新型電力系統(tǒng)系列報告(一)：源網(wǎng)荷儲一體化發(fā)展促進(jìn)新能源時代供需精準(zhǔn)匹配

內(nèi)容目錄新能源發(fā)展迅猛，為電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn) 3雙碳背景下清潔能源占比不斷提升，電力供需波動性加強(qiáng) 3我國電源投資增速遠(yuǎn)高于電網(wǎng)投資，源網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展迫在眉睫 6新型電力系統(tǒng)需要靈活性資源支撐，從而適應(yīng)新能源快速發(fā)展 7電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五個環(huán)節(jié)構(gòu)成 7電網(wǎng)消納新能源的能力由電源調(diào)節(jié)性能決定，亟需靈活性資源調(diào)峰 9電網(wǎng)消納新能源的能力由系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)能力決定 9電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均可提供靈活性，形式多樣互為補(bǔ)充 10靈活性資源投資圖譜 12風(fēng)險提示 14圖表目錄圖1：2016年-2023年我國發(fā)電量情況（單位：億千瓦時） 3圖2：2023年發(fā)電量結(jié)構(gòu)占比 3圖3：2016-2023年發(fā)電量年同比增速 3圖4：2023年累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量（萬千瓦） 4圖5：2023年累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量結(jié)構(gòu)占比 4圖6：2016-2023年累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量年同比增速 4圖7：典型風(fēng)電發(fā)力曲線與用電負(fù)荷曲線對比 5圖8：典型光伏發(fā)力曲線與用電負(fù)荷曲線對比 5圖9：“雙高”電力系統(tǒng)低慣量特征明顯，電網(wǎng)協(xié)調(diào)難度大 5圖10：電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨風(fēng)險示意圖 5圖“十四五”以來電源投資增速大幅提升（單位：億元） 6圖12：電源投資的提升主要由新能源貢獻(xiàn)，穩(wěn)定可控的傳統(tǒng)電源投資仍嚴(yán)重不足（單位：億元） 6圖13：新型電力系統(tǒng)四大基本特征 7圖14：電力系統(tǒng)構(gòu)成 8圖15：某省某典型日風(fēng)電出力和負(fù)荷曲線 9圖16：新能源消納空間示意圖 9圖17：新型電力系統(tǒng)建設(shè)“三步走”發(fā)展路徑 12表1：電網(wǎng)設(shè)備情況 8表2：不同電源具有不同的調(diào)峰深度 10表3：電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均可提供靈活性 10表4：靈活性資源投資圖譜 12新能源發(fā)展迅猛，為電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)雙碳背景下清潔能源占比不斷提升，電力供需波動性加強(qiáng)從發(fā)電量結(jié)構(gòu)來看，我國新能源發(fā)電量占比持續(xù)提升。202389091億6.2%，在電動化和智能化趨勢下保持較高增速。其中，煤炭作為主力能源623186.5%69.9%；水力發(fā)電量排5.1%12.8%；核電較為穩(wěn)43334.9%294080919.1%，17.8%圖1：2016年-2023年我國發(fā)電量情況（單位：億千瓦時）資料來源：，圖2：2023年發(fā)電量結(jié)構(gòu)占比 圖3：2016-2023年發(fā)電量年同比增速資料來源：， 資料來源：，從發(fā)電裝機(jī)容量結(jié)構(gòu)來看，新能源裝機(jī)容量保持較高增速。2023年我國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到29.19億千瓦，同比增長6.2%，在電動化和智能化趨勢下保持較高增速。其中，火電累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量為13.90億千瓦，占比47.6%，仍然是最主要的發(fā)電形式，但呈現(xiàn)逐年下滑的態(tài)4.2214.4%5.69億千瓦，1.9%；新能源繼續(xù)保持較高增速，在我國發(fā)電裝機(jī)容量占比中迅速提升，光伏累計(jì)發(fā)電6.0920.9%55.2%4.41億千瓦，15.1%20.7%。圖4：2023年累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量（萬千瓦）資料來源：，圖5：2023年累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量結(jié)構(gòu)占比 圖6：2016-2023年累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量年同比增速資料來源：， 資料來源：，影響電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，給電力電量平衡帶來挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)是需要時刻保持平衡穩(wěn)定的，大量新能源并網(wǎng)發(fā)電造成新能源裝機(jī)容量比例在電網(wǎng)中不斷增大，但光伏、風(fēng)電等新能源具有波動性、間歇性和隨機(jī)性等特性，不能穩(wěn)定出力，容易導(dǎo)致短時間的電力不平衡，另外新能源發(fā)電與用電季節(jié)性不匹配，存在季節(jié)性電量平衡難題。此外新能源發(fā)電的波動性造成大規(guī)模的接入電網(wǎng)后電壓出現(xiàn)波動或者善變現(xiàn)象，還會影響系統(tǒng)的潮流分布。未來，新能源大規(guī)模高比例發(fā)展要求系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力快速提升，但調(diào)節(jié)性資源建設(shè)面臨諸多約束，區(qū)域性新能源高效消納風(fēng)險增大，制約新能源高效利用。圖7：典型風(fēng)電發(fā)力曲線與用電負(fù)荷曲線對比 圖8：典型光伏發(fā)力曲線與用電負(fù)荷曲線對比 資料來源：國家電網(wǎng)，索比光伏網(wǎng)， 資料來源：國家電網(wǎng)，索比光伏網(wǎng)，高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備的接入影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，影響系統(tǒng)安全的穩(wěn)定性。相比于同步發(fā)電機(jī)主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，“雙高”電力系統(tǒng)低慣量、低阻尼、弱電壓支撐等特征明顯，且我國電網(wǎng)呈現(xiàn)交直流送受端強(qiáng)耦合、電壓層級復(fù)雜的電網(wǎng)形態(tài)，送受端電網(wǎng)之間、高低壓層級電網(wǎng)之間協(xié)調(diào)難度大，故障后易引發(fā)連鎖反應(yīng)。中東部地區(qū)多條直流集中饋入，本地電源支撐能力弱，電壓頻率穩(wěn)定問題嚴(yán)峻，同時形成多個密集通道，電網(wǎng)安全風(fēng)險突出。隨著高比例新能源、新型儲能、柔性直流輸電等電力技術(shù)快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，系統(tǒng)主體多元化、電網(wǎng)形態(tài)復(fù)雜化、運(yùn)行方式多樣化的特點(diǎn)愈發(fā)明顯，對電力系統(tǒng)安全、高效、優(yōu)化運(yùn)行提出了更大挑戰(zhàn)。圖9：“雙高”電力系統(tǒng)低慣量特征明顯，電網(wǎng)協(xié)調(diào)難度大 圖10：電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨風(fēng)險示意圖資料來源：《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》（何洋等，國家能源局），

