踐行碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍。2021至2022年間，中國與能源相關(guān)的二氧化碳排放總量121億噸，占全世界總量的32.88%，其中電力部門是重要的碳排放部門，約占能源碳排放的40%。大力發(fā)展新能源已成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的一致共識(shí)。截至2022年年底，中國風(fēng)電、光伏裝機(jī)分別達(dá)到3.65億千瓦、3.93億千瓦，風(fēng)電、光伏發(fā)電量1.2 萬億千瓦時(shí)，約占總發(fā)電量的14%。未來，隨著風(fēng)電、光伏技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高，新能源的度電成本將全面低于傳統(tǒng)電源，發(fā)展勢頭持續(xù)強(qiáng)勁。然而，風(fēng)電、光伏發(fā)電固有資源屬性和并網(wǎng)特性與常規(guī)可控電源存在巨大差異，面臨諸多挑戰(zhàn)。從發(fā)電功率看，新能源基本屬于“靠天吃飯”，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和不可控性，難以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電源“以用定發(fā)”的基本功能。從系統(tǒng)支撐看，新能源采用電力電子裝置并網(wǎng)，對(duì)傳統(tǒng)交流同步電網(wǎng)電壓、頻率、慣量等支撐作用十分有限。圍繞火電、水電等常規(guī)電源建立起來的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)已無法適應(yīng)規(guī)模越來越大的新能源，新型電力系統(tǒng)建設(shè)迫在眉睫。鑒于此，本文構(gòu)建了一個(gè)新型電力系統(tǒng)分析框架，通過多學(xué)科綜合分析的視角，剖析了新型電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行機(jī)制。基于該框架，可以初步診斷新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中遇到的各種問題，并尋找可能的解決方案。
01構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的必要性
就傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言，其采取的生產(chǎn)組織模式是“源隨荷動(dòng)”，即發(fā)電跟著用電走。在發(fā)電側(cè)，常規(guī)發(fā)電機(jī)組，比如火電，是可以進(jìn)行精準(zhǔn)控制的；在用電側(cè)，用戶的用電行為亦可通過經(jīng)驗(yàn)積累和大數(shù)據(jù)分析等做出一個(gè)比較準(zhǔn)確的預(yù)測。據(jù)測算，雙碳目標(biāo)下，2030年中國風(fēng)電、光伏裝機(jī)量可能突破18億千瓦，發(fā)電量占比將超過25%。2060年風(fēng)光裝機(jī)量將超過60億千瓦，發(fā)電量占比將超過70%。由于風(fēng)光新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和間歇性的特征，高比例接入新能源將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特征和機(jī)理，從根本上改變了“源隨荷動(dòng)”的運(yùn)行模式。首先，在發(fā)電側(cè)，新能源的間歇性和波動(dòng)性使得其發(fā)電出力無法按需控制。其次，在用電側(cè)，大量分布式新能源接入后，用電負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確性下降。這意味著，無論是發(fā)電側(cè)還是用戶側(cè)都正在變得不可控。再者，新能源本質(zhì)上是電力電子設(shè)備，不具備傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，本身抗擾動(dòng)性能就差，而整個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降后，全系統(tǒng)抗故障沖擊的能力也大大降低。由于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)無法應(yīng)對(duì)高比例新能源、高比例電力電子設(shè)備和低系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量帶來的挑戰(zhàn)，為了確保雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，必須構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。對(duì)此，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)在于2021年3月15日召開的第九次會(huì)議上也指出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期；要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
