新中國成立以來，我國電力系統(tǒng)從小規(guī)模、分散式供電系統(tǒng)，逐步發(fā)展成為世界上輸送容量最大、輸電電壓等級最高、多區(qū)域電網(wǎng)交直流混聯(lián)的電力系統(tǒng)，電力裝機(jī)總?cè)萘俊⒎腔娫囱b機(jī)容量、遠(yuǎn)距離輸電能力、電網(wǎng)規(guī)模等指標(biāo)均穩(wěn)居世界第一，有力支撐了國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人民生活水平不斷提高的用電需要。與此同時(shí)，我國在發(fā)電及輸變電裝備制造、規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工建設(shè)、科研與標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行等方面建立了比較完備的電力工業(yè)體系。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代，我國能源行業(yè)正在全面貫徹落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，加快推動(dòng)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系建設(shè)。面向未來，為促進(jìn)大規(guī)模高比例新能源持續(xù)開發(fā)利用、提升復(fù)雜電力系統(tǒng)安全水平、應(yīng)對非傳統(tǒng)安全挑戰(zhàn)、適應(yīng)電力系統(tǒng)充分市場化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，亟待加快構(gòu)建新一代電力系統(tǒng)。
我國電力系統(tǒng)發(fā)展回顧
新中國成立初期，除東北采用220千伏/154千伏聯(lián)網(wǎng)、京津唐采用77千伏聯(lián)網(wǎng)外，我國電力系統(tǒng)主要形態(tài)是以大城市為中心的孤立電網(wǎng)，平均單機(jī)容量7000千瓦，全國電力裝機(jī)容量僅185萬千瓦，年發(fā)電量43億千瓦時(shí)。中小城市和農(nóng)村基本處于無電狀態(tài)。
改革開放以來，集資辦電等一系列政策實(shí)施極大地促進(jìn)了電力建設(shè)，帶動(dòng)我國電力系統(tǒng)快速發(fā)展。1981年長江上首座大型水電站葛洲壩水電站首臺機(jī)組投產(chǎn)。1989年我國首臺國產(chǎn)60萬千瓦機(jī)組在安徽平圩發(fā)電廠投產(chǎn)。1991年我國自行設(shè)計(jì)的首座壓水堆核電站浙江秦山核電站投產(chǎn)。1981年我國首條500千伏交流輸電通道河南平頂山至湖北武昌工程投產(chǎn)。1990年我國首條±500千伏直流輸電通道葛洲壩至上海工程投產(chǎn)。全國形成了東北、華北、西北、華中、華東等5個(gè)區(qū)域電網(wǎng)、南方聯(lián)營電網(wǎng)和10個(gè)獨(dú)立省區(qū)電網(wǎng)的電力系統(tǒng)格局。
進(jìn)入新世紀(jì)，我國啟動(dòng)電力體制改革，實(shí)施政企分開、廠網(wǎng)分離。與此同時(shí)，國家實(shí)施西部大開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略，大電源基地、大電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。2003年世界上規(guī)模最大的水電站三峽水電站首臺機(jī)組投產(chǎn)，單機(jī)容量達(dá)到70萬千瓦。2006年我國首臺百萬千瓦超超臨界火電機(jī)組在浙江玉環(huán)電廠投產(chǎn)。2009年我國首條1000千伏特高壓交流試驗(yàn)示范線路晉東南—荊門特高壓工程投產(chǎn)，首條特高壓直流通道云南至廣州±800千伏直流輸電工程單極投運(yùn)。2015年我國自主三代核電“華龍一號”首堆福清核電5號機(jī)開工建設(shè)。2019年世界上電壓等級最高、輸送容量最大的輸電通道新疆準(zhǔn)東至皖南±1100千伏直流輸電工程投產(chǎn)。截至目前，除中國臺灣外，我國各省級電網(wǎng)全部實(shí)現(xiàn)交直流聯(lián)網(wǎng)，基本形成全國聯(lián)網(wǎng)格局，跨省跨區(qū)特高壓輸電通道20回，交流最高電壓等級1000千伏，直流最高電壓等級±1100千伏，建成了全世界規(guī)模最大的多區(qū)域互聯(lián)、交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)。
隨著世界能源轉(zhuǎn)型步伐加快，“十二五”以來我國新能源進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，風(fēng)電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)從2009年底1800萬千瓦發(fā)展到2019年底4.1億千瓦。新能源的大規(guī)模集中開發(fā)、輸送、消納，以及分布式、分散化本地消納利用成了電力系統(tǒng)的重要組成部分。
電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展總體趨勢
未來電力系統(tǒng)將向全面清潔化轉(zhuǎn)型。生態(tài)文明建設(shè)，關(guān)系人民福祉，關(guān)乎民族未來，應(yīng)對氣候變化是人類的共同事業(yè)。目前我國非化石能源消費(fèi)比重已達(dá)15.3%，預(yù)計(jì)2035年我國非化石能源消費(fèi)比重將接近30%，2050年預(yù)計(jì)達(dá)到50%左右。非化石能源發(fā)電量占比將由目前的30%左右大幅提升到2035年45%、2050年75%左右。電力系統(tǒng)作為能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)，承擔(dān)著十分迫切和繁重的清潔化轉(zhuǎn)型任務(wù)。