資料來源：《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》（何洋等，國家能源局），影響電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，帶來電力成本挑戰(zhàn)。新能源并網(wǎng)發(fā)電成本低于化石能源的燃燒成本，可以降低常規(guī)機(jī)組的運(yùn)行成本。但是為了應(yīng)對新能源出力不穩(wěn)定的現(xiàn)象，系統(tǒng)需要預(yù)留我國電源投資增速遠(yuǎn)高于電網(wǎng)投資，源網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展迫在眉睫2023“十200938033898202052925000年電96755275億，電源投資已接近電網(wǎng)投資的一倍。圖11：“十四五”以來電源投資增速大幅提升（單位：億元）資料來源：中電聯(lián)，電源投資以新能源為主，穩(wěn)定可控的傳統(tǒng)電源投資仍嚴(yán)重不足。2020年至今電源投資的不斷放量主要由“雙碳”提出后，新能源迅猛發(fā)展導(dǎo)致，新能源投資額一直保持較高增速。但圖12：電源投資的提升主要由新能源貢獻(xiàn)，穩(wěn)定可控的傳統(tǒng)電源投資仍嚴(yán)重不足（單位：億元）資料來源：中電聯(lián)，新型電力系統(tǒng)是以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的電力需求為首要目標(biāo)，以高比例新能源供給消納體系建設(shè)為主線任務(wù)，以源網(wǎng)荷儲多向協(xié)同、靈活互動為堅(jiān)強(qiáng)支撐，以堅(jiān)強(qiáng)、智能、柔性電網(wǎng)為樞紐平臺，以技術(shù)創(chuàng)新和體制機(jī)制創(chuàng)新為基礎(chǔ)保障的新時代電力系統(tǒng)，是新型能源體系的重要組成和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵載體。新型電力系統(tǒng)具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提，清潔低碳是核心目標(biāo)，柔性靈活是重要支撐，智慧融合是基礎(chǔ)保障，共同構(gòu)建了新型電力系統(tǒng)的“四位一體”框架體系。圖13：新型電力系統(tǒng)四大基本特征資料來源：《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》（何洋等，國家能源局），新型電力系統(tǒng)需要靈活性資源支撐，從而適應(yīng)新能源快速發(fā)展電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五個環(huán)節(jié)構(gòu)成5輸電是將誕生的電能向各個不同的地方傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)需要克服地理因素、自然因素，還要盡可能避免電能損耗；經(jīng)歷了長途跋涉之后，電能尚未能夠被我們方便的使用，因?yàn)闉榱吮M量避免電能損耗，采用了高壓輸電的方、220kV、500kV、800kV、1000kV等，但這么高的電壓，無法被終端用戶使用，因此有了變壓環(huán)節(jié)，在這個環(huán)節(jié)中，變壓器會將高電壓逐級降低；配電可以理解為微縮版的輸電+變電，配電的電壓等級比輸電和變電低得多，在配電環(huán)節(jié)進(jìn)一步降220V（單相380V（三相圖14：電力系統(tǒng)構(gòu)成資料來源：IEA，表1：電網(wǎng)設(shè)備情況環(huán)節(jié) 電力一次設(shè)備 電力二次設(shè)備 網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)升壓變壓器、無功補(bǔ)償（電容器、SVG、整流器）、斷路器、隔離開發(fā)電GIS、接地設(shè)備