02不同學(xué)科對(duì)新型電力系統(tǒng)的解讀
圍繞“如何構(gòu)建新型電力系統(tǒng)？”這一問題，不同領(lǐng)域的專家開展了深入討論。經(jīng)濟(jì)社會(huì)領(lǐng)域的專家強(qiáng)調(diào)新型電力系統(tǒng)要納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色低碳轉(zhuǎn)型的全局來分析，并關(guān)注轉(zhuǎn)型的成本及其帶來的公平和效率問題。氣候、生態(tài)和環(huán)境領(lǐng)域的專家關(guān)心風(fēng)能、太陽能等可再生能源如何更好地接入電網(wǎng)，以及大規(guī)模風(fēng)能、太陽能開發(fā)帶來的氣候、生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)。能源電力領(lǐng)域的專家強(qiáng)調(diào)應(yīng)加快關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，以更好支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。這些技術(shù)包括高效率高安全大容量儲(chǔ)能、氫能及燃料電池，高效率光伏發(fā)電材料，新型絕緣材料、超導(dǎo)材料，寬禁帶電力電子器件，碳捕獲、利用與封存（CCUS），高效率低成本新能源發(fā)電，大規(guī)模海上風(fēng)電，虛擬電廠，源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行，主動(dòng)需求響應(yīng)，綜合能源系統(tǒng)等。管理領(lǐng)域的專家認(rèn)為現(xiàn)有能源體制機(jī)制與新型電力系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)不相符，應(yīng)加快能源體制的市場化改革，使市場機(jī)制成為能源領(lǐng)域的主要資源配置方式。金融領(lǐng)域的專家建議完善綠色金融體系，建立更加強(qiáng)有力的綠色金融激勵(lì)機(jī)制，以更好服務(wù)新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
03新型電力系統(tǒng)的多學(xué)科分析框架
新型電力系統(tǒng)的內(nèi)核是能源—經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，但其外延又涉及社會(huì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的諸多方面。從這個(gè)意義上講，它屬于社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)的一部分。2009年，美國著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家、諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者Elinor Ostrom教授，為綜合多學(xué)科理論理解社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性提供了統(tǒng)一的分析平臺(tái)。Ostrom教授認(rèn)為一個(gè)典型社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)由資源系統(tǒng)、資源單位、管理系統(tǒng)和用戶4個(gè)核心子系統(tǒng)組成。社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)存在于一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治背景中，4個(gè)子系統(tǒng)之間相互影響，子系統(tǒng)相互作用的結(jié)果與關(guān)聯(lián)生態(tài)系統(tǒng)之間有反饋關(guān)系。目前該框架已廣泛應(yīng)用于解決全球或區(qū)域性的森林、草原、漁業(yè)、水資源乃至氣候等資源和環(huán)境管理問題。
新型電力系統(tǒng)建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。系統(tǒng)建設(shè)過程中需統(tǒng)籌考慮能源安全、氣候安全、生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)增長、技術(shù)進(jìn)步、社會(huì)成本等諸多要素。準(zhǔn)確剖析新型電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征難以通過單一學(xué)科實(shí)現(xiàn)，需要多學(xué)科的融合。不同學(xué)科的理論和模型側(cè)重于分析新型電力系統(tǒng)的不同側(cè)面，學(xué)科之間的交叉有助于更好描繪新型電力系統(tǒng)的全貌。本文借鑒Ostrom教授提出的社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展分析框架，通過多學(xué)科綜合分析的視角，剖析新型電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行機(jī)制。
