力市場(chǎng)，逐步融合省間與省內(nèi)電力市場(chǎng)，便于各類市場(chǎng)主體通過(guò)分散資源聚合平臺(tái)等形式參與統(tǒng)一電力市場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)電力資源價(jià)格穩(wěn)定與大范圍安全交易，是充分發(fā)揮電網(wǎng)共享互濟(jì)功能、保障新型電力系統(tǒng)安全有序運(yùn)行的必要手段。

　　(六)從技術(shù)層面保障安全

　　著眼能源安全格局，為實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、市場(chǎng)等環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，需要攻克核心關(guān)鍵技術(shù)、探索前沿新興技術(shù)，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)筑牢科技支撐。重點(diǎn)研究新型電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)共性、戰(zhàn)略性、前沿性技術(shù)，新型高端裝備、系統(tǒng)、器件、新材料等方面的基礎(chǔ)理論，聚焦新能源“構(gòu)網(wǎng)”主動(dòng)支撐、大規(guī)模遠(yuǎn)距離新能源發(fā)電送出、儲(chǔ)能支撐電網(wǎng)安全運(yùn)行、源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源協(xié)調(diào)控制、新型電力系統(tǒng)仿真評(píng)估與故障防御等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建涵蓋源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、市場(chǎng)等要素的新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)體系，支持破解未來(lái)電力系統(tǒng)“安全保障、供應(yīng)可及、環(huán)境可持續(xù)”的矛盾三角。