控制系統(tǒng)（DCS）、保護(hù)繼電器、測量儀表、電能質(zhì)量檢測、通信、自動化設(shè)備

網(wǎng)外設(shè)備輸變電

GIS（氣體絕緣，集成了斷路器、隔離開關(guān)、互感器等）降壓變壓器、配電箱、環(huán)網(wǎng)柜、隔

繼電器、自動化設(shè)備、通信/保護(hù)/監(jiān)控設(shè)備等

網(wǎng)內(nèi)設(shè)備電表繼電器自動化設(shè)備通信配電 離開關(guān)斷路器充電站及充電樁、保護(hù)/監(jiān)控設(shè)備等

網(wǎng)內(nèi)設(shè)備高壓配電線、低壓配電線（SVGSCADA、控制柜用電UPS、

網(wǎng)外設(shè)備互感器

PLC環(huán)節(jié)電力一次設(shè)備電力二次設(shè)備網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外工商業(yè)、居民：降壓變壓器、配電柜、電容器、變頻器、中低壓斷路器/微斷資料來源：國家電網(wǎng)，電網(wǎng)消納新能源的能力由電源調(diào)節(jié)性能決定，亟需靈活性資源調(diào)峰電網(wǎng)消納新能源的能力由系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)能力決定的消納空間。電力系統(tǒng)的發(fā)、供、用同時完成,電力負(fù)荷呈現(xiàn)明顯的時變特點(diǎn),目前我國區(qū)域電30%左右,并呈逐步擴(kuò)大的趨勢。系統(tǒng)平衡的原則是調(diào)節(jié)常規(guī)電源出力跟蹤負(fù)荷（調(diào)峰空間圖15：某省某典型日風(fēng)電出力和負(fù)荷曲線 圖16：新能源消納空間示意圖 資料來源：《新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究》（舒印彪,張智剛等，2017），

