1、电力结构将更“绿色”
清华大学气候变化与可持续发展研究院近日联合印发的《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》提出，低碳路径下，我国能源消费总量在2030-2035年之间进入峰值，“十四五”期间非化石能源必须成为能源消费增量主体。
中国工程院院士郭剑波指出，为了构建清洁低碳、安全高效的能源体系，我国能源转型主要朝两个方向进行：终端消费侧，电能深度替代化石能源;能源生产侧，以电能形式开发利用新能源。
上述《报告》指出，截至今年9月，我国并网风电2.2亿千瓦，并网太阳能发电2.2亿千瓦，合计占全国全口径发电装机容量的21.05%;全口径并网风电和并网太阳能发电量合计5331亿千瓦时，占全国规模以上电厂总发电量的9.8%。
“根据预测，2030年全国新能源总发电量占比将达20%，2050年高达48%。未来高比例新能源电量的电力系统将从局部地区逐步向全国扩展。” 郭剑波指出。
中电联行业发展与环境资源部副主任张琳表示，“十四五”时期，“风光”将成为可再生能源开发的主题增量。“根据预测，2025年风电、太阳能发电装机均突破4亿千瓦，非化石能源装机占比将超过50%，电力碳排放强度将降低5%。”
水电水利规划设计院总院副长易跃春指出，按照努力争取2060年前实现碳中和的目标，经测算，可再生能源大约将占我国一次能源消费总量的75%左右。
2、经济和安全问题待解
根据中国人民大学应用经济学院教授郑新业提出的“能源不可能三角”理论，任何一种能源都无法做到既供给充足，又价格便宜、清洁环保。高比例的清洁电源并网后，“经济账”和“安全账”如何算?
对此，易跃春表示，近中期提升新能源消纳能力的主要障碍不是技术问题，而是经济和机制问题 。“电力系统硬件结构决定了新能源消纳潜力，但政策和经济激励决定了消纳潜力能否充分发挥。近中期看，‘挖潜’是促进新能源消纳最经济、有效的措施。”
目前，国家电网经营区域内大型新能源场站4000多个，西北新能源场站超1500个，分布式发电约170万个。郭剑波预测，未来我国新能源发电单位将达数千万，气象环境、运行控制等信号可达数十亿，系统调度运行极其复杂，控制配置措施和实施难度大。“以某省级电网为例，在火电最小技术出力50%条件下，新能源消纳问题十分突出。当新能源发电量占比达30%时，新能源限电率将达23%，且此时已出现全部由新能源供电的时段。
“2019年，国家电网公司经营区内，新能源日最大功率波动达1.07亿千瓦，占其装机的31%，预估2050年新能源日最大功率将超过10亿千瓦。”郭剑波说，“波动功率与届时常规电源火电、水电总装机容量相当，仅靠常规电源调节难以应对新能源日内功力波动，新能源消纳挑战巨大。”
“同时，新能源尖峰出力功率大、电量小，保证尖峰出力需调动巨大的灵活性资源，但对全年发电量贡献极小。未来，高比例新能源电力系统中保证尖峰出力的全额消纳代价大。”郭剑波指出，2018年，新疆电网风电出力陡增至890.5万千瓦，占风电装机容量的46%，持续时间仅为5分钟，累计电量74万千瓦，但对应的电量仅占全天风电发电量的3.3%。
安全方面，郭剑波直言，新能源大规模接入挤占常规机组开机空间，或出现系统运转调频能力下降、无功支撑不足、电压稳定问题突出、越限风险增加等问题。
3、灵活电力系统是大势
对于高比例新能源电力系统情景下电力系统的变化，郭剑波认为可能会有两种演化方式：通过改造新能源电站，使其具有同步发电机的特性;改造传统发电站使其具有逆变器特性，在此方式下，系统的稳定性、分析理论和方法都将不同于传统电网。
而针对新能源既不参与电力平衡调节，也不参与电量平衡调节的“权责利”问题，郭剑波表示：“新能源发电因不确定性、边际成本低等特点，电力电量总量充盈与时空不平衡矛盾突出，将催生新的商业模式，市场和政策及只需考虑新能源与常规电源以及用户的配合，协调市场内多利益主体。”
易跃春指出，未来，数字化和信息化技术将被广泛应用，推动系统安全性和灵活性大幅提升。电力系统灵活性从目前的发电侧为主向发电侧、电网侧、用户侧并重转变，构建适应高比例可再生能源的智能电力系统。“另外，可再生能源加速发展面临的空间发展约束开始显现，‘十四五’要关注其开发与国土空间规划的衔接。”
