“常常見到的討論認為,能源系統很難同時滿足安全可靠、經濟可行又綠色低碳三個目標，三者任何一個目標方向優化都可能引起其他方向的問題。因此,三個目標常被稱作能源系統的‘不可能三角’。”在近日舉行的“2021年能源轉型發展論壇”上，中國工程院院士杜祥琬說，“安全可靠是對能源系統的基本要求，經濟可行的能源社會才會接受，綠色低碳是能源轉型的大方向。碳達峰、碳中和呼喚的新型能源系統必須逐步做到滿足上述三個目標，使之成為‘可能三角’，如此才是高質量的能源系統。同時，新型電力系統也必須是實現‘可能三角’的電力系統。”

 

杜祥琬認為，在以新能源為主體的新型電力系統中，新能源占比會大幅增加，系統的綠色低碳特征比較清晰，需要著重討論的是新型電力系統如何做到“經濟可行”和“安全可靠”。

 

經濟性面臨巨大考驗

 

“新型電力系統的發展要兼顧社會用能階段性的承受能力和長期的經濟性。”杜祥琬表示，隨著技術進步和規模化發展，風電、光伏上網環節已經可與化石能源競爭，但隨著新能源比例的增大，系統平衡成本、安全保障成本將成為電力系統的成本增量。

 

為此，杜祥琬提出，一方面要廣泛利用各領域靈活性資源，低成本解決電力系統的平衡難題。比如一部分煤電廠為可再生能源調峰，是現實而經濟的靈活性資源；再如推動系統從利用抽水蓄能、電化學儲能等靈活性資源，向發展電動汽車充放電、熱泵、電熱、電冷協同、電氫耦合等多能互補，提高系統的效率。另一方面，隨著分布式電源的發展，可將大電網的模式劃分為大電網和一系列微網結合的模式，利用高精度的預測技術，實現局部的自平衡，減輕大系統的平衡壓力，降低增量的成本投入。

 

杜祥琬說，有研究表明，電從“身邊來”比電從“遠方來”更經濟，對用電負荷很高的東部地區，可把“身邊來”與“遠方來”相結合，而不只是依賴于“西電東送”這種傳統的、集中式的供電。

 

杜祥琬表示，技術進步將降低儲能和氫能的成本，目前電化學儲能成本已經突破經濟性拐點，未來5年儲能成本有可能再降1/3，未來10年有望再降66%-80%。估計到2025年，新能源+儲能的市場會邁入千億級。

 

系統安全可靠是底線

 

眾所周知，確保新型電力系統的安全韌性，是其發展、成長的底線和責任。即使在極端天氣情況下，也要避免電力供應出現較大功率缺額的風險。那么，新型電力系統如何做到安全保供？

 

對此，杜祥琬認為，新型電力系統的電源，除非水可再生能源外，還需確立多能互補的策略。比如煤電，國家政策很明確，“十四五”并未提減煤電，而叫嚴控，“十五五”才開始煤電替代。目前比較實際的做法是，在高效、清潔化出力發電的同時，有序安排煤電機組的靈活性改造，讓其參與深度調峰，助力提升電力系統靈活性。對煤電調峰輔助服務應該有補償政策，也就是說要體現煤電的“供電價值”和“靈活性價值”。

 

在杜祥琬看來，新型電力系統的構建，要進一步發展水電，我國水電裝機和出力還有一定潛力可挖掘；核電在新型電力系統當中發揮穩定基荷的作用，在安全前提下，核電裝機完全可能在2030年前達到1億千瓦以上；在多能互補的條件下，可通過電力交易市場解決調峰問題，以一定量的電廠作為備用應急電源，用戶可以根據大數據提供的各種電源出力情況預測選擇電源；對于新能源發電企業來說，可通過自建或者購買調峰能力深度參與電力電量平衡，實現高質量出力。

 

除上述電源側保障新型電力系統安全可靠的措施外，還需要電網側發展智能電網和配電網。杜祥琬認為，數字技術可以提升電網的數據采集、分析和應用能力，與傳統電力技術相融合，促進電力系統各環節的智能化，使電網可觀、可測、可控。“傳統的大電網向大電網和微網、有源配電網、局部直流電網互補共生轉變。因此，我們需要建設智慧配電網來適應分布式能源的并網、儲能和電動車等。”

 

此外，杜祥琬表示，儲能在發電側、電網側和用戶側都有應用市場。“發展商用化的儲能、儲熱技術，是能源系統具備柔性、包容性和平衡功能的關鍵。”

 

如何實現“可能三角”

 

“構建新型電力系統不是一蹴而就，而是一個過程。”杜祥琬表示，新型電力系統建設初期，隨著新能源電力比重的提升，應逐步形成適合新能源電力的市場交易體系，使靈活性資源獲得合理權益；另一方面，應實現電力的物理系統與數字技術的深度融合，充分發揮出數字成為生產力要素的作用。“這個階段，主要是積累新能源和儲能、靈活性資源相結合的經驗。同時積累化石能源與非化石能源發電相結合的經驗。”

 

杜祥琬預計，碳達峰以后，新型電力系統將進入成熟發展期，這個階段要能經濟性地解決各種轉型成本，深入研究和防范風險，使之成為與各種基礎設施融合的新型國家綜合基礎設施。

 

“實現電力系統‘可能三角’，沒有原理性障礙，但也不是現有技術能力可以完全解決的。”杜祥琬說，構建新型電力系統，是一個創造新技術、新產業、新社會價值的過程，需要更深入地研究和更多地實踐。