資料來源：《新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究》（舒印彪,張智剛等，2017），系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力由電源調(diào)節(jié)性能決定，不同電源具有不同的調(diào)峰能力。新能源消納問題與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力密切相關(guān)，在一定規(guī)模的電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力主要由電源調(diào)節(jié)性能決定，與電源結(jié)構(gòu)相關(guān)。通常如果電力系統(tǒng)中靈活性電源較多（氣電、抽蓄、電化學(xué)儲能），則最低極限出力較低，系統(tǒng)可以容納較多的新能源發(fā)電空間。如果系統(tǒng)電源不夠靈活（如煤電調(diào)峰深度不夠），則難以為新能源讓出足夠多的消納空間。不同類型電源的調(diào)峰深度有很大差異，核電機(jī)組通常作為基荷運(yùn)行，較少參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)；凝汽燃煤機(jī)組和供熱火電機(jī)組調(diào)節(jié)性能較差；燃?xì)狻⒊樗钅?、水電等電源能夠快速啟停、大幅調(diào)節(jié)，靈活參與平衡。我國電源結(jié)構(gòu)以火電為主，電源總體調(diào)節(jié)性能主要取決于火電調(diào)峰深度和靈活調(diào)節(jié)電源比例。表2：不同電源具有不同的調(diào)峰深度電源類型調(diào)峰深度煤電0.2（靈活性改造后）-0.5以上（熱電機(jī)組）氣電0.1以下水電視庫容不同而不同抽蓄-1.0-1.0核電0.9（幾乎無調(diào)峰能力）光伏/風(fēng)電/生物質(zhì)/電化學(xué)-1.0-1.0資料來源：《電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性與政策建議》（中國電力圓桌項(xiàng)目課題組），電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均可提供靈活性，形式多樣互為補(bǔ)充電源側(cè)包括可控的傳統(tǒng)電源和相對可控可調(diào)度的可再生能源。氣電和水電是優(yōu)質(zhì)的靈活調(diào)節(jié)電源，我國煤電擁有存量裝機(jī)容量高、靈活性挖潛空間大的天然優(yōu)勢，結(jié)合調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制的完善今后勢必會成為重要的靈活性資源電網(wǎng)側(cè)靈活性資源更多地承擔(dān)統(tǒng)籌送受端調(diào)峰安排，制定更加靈活的電網(wǎng)運(yùn)行方式，通過就地消納、“風(fēng)光火電”打捆、特高壓跨省跨區(qū)遠(yuǎn)距離消納、建立跨省跨區(qū)電力市場進(jìn)行市場化交易、微電網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)跨省、跨區(qū)共享調(diào)峰與備用資源負(fù)荷側(cè)可以通過大力發(fā)展需求側(cè)相應(yīng)，利用虛擬電廠平衡調(diào)節(jié)供需，設(shè)計(jì)合理的激勵資金保障機(jī)制，優(yōu)化峰谷電價和尖峰電價機(jī)制，結(jié)合現(xiàn)貨市場建設(shè)探索實(shí)時電價，優(yōu)化電力市場的供需平衡儲能側(cè)作為優(yōu)質(zhì)的靈活性資源，在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)均可以發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)迅速、容量配置靈活、建設(shè)快速簡便。表3：電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均可提供靈活性靈活性資源運(yùn)行范圍（%（Pn）/min）（h）調(diào)節(jié)方向調(diào)節(jié)時間尺度供/需向上/下供/需向下/上供/需向上/下速率供/需向下/上速率短時中時長時電源側(cè)常規(guī)煤電未改造50-1001-26-10----??????已改造30-1003-64-5-√√√???????燃煤熱未改造80-1001-26-10----????靈活性資源運(yùn)行范圍（%（Pn）/min）（h）調(diào)節(jié)方向調(diào)節(jié)時間尺度供/需向上/下供/需向下/上供/需向上/下速率供/需向下/上速率短時中時長時電聯(lián)產(chǎn)已改造50-1003-64-5-√√√??????氣電20-10082√√√√???????常規(guī)可調(diào)節(jié)水電0-10020<1√√√√??????核電30-1002.5-5-√√√√???電網(wǎng)側(cè)就地消納---√√√√---風(fēng)光火電打捆---√√√√---跨省跨區(qū)遠(yuǎn)距離消納---√√√√---市場化交易-建立跨省跨區(qū)電力市場---√√---???用戶側(cè)負(fù)荷需求響應(yīng)用電負(fù)荷的3-5瞬時0√√√√????