未來電力系統(tǒng)將向更高水平電氣化轉(zhuǎn)型。我國經(jīng)濟(jì)逐步進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，需要更高水平電氣化作為支撐。我國穩(wěn)步推進(jìn)制造強(qiáng)國建設(shè)，加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，逐步形成“雙循環(huán)”新發(fā)展格局，將催生出一系列新業(yè)態(tài)、新需求，預(yù)計(jì)我國電力需求仍將保持剛性增長，2035年人均用電量達(dá)到8500千瓦時(shí)/人、2050年達(dá)到1萬千瓦時(shí)/人左右。目前，我國石油和天然氣對外依存度已分別達(dá)到73%和42%左右，為提升我國能源安全保障能力，有必要進(jìn)一步提升電能在終端能源消費(fèi)中的比重，預(yù)計(jì)2035年、2050年將分別提升至35%、45%左右。除了特大型城市重點(diǎn)區(qū)域外，我國大部分城鎮(zhèn)供電可靠性與發(fā)達(dá)國家差距明顯，參考國際發(fā)達(dá)地區(qū)供電可靠性水平，用戶年平均停電時(shí)間一般在30分鐘以下，供電可靠率在99.99%以上。
未來電力系統(tǒng)將向充分市場化轉(zhuǎn)型。未來我國將形成中長期市場為主體、現(xiàn)貨市場為補(bǔ)充，涵蓋電能量、輔助服務(wù)、發(fā)電權(quán)、輸電權(quán)和容量補(bǔ)償?shù)榷嘟灰灼贩N的高標(biāo)準(zhǔn)市場體系，電力市場將最大限度還原電力商品屬性，實(shí)現(xiàn)市場配置資源、釋放價(jià)格信號、反映成本特性、增強(qiáng)需求彈性、引導(dǎo)電力投資、調(diào)動(dòng)系統(tǒng)靈活性資源、促進(jìn)源網(wǎng)荷儲有效互動(dòng)、引導(dǎo)多元主體參與系統(tǒng)運(yùn)行決策的多重功能。市場化交易電量將成為全社會(huì)用電量的主體。電力系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、調(diào)度、運(yùn)行等各個(gè)環(huán)節(jié)均需要全面轉(zhuǎn)型和革新。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以適應(yīng)新形勢下安全保障需要。從應(yīng)對傳統(tǒng)電力安全挑戰(zhàn)來看，我國電力系統(tǒng)長期以來堅(jiān)持“三道防線”安全準(zhǔn)則，較好地保障了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，我國多區(qū)域交直流混聯(lián)的大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜。波動(dòng)性較大、抗擾動(dòng)能力較低的新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)，同時(shí)新型電力電子設(shè)備應(yīng)用比例大幅提升，極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和特性，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在理論分析、控制方法、調(diào)節(jié)手段等方面難以適應(yīng)，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)日益加大。從應(yīng)對非傳統(tǒng)電力安全挑戰(zhàn)來看，隨著電力系統(tǒng)物理和信息層面互聯(lián)程度的提升，人為極端外力破壞或通過信息攻擊手段引發(fā)電網(wǎng)大面積停電事故的風(fēng)險(xiǎn)增加。近年來伊朗、烏克蘭、委內(nèi)瑞拉等國均出現(xiàn)了攻擊電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的極端案例，引發(fā)核電站事故或大面積停電，也為我國電力安全敲響了警鐘。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源發(fā)展需要。“十三五”期間，通過有效挖掘傳統(tǒng)電力系統(tǒng)消納裕度，包括加強(qiáng)電網(wǎng)省間互濟(jì)以及火電靈活性改造等，我國新能源消納利用水平不斷提高，新能源發(fā)電量占總發(fā)電量比重從5%提升到了目前10%左右。未來要實(shí)現(xiàn)電力清潔綠色轉(zhuǎn)型目標(biāo)，新能源發(fā)電裝機(jī)需要繼續(xù)以數(shù)倍于用電負(fù)荷增長的速度新增并網(wǎng)，對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行提出了巨大的挑戰(zhàn)。僅依靠傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的調(diào)節(jié)手段已經(jīng)難以滿足新能源持續(xù)大規(guī)模并網(wǎng)消納的需求，急需激發(fā)負(fù)荷側(cè)和新型儲能技術(shù)消納新能源的潛力，形成源網(wǎng)荷儲協(xié)同消納新能源的格局。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以適應(yīng)靈活開放電力市場構(gòu)建需要。未來市場主體將從“單一化”向“多元化”轉(zhuǎn)變，電力輸送將從發(fā)輸配用“單向傳輸”向源網(wǎng)荷儲“多向互動(dòng)”靈活傳輸轉(zhuǎn)變，充分電力市場環(huán)境下電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式需要頻繁變化。我國電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)長期以來采取“統(tǒng)一調(diào)度、分級管理”原則，計(jì)劃性較強(qiáng)，調(diào)度方式不夠靈活。
新一代電力系統(tǒng)的基本特征
結(jié)構(gòu)特征：綠色電源為主體電源、新能源提供可靠電力支撐。水電、核電、風(fēng)電、太陽能等綠色電源裝機(jī)容量預(yù)計(jì)2035年、2050年分別達(dá)到20億千瓦、40億千瓦左右，綠色電源裝機(jī)占總裝機(jī)比重預(yù)計(jì)2035年、2050年分別達(dá)到56%、80%左右。其中，2050年新能源裝機(jī)占總裝機(jī)比重約60%，新能源發(fā)電量占總發(fā)電量比重達(dá)到一半左右。新能源發(fā)電通過配置儲能、提高能量轉(zhuǎn)換效率、提升功率預(yù)測水平、智慧化調(diào)度運(yùn)行等手段，成為新型“系統(tǒng)友好型”新能源電站，電力支撐水平大幅提升，容量可信度達(dá)到20%以上，有效平抑新能源間歇性、波動(dòng)性對電力系統(tǒng)帶來的沖擊。
