新能源发展迅猛，为电力系统带来挑战
思瀚产业研究院    2024-05-27

1、双碳背景下清洁能源占比不断提升，电力供需波动性加强

从发电量结构来看，我国新能源发电量占比持续提升。2023 年我国发电量达到89091亿千瓦时，同比增长 6.2%，在电动化和智能化趋势下保持较高增速。其中，煤炭作为主力能源发电量为 62318 亿千瓦时，同比增长 6.5%，约为我国全社会发电量的69.9%；水力发电量排第二，产生的电力为 11409 亿千瓦时，受夏季干旱影响下滑5.1%，占比12.8%；核电较为稳定，发电量 4333 亿千瓦时，占比 4.9%；

新能源增速迅猛，在我国发电占比中迅速提升，光伏发电量 2940 亿千瓦时，占比 3.3%，同比增长 28.4%，风电发电量8091 亿千瓦时，占比9.1%，同比增长 17.8%。整体来看，火电仍是我国的主力能源，但新能源发电量增速迅猛，在我国发电量的占比持续提升。

从发电装机容量结构来看，新能源装机容量保持较高增速。2023 年我国发电装机容量达到 29.19 亿千瓦，同比增长 6.2%，在电动化和智能化趋势下保持较高增速。

其中，火电累计发电装机容量为 13.90 亿千瓦，占比 47.6%，仍然是最主要的发电形式，但呈现逐年下滑的态势；水电累计发电装机容量为 4.22 亿千瓦，占比 14.4%；核电累计装机容量为5.69亿千瓦，占比 1.9%；新能源继续保持较高增速，在我国发电装机容量占比中迅速提升，光伏累计发电装机容量 6.09 亿千瓦，占比 20.9%，同比增长 55.2%，风电累计发电装机容量4.41亿千瓦，占比 15.1%，同比增长 20.7%。

从发电量及装机容量数据来看，我国正在向“构建以新能源为主体的新型电力系统”的目标迈进，但新能源的高比例接入也会带来一些挑战。

1）影响电网运行的稳定性，给电力电量平衡带来挑战。电力系统是需要时刻保持平衡稳定的，大量新能源并网发电造成新能源装机容量比例在电网中不断增大，但光伏、风电等新能源具有波动性、间歇性和随机性等特性，不能稳定出力，容易导致短时间的电力不平衡，另外新能源发电与用电季节性不匹配，存在季节性电量平衡难题。

此外新能源发电的波动性造成大规模的接入电网后电压出现波动或者善变现象，还会影响系统的潮流分布。未来，新能源大规模高比例发展要求系统调节能力快速提升，但调节性资源建设面临诸多约束，区域性新能源高效消纳风险增大，制约新能源高效利用。

2）高比例可再生能源和高比例电力电子设备的接入影响电网电能质量，影响系统安全的稳定性。相比于同步发电机主导的传统电力系统，“双高”电力系统低惯量、低阻尼、弱电压支撑等特征明显，且我国电网呈现交直流送受端强耦合、电压层级复杂的电网形态，送受端电网之间、高低压层级电网之间协调难度大，故障后易引发连锁反应。

中东部地区多条直流集中馈入，本地电源支撑能力弱，电压频率稳定问题严峻，同时形成多个密集通道，电网安全风险突出。随着高比例新能源、新型储能、柔性直流输电等电力技术快速发展和推广应用，系统主体多元化、电网形态复杂化、运行方式多样化的特点愈发明显，对电力系统安全、高效、优化运行提出了更大挑战。

3）影响电网的经济调度，带来电力成本挑战。新能源并网发电成本低于化石能源的燃烧成本，可以降低常规机组的运行成本。但是为了应对新能源出力不稳定的现象，系统需要预留一定的容量当作备用，即旋转备用容量，虽然可以增加新能源的接纳能力，但会增加经济负担。为了保障电力系统实时平衡的辅助服务及相关设施建设将增加电源使用成本，还需要调节性、支撑性、保障性和灵活性资源以及新能源输电通道方面的建设投入。

2、我国电源投资增速远高于电网投资，源网协调发展迫在眉睫

“十四五”以来电源投资增速大幅提升，到 2023 年电源投资已接近电网投资的一倍。“十二五”期间，我国逐年电网投资、电源投资额总体差距不大。2009 年我国电源投资完成额3803亿，同期电网投资额 3898 亿。“十三五”期间电源投资增速有所放缓，直至2020年，电源投资重新抬头，2020 年电源投资 5292 亿，时隔多年超过 5000 亿，并超过电网投资；2023年电源投资 9675 亿，电网投资 5275 亿，电源投资已接近电网投资的一倍。

电源投资以新能源为主，稳定可控的传统电源投资仍严重不足。2020 年至今电源投资的不断放量主要由“双碳”提出后，新能源迅猛发展导致，新能源投资额一直保持较高增速。但可控、可调、出力稳定的传统电源，如火电、水电、核电投资仍呈平稳或下降趋势。传统电源，尤其是具备良好调节性能的灵活性电源投资，已经长期处于投资不足状态。

在此背景下，我国提出了构建新型电力系统，为新时代能源电力发展提供了根本遵循。新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵活互动为坚强支撑，以坚强、智能、柔性电网为枢纽平台，以技术创新和体制机制创新为基础保障的新时代电力系统，是新型能源体系的重要组成和实现“双碳”目标的关键载体。

新型电力系统具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清洁低碳是核心目标，柔性灵活是重要支撑，智慧融合是基础保障，共同构建了新型电力系统的“四位一体”框架体系。