我們認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)包含資源系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)、電網(wǎng)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、金融系統(tǒng)和用戶6個(gè)子系統(tǒng)。資源系統(tǒng)包括風(fēng)能、太陽能、水能、核能等非化石能源和煤炭、石油、天然氣等化石能源，該系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)以風(fēng)能、太陽能等新能源為主；技術(shù)系統(tǒng)包括風(fēng)能利用技術(shù)、太陽能利用技術(shù)、儲(chǔ)能等；電網(wǎng)系統(tǒng)包括電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施及其調(diào)節(jié)控制能力；管理系統(tǒng)指能源電力管理部門及其制定的相關(guān)政策；金融系統(tǒng)指金融機(jī)構(gòu)及其提供的金融產(chǎn)品和服務(wù)；用戶是能源電力消費(fèi)者。新型電力系統(tǒng)的提出與全球氣候危機(jī)與氣候治理、地緣政治格局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、技術(shù)進(jìn)步趨勢等宏觀社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治背景密切相關(guān)。構(gòu)成新型電力系統(tǒng)的6個(gè)子系統(tǒng)之間相互影響，其相互作用的結(jié)果與氣候系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等關(guān)聯(lián)能源—經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間存在反饋關(guān)系。
新型電力系統(tǒng)的分析框架為我們提供了一個(gè)語言體系，我們可以利用該語言體系對(duì)新型電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行解構(gòu)分析。進(jìn)一步給出了構(gòu)成6個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)鍵二級(jí)變量。仔細(xì)剖析這些二級(jí)變量的結(jié)構(gòu)和功能特征可以幫助我們更好地診斷新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中遇到的各種問題，并尋找可能的解決方案。
一、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與政治背景
2022年全球平均氣溫比工業(yè)化前（1850—1900年）水平高出了1.15（±0.1）℃，已接近《巴黎協(xié)定》尋求避免的升溫下限（即1.5℃目標(biāo)） 。全球溫升一旦突破《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)，氣候系統(tǒng)將不可逆地加速升溫。氣候破壞是全球環(huán)境危機(jī)的放大器和倍增器。由于氣候環(huán)境與能源資源、健康貧困等問題緊密聯(lián)系、復(fù)雜交織，氣候危機(jī)很可能引發(fā)新的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，并加劇和放大已經(jīng)存在的各類風(fēng)險(xiǎn)。
全球氣候危機(jī)的根源在于人類過度依賴高碳的化石能源。為應(yīng)對(duì)危機(jī)，全球低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程正逐步加快。截至2021年4月底，全球超過130個(gè)國家和地區(qū)設(shè)定了碳中和或“凈零排放”有關(guān)的目標(biāo)。中國承諾在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和；歐盟承諾到2050年成為首個(gè)氣候中和大陸；美國重返《巴黎協(xié)定》，并承諾2050年實(shí)現(xiàn)“凈零排放”。這意味著，占全球二氧化碳排放量65%以上和世界經(jīng)濟(jì)70%以上的國家都做出了雄心勃勃的碳中和承諾。對(duì)于各國來說，實(shí)現(xiàn)碳中和意味發(fā)展模式的全方位改變，擺脫工業(yè)化時(shí)期的資源依賴?yán)砟?，走向技術(shù)依賴的可持續(xù)發(fā)展道路。作為一項(xiàng)重大的“技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)”領(lǐng)域變革，碳中和對(duì)全球政治經(jīng)濟(jì)已經(jīng)產(chǎn)生重大影響，勢必重塑全球地緣政治格局和經(jīng)濟(jì)貿(mào)易格局。