形態(tài)特征：源網(wǎng)荷融合互動(dòng)、“大電源大電網(wǎng)”與“分布式系統(tǒng)”兼容互補(bǔ)。通過市場機(jī)制改變傳統(tǒng)“源隨荷動(dòng)”的模式，逐步實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷深度融合，靈活互動(dòng)。傳統(tǒng)工業(yè)負(fù)荷靈活性大幅提升，電供暖、電制氫、數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車充電設(shè)施等新型靈活負(fù)荷成為電力系統(tǒng)的重要組成部分；我國資源稟賦與能源需求逆向分布的特點(diǎn)決定了“西電東送、北電南送”的電力資源配置基本格局，跨省跨區(qū)大型輸電通道將進(jìn)一步增加，重要負(fù)荷中心地區(qū)電力保障需要大電網(wǎng)支撐，“大電源、大電網(wǎng)”仍是電力系統(tǒng)的基本形態(tài)。分布式系統(tǒng)貼近終端用戶，是保障中心城市重要負(fù)荷供電、支撐縣域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、服務(wù)工業(yè)園區(qū)綠色發(fā)展、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)用電等領(lǐng)域的重要形式，與“大電源、大電網(wǎng)”兼容互補(bǔ)。
技術(shù)特征：系統(tǒng)各環(huán)節(jié)全面數(shù)字化、調(diào)控體系高度智能化。電力系統(tǒng)逐步由“自動(dòng)化”向“數(shù)字化”“智能化”演進(jìn)。依托先進(jìn)量測技術(shù)、現(xiàn)代信息通信、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，形成全面覆蓋電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)、及時(shí)高速感知的“神經(jīng)系統(tǒng)”，基于大規(guī)模超算能力，實(shí)現(xiàn)物理電力系統(tǒng)的“數(shù)字孿生”。基于人工智能技術(shù)，升級智慧化調(diào)控運(yùn)行體系，打造新一代電力系統(tǒng)的“中樞大腦”。
新一代電力系統(tǒng)的構(gòu)建思路
加強(qiáng)新一代電力系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)。深入研究論證我國新一代電力系統(tǒng)發(fā)展路徑，推動(dòng)國家層面制定新一代電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，在“十四五”規(guī)劃中明確階段性目標(biāo)任務(wù)。研究適應(yīng)新一代電力系統(tǒng)構(gòu)建的體制機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
加快關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。通過多學(xué)科、多領(lǐng)域跨界融合，加大新一代電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的集中攻關(guān)、試驗(yàn)示范、推廣應(yīng)用。促進(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、先進(jìn)信息通信等技術(shù)與電力技術(shù)深度融合，形成具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)體系。
實(shí)施全面數(shù)字化升級。數(shù)字化是新一代電力系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)。“十四五”期間全面實(shí)施電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)字化升級改造，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)字化、工程建設(shè)數(shù)字化、裝備制造數(shù)字化、電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)字化。
開展重點(diǎn)工程示范。新一代電力系統(tǒng)構(gòu)建是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)性工程，不可能一蹴而就，需要在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、完善方案。在“十四五”期間“以點(diǎn)促面”，依托技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新，重點(diǎn)開展一批新一代電力系統(tǒng)示范工程，形成示范效應(yīng)，逐步推廣應(yīng)用。
推動(dòng)產(chǎn)業(yè)體系升級。加強(qiáng)新一代電力系統(tǒng)產(chǎn)學(xué)研體系建設(shè)，以智能制造為方向，融合運(yùn)用數(shù)字信息技術(shù)，補(bǔ)足前端研發(fā)的產(chǎn)業(yè)短板，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵領(lǐng)域核心技術(shù)獨(dú)立自主和升級換代，形成完整且具有國際競爭力的電力產(chǎn)業(yè)鏈。結(jié)合“雙循環(huán)”新格局下的產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整，統(tǒng)籌布局一批新型電力裝備制造、電力與數(shù)字經(jīng)濟(jì)相融合的產(chǎn)業(yè)基地。