提高尖峰電價---√√√√---形成實(shí)時動態(tài)電價---√√√√---電動汽車---√√√√????-微電網(wǎng)---√√√√???-虛擬電廠---√√√√????-儲能抽水蓄能-100~10010-50<0.1√√√√??????-氫能----√-√-?????電化學(xué)儲能-100~100100<0.1√√√√?????-資料來源：《電力系統(tǒng)靈活性提升：技術(shù)路徑、經(jīng)濟(jì)性與政策建議》（中國電力圓桌項(xiàng)目課題組），注:1.表中☆表示資源適宜程度，☆越多代表資源更適宜提供對應(yīng)靈活性。表中煤電靈活性提升分析立足于煤電存量機(jī)組改造，重點(diǎn)在于改造前后煤電向下調(diào)節(jié)能力的提升。氣電、常規(guī)可調(diào)節(jié)水電和核電的靈活性提升分析立足于新建氣電、水電或核電機(jī)組。從政策來看，我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)按照“三步走”的發(fā)展路徑，在電源、電網(wǎng)、用戶、儲能側(cè)有不同的演變進(jìn)程。2030年20602030年、20452060發(fā)展路徑，即加速轉(zhuǎn)型期（2030年）、總體形成期（20302045年）、鞏固完善期（20452060年），有計(jì)劃、分步驟推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的“進(jìn)度條”。圖17：新型電力系統(tǒng)建設(shè)“三步走”發(fā)展路徑資料來源：《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》（何洋等，國家能源局），靈活性資源圖譜隨著集中式和分布式新能源大規(guī)模并網(wǎng)，源、荷兩端呈現(xiàn)高度不確定性，電力系統(tǒng)的供電安全與穩(wěn)定運(yùn)行機(jī)制趨于復(fù)雜，高比例新能源電力系統(tǒng)整體特征發(fā)生巨大改變。后續(xù)為支撐新能源裝機(jī)量和發(fā)電量占比逐漸提高，靈活性資源是投資的重點(diǎn)。新建火電、火電靈活性改造、特高壓設(shè)備、虛擬電廠、電化學(xué)儲能、抽水蓄能、壓縮空氣等技術(shù)方向均為發(fā)展重點(diǎn)。以下，我們提出靈活性資源圖譜：表4：靈活性資源圖譜類別環(huán)節(jié)代表公司電源側(cè)新建火電/火電靈活性改造主機(jī)類核心裝備：無縫鋼管：武進(jìn)不銹、盛德鑫泰、久立特材、常寶股份、太鋼不銹、日本住友等點(diǎn)火設(shè)備：龍?jiān)醇夹g(shù)、新動力等鍋爐設(shè)備：上海電氣、哈爾濱電氣、東方電氣、西子潔能、華光環(huán)能、川潤股份、海陸重工鑄鍛件：中國一重、中國二重、大連重工、豪邁科技、大明重工葉片：航材院、鋼研院、江蘇永瀚、應(yīng)流股份、成都航宇、無錫透平、航亞科技、萬澤股份盤：中航重機(jī)、鋼研高納、中國二重、西南鋁業(yè)、青海鍛造汽輪機(jī)：上海電氣、哈爾濱電氣、東方電氣、陜鼓動力、金通靈、水發(fā)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)：上海電氣、哈爾濱電氣、東方電氣輔助設(shè)備及控制系統(tǒng)四大管道系統(tǒng)：華電重工、中國水利電力物資有限公司等煤儲運(yùn)系統(tǒng)：泰富重裝等類別類別環(huán)節(jié)代表公司（除塵）、清新環(huán)境等建筑材料及其他輔助材料：華電重工、開爾新材空冷器：哈空調(diào)、華電重工、雙良節(jié)能火電DCS控制系統(tǒng)：科遠(yuǎn)智慧、國電南自、中控技術(shù)建設(shè)及運(yùn)營建設(shè)：中國能建、中國電建、華西能源等運(yùn)營：“五大四小”發(fā)電集團(tuán)、省屬發(fā)電平臺等電網(wǎng)側(cè)特高壓特高壓設(shè)備及材料換流變壓器：中國西電、特變電工、保變電氣、山東電力設(shè)備重慶日立能源、廣州西門子能源組合電器：平高電氣、中國西電、新東北電氣、山東電工電氣日立開關(guān)、山東泰開、思源電氣、廈門日立能源開關(guān)、北京宏達(dá)日新電機(jī)、北京日立能源高壓開關(guān)換流閥系統(tǒng)：國電南瑞、許繼電氣、中國西電、北京ABB電力系統(tǒng)交流變壓器：特變電工、保變電氣、山東電力設(shè)備、中國西電常州東芝變壓器電容器：白云電器、思源電氣、中國西電、新程（遼寧）電力（無錫上海電氣、西安日立能源電力電容器、永錦電容器避雷器：金冠電氣、平高電氣、撫順電瓷、中國西電、恒大電氣鐵塔：宏盛華源、中國電建、匯金通、風(fēng)范股份、東方鐵塔、山東中鐵華盛機(jī)械、溫州泰昌鐵塔導(dǎo)地線：中天科技、特變電工、亨通光電、遠(yuǎn)東股份、重慶泰山電纜、杭電股份、漢纜股份、航天電子、無錫華能電纜、通達(dá)股份、通光線纜線路絕緣子：大連電瓷、創(chuàng)元科技、南京電氣絕緣子、四川環(huán)球絕緣子、賽迪維爾（上海）、國網(wǎng)英大、山東瑞泰玻璃絕緣子、長園集團(tuán)、神馬電力、山東高亞絕緣子、中天科技線路金具：中國電建、江蘇天南電力、江蘇雙匯電力、江蘇捷凱電力器材、中天科技、浙江泰昌實(shí)業(yè)、上海永固電力器材、湖州泰侖電力器材、平高集團(tuán)、中國能建、西安創(chuàng)源電力金具輸變電輸變電設(shè)備及材料中國西電、平高電氣、特變電工、思源電氣、國電南瑞、山東泰開高壓