過去十年，全球新能源開發(fā)利用的技術(shù)成本大幅下降，為能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。期間，中國陸上風(fēng)電和光伏發(fā)電項(xiàng)目單位千瓦平均造價(jià)分別下降了30%和75%左右。2021年，我國陸上風(fēng)電和光伏發(fā)電已全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，不再依靠國家補(bǔ)貼。根據(jù)國際可再生能源署預(yù)測，2030年全球光伏發(fā)電、光熱發(fā)電、陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電的平準(zhǔn)化度電成本將比2018年分別下降58%、35%、55%和25% 。
金融市場對(duì)新能源發(fā)展前景十分看好。2010—2019年，美國市場交易的可再生能源股票總回報(bào)率為200.3%，化石燃料股票總回報(bào)率為97.2%。2020年，美國金融市場對(duì)化石能源的評(píng)級(jí)繼續(xù)下調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)普爾指數(shù)中化石-燃料能源份額從10年前的13%跌至如今的3% 以下。相比之下，投資者正將大量資金投向可再生能源類股票，標(biāo)準(zhǔn)普爾清潔能源指數(shù) （S&P clean energy）在年內(nèi)上漲了138% 。2022年，全球用于能源轉(zhuǎn)型的投資（包括可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能、碳捕集、氫、運(yùn)輸電氣化、可持續(xù)材料等）增加了31%，達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的1.1萬億美元，首次與用于化石燃料的投資（包括上游、中游、下游和化石能源發(fā)電）持平。
二、資源系統(tǒng)
新型電力系統(tǒng)的核心特征是風(fēng)光新能源將成為電力供應(yīng)的主體。那么，中國的風(fēng)光資源能否支撐能源轉(zhuǎn)型或新型電力系統(tǒng)建設(shè)呢？從資源稟賦上看，中國可再生能源尤其是風(fēng)能、太陽能資源的開發(fā)潛力巨大。中國陸上100米高度風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量為86.9億千瓦，近海100米高度離岸200km范圍內(nèi)風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量為22.5億千瓦；陸上光伏發(fā)電的技術(shù)開發(fā)量約456.1億千瓦。新能源資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)大于碳中和目標(biāo)下的風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)需求。然而與傳統(tǒng)能源相比，新能源最大的特點(diǎn)就是間歇性和波動(dòng)性。其大規(guī)模接入電網(wǎng)勢必會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)這一問題，氣象和電力領(lǐng)域的專家們經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)：連接更大區(qū)域的風(fēng)電場和光伏電站可以有效“平滑”風(fēng)電、光伏發(fā)電的波動(dòng)性；優(yōu)化風(fēng)電和光伏發(fā)電的組合方式，可以提高風(fēng)光耦合發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性7。也就是說，風(fēng)光資源時(shí)空互補(bǔ)可以在很大程度上解決單一能源在局地尺度上的間歇性和波動(dòng)性。另一方面，與傳統(tǒng)化石能源相比，風(fēng)能太陽能資源的可預(yù)測性低且不易存儲(chǔ)。這在一定程度上會(huì)增加新能源開發(fā)利用的系統(tǒng)成本。在中國，風(fēng)能太陽能資源的地理分布與電力負(fù)荷分布不匹配。新能源的大規(guī)模消納亟需構(gòu)建風(fēng)光資源優(yōu)化配置平臺(tái)，加大跨區(qū)輸送力度。
三、技術(shù)系統(tǒng)
