郭剑波：《“双碳”目标下新型电力系统应具有的特征》
作者：郭剑波（中国工程院院士，中国电力科学研究院名誉院长）
近平总书记在中央财经委第九次会议上提出构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。这一重大部署在业内引发了广泛思考，对我国能源电力转型发展具有重要的指导意义。实现“双碳”目标、构建新型电力系统是极具前瞻性、开创性的战略挑战和系统工程，将对电力系统运行调控机制、政策法规机制、电价市场机制及技术研发与创新等方面提出若干挑战，亟须凝聚行业内外各方力量，针对基础理论机制和重大核心技术开展系统性的深入研究，统筹好发展与安全、存量与增量、短期与中长期、源网荷储各环节的关系，明确路径、形成合力、统筹推进，以新型电力系统的建设推进能源电力行业又一次根本性变革。“双碳”目标下新型电力系统应该具有以下特征：
一是表现为变流器与同步机混合发电系统
新型电力系统中，风、光等通过变流器并网接入的新能源电源将成为电量供应主体；水电、核电作为重要的非化石能源发电组成，煤电、气电配合CCUS实现近零排放，起到保供和调节作用。可见，传统同步电源仍将占有一定比例，新型电力系统将是一个变流器电源和传统同步电源混合发电的电力系统。
即使在新能源出力大于传统同步电源的发电场景，仍然存在频率、电压、功角以及宽频振荡等安全稳定问题。需要加强对系统认知和基础理论研究，加强标准体系建设，在设备研制和系统规划设计阶段考虑并网控制及系统支撑需求，提前布局。
二是表现为综合能源系统
电力在未来能源结构中占比不断提高、能源支柱定位不断加强，将形成以电网为枢纽平台的综合能源系统。电、热、冷、气等能源深度耦合，在工业、交通、建筑等领域实施电能替代，将实现多类型能源转化与互补，以及多种储能设备、用能负荷乃至于多系统间的协调配合，以提高能源系统的安全性、灵活性和综合利用效率。 但受制于电能无法大规模储存的特性，以及风、光一次能源的不确定性，电力系统面临长时间尺度上的平衡难题，存在能源供给安全风险。需要综合利用氢能、低碳利用的化石能源等多种供给形式，宜电则电、宜热则热、宜气则气，选择适宜的能源利用形式。
三是表现为弹性系统
电力是未来其他行业的基础能源，电力安全将成为能源安全的重要内涵和重要保障，电力系统将肩负更加重大的政治责任、经济责任和社会责任。电力系统必须建设成为具有一定恢复能力的弹性系统，即具有对极端事件的预防、抵御、响应以及快速恢复供电的能力。 但能源转型下电力系统的不确定性、开放性、复杂性增加，所要应对的极端事件增多，运行风险增大。需要建立风险管控机制，建立电力系统与社会系统、电力行业与其他行业的协防、协控机制；界定电力的安全属性和商品属性，加强构建“生命线工程”。
四是表现出信息物理社会系统特性
电力系统的网络化和信息化使信息系统和物理系统进一步融合，综合能源系统的开放性与多元化使其与人类社会活动和外部环境交织耦合，呈现出CPSS特性。
但受人类社会行为影响，其具有多利益主体关联、多环节/多过程耦合、多目标/多约束制衡等复杂因素；依靠信息和网络实现源、网、荷、储互动，网络终端多样、业务开放广泛、信息内容海量、网络暴露面广，信息和网络安全难度大。需要加强基础理论体系研究，完善仿真和分析手段，加强社会行为科学及其与能源电力系统相互作用研究，提升信息安全、网络安全。
五是呈现为复杂巨系统
新能源发电空间分布广、单体数量大、运行特性复杂。目前，国家电网经营区大型新能源场站超4000个、低压接入的分布式发电系统约170万个。其中，西北新能源场站超1500个，安控系统规模大、策略复杂，220千伏及以上安控装置达到1152套，单个场站安控策略定值超1000个。未来，全国集中式和分布式新能源发电单元将达数千万个，信号数量可达数十亿，以新能源为主体的新型电力系统是一个多时空尺度、多层级、多系统耦合的复杂巨系统。
但系统调度运行极其复杂，控制措施配置和实施难度极大，需要对系统进行结构化和规则化处理，通过分层分区、各种储能、电力市场等技术，解决不确定性出力与负荷间的时空不匹配问题，通过“大云物移智”等技术实现系统的可观、可知、可控。
作者介绍：
郭剑波：中国工程院院士，中国电力科学研究院原院长、新能源与储能运行控制国家重点实验室主任，教授级高级工程师、博士生导师，享受国务院政府特殊津贴。兼任中国电机工程学会第十二届理事会副理事长、国际电力研究交流组织（IERE）副主席、清华大学兼职教授。1984年获得中国电力科学研究院硕士学位，之后留在中国电力科学研究院工作，先后担任室主任、副所长、科技部主任、副总工程师、副院长、总工程师；2010年担任中国电力科学研究院院长。郭剑波院士长期从事电力系统分析与控制研究，在电网规划、提高电网安全稳定水平和输电能力及风电并网安全等方面成绩显著。国家973计划项目《提高大型互联电网运行可靠性的基础研究》首席科学家助理和国家发改委《电网安全稳定运行及控制技术研究》项目的负责人；曾为菲律宾、蒙古、马来西亚等国家和地区电力工业的发展提供技术咨询与支撑，为中国与亚太地区电网互联、技术交流、标准化工作做出了贡献。出版《智能电网与能源网融合技术》《电力系统复杂性理论初探》《大电网安全性评估的系统复杂性理论》等著作多部。先后获得国家科技进步一等奖1项、二等奖1项，何梁何利基金科学与技术进步奖1项，2018年荣获亚太工程组织联合会（FEIAP）年度工程师奖。
邀请老师演讲、授课请致电：19821197419 阎老师[微信同号]
免责声明：以上内容（包括文字、图片、视频）为用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。如涉及版权问题，请联系我们并提供版权证明，我们将立即删除！
