新型电力系统需要灵活性资源支撑，从而适应新能源快速发展
思瀚产业研究院    2024-05-27

1. 电力系统由发电、输电、变电、配电和用电五个环节构成

电能从产生到消费的生命周期：发、输、变、配、用5个环节，电力系统也是在此基础上构成。发电是指将其他形式的能转变为电能的环节，比如常见的火力、水力发电就是将热能、动能/势能转变为电能，这一环节是电能诞生的环节；

输电是将诞生的电能向各个不同的地方传输的环节，这一环节需要克服地理因素、自然因素，还要尽可能避免电能损耗；经历了长途跋涉之后，电能尚未能够被我们方便的使用，因为为了尽量避免电能损耗，采用了高压输电的方式，我国常用的输电电压有 110kV、220kV、500kV、800kV、1000kV 等，但这么高的电压，无法被终端用户使用，因此有了变压环节，在这个环节中，变压器会将高电压逐级降低；

配电可以理解为微缩版的输电+变电，配电的电压等级比输电和变电低得多，在配电环节进一步降低电压，直到满足日程使用的电压 220V（单相）和 380V（三相），并且将这些电能，更细致的分配到终端用户；最终就是居民和工商业的用电环节，由于用电电器对电能的质量是有要求的，包括电压的范围、频率范围、相位和波形，如果发出来的电能没有满足用电电器的要求，电就属于无法利用的垃圾电。

此外，为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、优质的电能。

在电能的发电、输变电、配电、用电环节所需要的设备统称为电力设备，分为一次设备和二次设备。

一次设备指直接用于生产、输送和分配电能生产过程中的电气设备，是供电系统的主体，是用电负荷的载体，高电压或大电流是一次设备的主要特点，包括开关、变压器、电抗器、电容器、互感器、绝缘子、避雷器、直流输电换流阀及电线电缆等。

二次设备是指对一次设备的工作进行保护、监测、控制、调节，以及为运行、维护人员提供工况、事故报警及生产指挥信号所需的低压电气设备，如继电保护与监控装置、测量与计量仪表、信号灯、转换与控制开关、接触器、小型低压断路器与熔断器等。

发电由电厂负责，变电、输配电由电网负责，我国电网区分为国家电网、南方电网两个全国性电网公司及少量的地方电网公司，电网要按照分层分区的原则，考虑电网安全，重点要考虑负荷供电的可靠性、各类电源的联合运行、电网本身安全性、灵活性和经济性等因素。因此发电及用电环节为网外设备，输变电及配电环节为网内设备。

2. 电网消纳新能源的能力由电源调节性能决定，亟需灵活性资源调峰

2.1. 电网消纳新能源的能力由系统平衡调节能力决定

系统平衡调节能力计算用于考虑电力系统在低负荷时其他电源让出的调峰空间，即新能源的消纳空间。电力系统的发、供、用同时完成,电力负荷呈现明显的时变特点,目前我国区域电网峰谷差已达 30%左右,并呈逐步扩大的趋势。系统平衡的原则是调节常规电源出力跟踪负荷变化，保持动态平衡。

电力系统平稳运行的一个基本条件是系统调节能力必须大于负荷的变化。通常考虑极端情况如负荷较低时，此时的负荷水平与常规电源的最低极限出力之差，即得出此时消纳空间（调峰空间）还有多少。

由于风、光的资源特性，新能源出力存在随机性和波动性，新能源高比例接入电力系统后，增加了系统调节的负担，常规电源不仅要跟随负荷变化，还需要平衡新能源的出力波动。当新能源出力超过系统调节范围时，必须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光。

系统调节能力由电源调节性能决定，不同电源具有不同的调峰能力。新能源消纳问题与系统调节能力密切相关，在一定规模的电力系统中，系统调节能力主要由电源调节性能决定，与电源结构相关。通常如果电力系统中灵活性电源较多（气电、抽蓄、电化学储能），则最低极限出力较低，系统可以容纳较多的新能源发电空间。

如果系统电源不够灵活（如煤电调峰深度不够），则难以为新能源让出足够多的消纳空间。不同类型电源的调峰深度有很大差异，核电机组通常作为基荷运行，较少参与系统调节；凝汽燃煤机组和供热火电机组调节性能较差；燃气、抽水蓄能、水电等电源能够快速启停、大幅调节，灵活参与平衡。我国电源结构以火电为主，电源总体调节性能主要取决于火电调峰深度和灵活调节电源比例。

2.2. 电力系统各环节均可提供灵活性，形式多样互为补充

电力系统中灵活性资源广泛地存在于电源侧、电网侧、用户侧、储能，形式多种多样且互为补充。多元组合提升能够吸收各灵活性资源的优势，扬长避短，实现灵活性提升效果和系统投资运行成本的平衡。

1）电源侧包括可控的传统电源和相对可控可调度的可再生能源。气电和水电是优质的灵活调节电源，我国煤电拥有存量装机容量高、灵活性挖潜空间大的天然优势，结合调峰补偿机制的完善今后势必会成为重要的灵活性资源。

2）电网侧灵活性资源更多地承担统筹送受端调峰安排，制定更加灵活的电网运行方式，通过就地消纳、“风光火电”打捆、特高压跨省跨区远距离消纳、建立跨省跨区电力市场进行市场化交易、微电网等方式实现跨省、跨区共享调峰与备用资源。

3）负荷侧可以通过大力发展需求侧相应，利用虚拟电厂平衡调节供需，设计合理的激励资金保障机制，优化峰谷电价和尖峰电价机制，结合现货市场建设探索实时电价，优化电力市场的供需平衡。

4）储能侧作为优质的灵活性资源，在电源侧、电网侧、用户侧均可以发挥作用，调节迅速、容量配置灵活、建设快速简便。

从政策来看，我国构建新型电力系统按照“三步走”的发展路径，在电源、电网、用户、储能侧有不同的演变进程。按照党中央提出的新时代“两步走”战略安排要求，锚定2030年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和的战略目标，基于我国资源禀赋和区域特点，以2030年、2045 年、2060 年为新型电力系统构建战略目标的重要时间节点，制定新型电力系统“三步走”发展路径，即加速转型期（当前至 2030 年）、总体形成期（2030 年至2045年）、巩固完善期（2045 年至 2060 年），有计划、分步骤推进新型电力系统建设的“进度条”。