當(dāng)前，世界主要國家和地區(qū)均將發(fā)展新能源視為引領(lǐng)新一輪能源轉(zhuǎn)型以及科技創(chuàng)新的重要突破口。新能源技術(shù)正以前所未有的速度加快迭代，。過去幾年，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)機(jī)組大型化趨勢，風(fēng)輪直徑不斷增加，輪轂高度逐漸升高。根據(jù)中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年，中國新增裝機(jī)的風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為4490kW，其中，陸上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為4294kW，海上風(fēng)電機(jī)組平均單機(jī)容量為7420kW。當(dāng)前，陸上最大單機(jī)容量達(dá)到8兆瓦級(jí)別以上，5兆瓦及以上單機(jī)容量成為主流機(jī)型；海上單機(jī)容量達(dá)到18兆瓦級(jí)別以上，6兆瓦及以上單機(jī)容量成為主流機(jī)型；大功率齒輪箱和百米級(jí)葉片等部件技術(shù)持續(xù)突破，葉片最長達(dá)126米；風(fēng)電裝備制造能力持續(xù)進(jìn)步。光伏發(fā)電方面，中國晶硅電池片轉(zhuǎn)換效率處于世界領(lǐng)先水平。2022 年，中國規(guī)?；a(chǎn)的PERC-P 型單晶電池的平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.2%，采用PERC-P 的黑硅多晶電池片轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.1%，n 型TOPCon 電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.5%，異質(zhì)結(jié)電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.6%。預(yù)計(jì)2030年鈣鈦礦技術(shù)有望帶動(dòng)組件效率提升到35%。光熱發(fā)電作為一種高品質(zhì)的清潔電力，可實(shí)現(xiàn)全天24小時(shí)穩(wěn)定持續(xù)發(fā)電，具有電力輸出穩(wěn)定可靠、調(diào)節(jié)靈活等特性，能夠承擔(dān)電網(wǎng)基荷和調(diào)峰職能，降低新型電力系統(tǒng)對(duì)大儲(chǔ)能容量的要求。但光熱發(fā)電還需進(jìn)一步降低成本。風(fēng)能太陽能是“靠天吃飯”的資源，提高風(fēng)光預(yù)測準(zhǔn)確性，有助于更好掌控電源出力。儲(chǔ)能，包括抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能是解決新能源發(fā)電不穩(wěn)定的最主要工具。預(yù)計(jì)“十五五”中后期，新能源+儲(chǔ)能的成本大概率將低于燃煤標(biāo)桿成本。另外，電解水制氫亦可解決困擾風(fēng)能和太陽能的間歇性問題。預(yù)計(jì)未來綠氫作為二次能源，將成為長途卡車、貨船和飛機(jī)的重要燃料。目前，中國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，靈活調(diào)節(jié)電源比重僅為6%，而美國、德國、西班牙等國家靈活調(diào)節(jié)電源比重分別為47%、19%和31%，這意味著“十四五”電源建設(shè)需要重點(diǎn)考慮靈活調(diào)節(jié)電源的配置。另一方面，中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已逐步由中低端向中高端轉(zhuǎn)換，第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電占比穩(wěn)步提升，高溫或嚴(yán)寒天氣對(duì)電力需求的影響快速加大，負(fù)荷峰谷差將隨之?dāng)U大。上述諸多因素都要求建設(shè)更多的靈活調(diào)節(jié)電源。
四、電網(wǎng)系統(tǒng)
新能源的間歇性和波動(dòng)性特征要求電網(wǎng)更好地發(fā)揮資源優(yōu)化配置平臺(tái)的作用。加大跨區(qū)電網(wǎng)通道建設(shè)有助于更好地利用風(fēng)光資源時(shí)空互補(bǔ)性，使新能源出力更加“平滑”。大電網(wǎng)柔性互聯(lián)可以促進(jìn)資源互濟(jì)共享能力進(jìn)一步提升，“跨省區(qū)主干電網(wǎng)﹢中小型區(qū)域電網(wǎng)﹢配網(wǎng)及微網(wǎng)”的柔性互聯(lián)形態(tài)和數(shù)字化調(diào)控技術(shù)將使電網(wǎng)更加靈活可控，實(shí)現(xiàn)新能源按資源稟賦因地制宜廣泛接入電網(wǎng)；配電網(wǎng)將呈現(xiàn)交直流混合柔性電網(wǎng)與有源微電網(wǎng)等多種形式協(xié)同發(fā)展態(tài)勢，具備更高的靈活性與主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)多元化源荷的開放接入和雙向互動(dòng)，促進(jìn)分布式新能源高效就地消納。新能源大規(guī)模接入后，電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)數(shù)字與物理系統(tǒng)深度融合的特征。新型電力系統(tǒng)建設(shè)將以數(shù)據(jù)作為核心生產(chǎn)要素，打通源網(wǎng)荷儲(chǔ)各環(huán)節(jié)，發(fā)電側(cè)實(shí)現(xiàn)“全面可觀、精確可測、高度可控”，電網(wǎng)側(cè)形成云邊融合的調(diào)控體系，用電側(cè)有效聚合海量可調(diào)節(jié)資源支撐實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，通過海量信息數(shù)據(jù)分析和高性能計(jì)算技術(shù)，使電網(wǎng)具備超強(qiáng)感知能力、智慧決策能力和快速執(zhí)行能力。為提升能源的綜合利用效率，新型電力系統(tǒng)可在數(shù)字電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過多能互補(bǔ)，形成能源互聯(lián)網(wǎng)，為高比例新能源接入系統(tǒng)的調(diào)度控制、運(yùn)行優(yōu)化和市場化運(yùn)作提供有力支撐，并進(jìn)一步拓展為用戶提供綜合能源服務(wù)的功能。
五、管理系統(tǒng)
預(yù)計(jì)，2060年，中國風(fēng)電、太陽能裝機(jī)容量將超過60億千瓦 ，是當(dāng)前裝機(jī)容量的約8倍。如此大規(guī)模的開發(fā)利用，究竟該如何規(guī)劃布局，管理部門需要從戰(zhàn)略高度提前謀劃?，F(xiàn)階段，在中國中東南部地區(qū)，土地已成為制約新能源發(fā)展的大問題。新能源開發(fā)利用與“三區(qū)三線”（生態(tài)空間、農(nóng)業(yè)空間和城鎮(zhèn)空間，生態(tài)保護(hù)紅線、永久基本農(nóng)田保護(hù)線、城鎮(zhèn)開發(fā)邊界線）之間的矛盾愈加激烈。統(tǒng)籌協(xié)調(diào)國土空間規(guī)劃、生態(tài)功能區(qū)規(guī)劃、城市用地規(guī)劃和能源電力規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)“多規(guī)合一”，是解決新能源用地的重要途徑（M。未來新能源的快速增長，需要大幅簡化開發(fā)審批流程，才能如期實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。在新型電力系統(tǒng)中，由于新能源出力和需求的波動(dòng)特性，要求建立高時(shí)空分辨率的價(jià)格體系與調(diào)度運(yùn)行體系。同時(shí)，電力部門需進(jìn)行市場化改革，特別是建立實(shí)時(shí)市場，使價(jià)格能夠?qū)崟r(shí)反映供需狀況。另外，必要的監(jiān)督懲罰機(jī)制也不可或缺。一個(gè)典型的例子就是嚴(yán)格執(zhí)行可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重引導(dǎo)機(jī)制。按照目標(biāo)導(dǎo)向和責(zé)任共擔(dān)原則，制定發(fā)布各省級(jí)行政區(qū)域可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，引導(dǎo)各省級(jí)能源主管部門依據(jù)本區(qū)域非水電消納責(zé)任權(quán)重，積極推動(dòng)本省（區(qū)、市）風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)和跨省區(qū)電力交易。
六、金融系統(tǒng)
在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，綠色金融可發(fā)揮“加速器”的作用。據(jù)測算，實(shí)現(xiàn)碳中和中國大約需140萬億元的綠色投資。就電力行業(yè)而言，在未來40年需要接近70萬億元的投資。綠色金融跟傳統(tǒng)金融最大的區(qū)別在于需要解決超時(shí)空的外部性問題，單純靠市場力量無法將資源進(jìn)行有效配置，因此，市場需要監(jiān)管部門給出指引，比如哪些行業(yè)、哪些業(yè)務(wù)是符合綠色金融標(biāo)準(zhǔn)，是可以進(jìn)行投資的，綠色標(biāo)準(zhǔn)的制定是綠色金融發(fā)展必不可少的前提條件。這要求金融部門加強(qiáng)信息披露，企業(yè)的碳排放和碳足跡應(yīng)成為披露的基本要求。積極開發(fā)支持能源和電力行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型所需的金融產(chǎn)品和服務(wù)，如轉(zhuǎn)型貸款、綠色債券、綠色股票市場、綠色保險(xiǎn)、綠色基金等。強(qiáng)化碳市場在碳減排和配置綠色金融資源中的作用。引入碳金融衍生品交易機(jī)制，推動(dòng)碳價(jià)格充分反映風(fēng)險(xiǎn)，最大化發(fā)揮碳價(jià)格的激勵(lì)約束作用。
七、用戶
新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要用戶的積極參與。用戶的參與程度受諸多因素影響。這些因素包括：用戶自身的社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性（如性別、年齡、教育水平、經(jīng)濟(jì)狀況等），用戶對(duì)氣候變化和碳中和的認(rèn)知，用戶所在的機(jī)構(gòu)、團(tuán)體或社會(huì)群體對(duì)綠色電力的選擇，用戶使用綠色電力的便捷程度及可能獲得的收益（包括有形收益，如金錢；無形收益，如名譽(yù)）（U4和U5）等 。另外，用戶還可以通過調(diào)整自身的用能行為參與到需求響應(yīng)之中。例如，在用電負(fù)荷高峰時(shí)，減少或者推遲某時(shí)段的用能行為以響應(yīng)電力供應(yīng)，保障電網(wǎng)安全。
八、相互作用與結(jié)果
新型電力系統(tǒng)的不同子系統(tǒng)之間存在相互作用，其相互作用的結(jié)果是在確保安全性和經(jīng)濟(jì)性的前提下使電力系統(tǒng)更加低碳。從低碳的角度講，為消納更多的波動(dòng)性新能源，我們首先要科學(xué)認(rèn)識(shí)新能源的時(shí)空變化特征，并在發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)、用電側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)協(xié)同發(fā)力，提高整個(gè)系統(tǒng)的靈活性。從安全性的角度講，由于風(fēng)光發(fā)電具有“靠天吃飯”的特征，其應(yīng)對(duì)極端天氣的能力相對(duì)較差。為解決這一問題，我們首先要對(duì)新能源供給能力做深入定量分析，以摸清極端天氣對(duì)不同地區(qū)的新能源出力的影響程度和持續(xù)時(shí)間。在對(duì)這一問題充分認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，再去制定相關(guān)的技術(shù)或市場的解決方案。比如，究竟要不要發(fā)展跨季節(jié)的儲(chǔ)能，電網(wǎng)通道如何規(guī)劃建設(shè)，互聯(lián)互通的空間范圍到底需要多大等等。從經(jīng)濟(jì)性的角度講，現(xiàn)階段新能源的大規(guī)模接入，會(huì)在一定程度上增加系統(tǒng)成本。但是，未來隨著技術(shù)進(jìn)步，新能源的開發(fā)利用成本將進(jìn)一步下降。另外，隨著碳金融和碳市場的建立和完善，化石能源的使用成本將進(jìn)一步上升，資本和金融亦會(huì)越來越多地投向新能源。“資本—技術(shù)”的正反饋效應(yīng)會(huì)加快新能源利用成本下降的速度。這樣一來，全社會(huì)的用電成本也會(huì)下降。
九、關(guān)聯(lián)能源—經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)
新型電力系統(tǒng)并不是獨(dú)立存在的，它與關(guān)聯(lián)能源—經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間存在反饋關(guān)系。例如，新型電力系統(tǒng)在一定程度上是天氣和氣候資源依賴型的電力系統(tǒng)。在全球氣候變暖背景下，極端天氣氣候事件頻發(fā)會(huì)增大系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，而新型電力系統(tǒng)的建設(shè)會(huì)在很大程度上減緩氣候變化。此外，隨著全社會(huì)用電成本的下降，電動(dòng)汽車的滲透率將逐步增加。而電動(dòng)汽車又可視為“移動(dòng)的儲(chǔ)能”，若成千上萬的電動(dòng)汽車在用電低谷時(shí)充電，在用電高峰時(shí)放電，將極大促進(jìn)新能源消納，并提高電力系統(tǒng)安全等級(jí)。
04結(jié)語
如何構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一道世界難題，其求解需借助氣象學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、能源和電力等多學(xué)科的知識(shí)。本文構(gòu)建了一個(gè)新型電力系統(tǒng)分析框架，通過多學(xué)科綜合分析的視角，初步剖析了新型電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和運(yùn)行機(jī)制?；谠摽蚣?，研究識(shí)別了影響新型電力系統(tǒng)建設(shè)和安全高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的幾十個(gè)二級(jí)變量，并逐一分析了這些變量對(duì)系統(tǒng)的可能影響和作用方式。依據(jù)該框架，我們可以初步診斷新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中遇到的各種問題及可能的解決方案。參與新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的不同行為主體亦可在其中找到自身的發(fā)力點(diǎn)，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行貢獻(xiàn)力量。當(dāng)然該框架并不完美，目前的分析還停留在二級(jí)變量層面，對(duì)更低一級(jí)的變量還未開展深入討論。另外，框架對(duì)各變量的分析以定性為主，未來還需建立一套具體的、可供量化的評(píng)估模型和技術(shù)指標(biāo)。
原標(biāo)題：國家氣候中心王陽：面向新型電力系統(tǒng)的多學(xué)科分析
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