1、研究背景
随着经济社会的飞速发展，人类对能源的需求与消耗急剧增加，特别是对化石能源的采集与消费需求日益增长。中国作为全球二氧化碳排放量最高的国家，采取了一系列应对措施。先是碳达峰与碳中和的战略目标，随后提出加快落实“四个革命，一个合作”的能源安全新战略。
电力系统作为连接一次能源与终端能源的枢纽，可通过清洁能源大规模替代和终端再电气化的方式，减少二氧化碳的排放，对实现双碳目标提供主动支撑。在我国实现碳达峰与碳中和目标的过程中，电力系统将起到至关重要的作用。2021年3月，领导人提出要构建以新能源为主体的新型电力系统；同年9月，中国国家电网公司把构建新型电力系统、助力“双碳”目标作为电力系统的重大战略任务，推进电网转型升级。
随着新型电力系统这一概念的提出，其运行特征也对电力系统的安全稳定运行提出巨大挑战。在构建新型电力系统的过程中，有必要博采信息领域的先进技术，利用数字化与智能化的相关技术，突破新型电力系统高比例新能源与高比例电力电子装置的“双高”困境。
2、研究意义
在双碳目标的引导下，我国电力能源领域将会发生重大变革，电源形态、电网形态与运行特性将会面对“百年未有之大变局”。因此有必要结合电力系统的运行特性和发展现状，从能源消费、能源供应、能源体制与能源技术方面出发，对新型电力系统建设的关键问题、发展方向、机遇挑战等方面进行研究，分析新型电力系统在电网结构、核心技术与能源体制方面发生的重要变革，并对未来新型电力系统的研究重点进行展望。
3、重点内容
研究思路与研究框架
1、双碳目标下电力系统面临的挑战
1）能源消费：终端能效及新能源消纳需提高
（1）终端用能能效过低与再电气化水平较弱
（2）终端新能源就地消纳问题
2）能源供应：新能源替代及供应安全需加强
（1）终端用能能效过低与再电气化水平较弱
（2）新能源强随机性与电力供应安全问题
3）能源体制：面向双碳的能源市场体制需完善
（1）电力现货市场与中长期交易市场机制问题
（2）分布式电力市场机制问题
（3）电力行业碳交易市场机制问题
4）能源技术：清洁用能的低碳技术研发需健全
（1）制氢技术与电力系统应用问题
（2）碳捕捉、利用与封存（CCUS）技术问题
2、应对双碳目标新型电力系统发展举措
1）能源消费：终端能效及新能源消纳需提高
（1）终端侧的电能替代与再电气化改造
（2）利用消费终端广泛开展新能源就地消纳
2）能源供应：火电机组改造及新能源替代
（1）化石能源机组的低碳化改造
（2）利用数字信息化手段加速新能源替代
3）能源机制：构建绿色低碳发展的能源机制
（1）完善促进新能源消纳的集中式电力市场
（2）结合信息技术构建终端分布式电力市场
4）能源技术：攻关新兴能源技术加速碳中和
（1）能源供给侧新兴技术
（2）能源消费侧新兴技术
3、双碳目标下新型电力系统发展展望
1）新结构：由通过区域互联的大电网集中消纳的结构转向通过能源终端网络-主动配电网-区域大电网逐层消纳的新结构
在新型电力系统的运行特性与建设需求下，将会在区域互联大电网的基础上，逐渐形成由能源终端网络-主动配电网-区域大电网为关键支撑点的逐层消纳新结构。未来的电网结构将会呈现能源终端网络-主动配电网-交直流混联大电网的三层混合数字化组网格局，优先利用终端消费网络进行新能源就地消纳，分层分区通过需求响应开发各层次消费侧的惯性资源，并自下而上逐层实现电力电量平衡。
2）新技术：由“以安全稳定为核心”的电力技术体系转向“保证新型电力系统供电充裕度、灵活性、安全性”的电力技术体系
在新型电力系统下，电力技术体系需要解决如下3个问题：首先，目前新能源的装机容量难以保证系统在负荷高峰期的充裕度；其次，系统的频率稳定与动态安全将难以实现，供电安全性需要保证；第三，系统电力电量的平衡难以保证。在此背景下，考虑如下措施：
以光伏发电、风力发电为主导的新能源发电技术与以储氢为代表的储能技术，将是保证供电充裕度的关键。在系统灵活性方面，核能技术、氢能技术与能源消费侧的能源互联网技术能够为系统开发更多的灵活性资源。最后，能源互联网技术通过交融多种能源系统，通过多种能源形式之间的互济互补，支撑系统电压稳定，解决新能源供应不足的问题，结合电动汽车等可灵活性参与需求响应的资源，实现源荷双向互动，充分开发能源消费终端的灵活性资源。此外，与火电机组结合的CCUS技术将会为电力系统节能降碳提供重要支撑。
3）新机制：由“中长期交易为主，日内交易为补充”的市场机制转向“以实时电力交易为主”的市场机制
在新能源为主体的新型电力系统背景下，传统电力系统的市场交易机制将难以适应新能源波动性需求，也难以发挥新能源低碳清洁属性，需要构建实时交易与碳交易相结合的电力市场机制。集中式电力市场与分布式电力市场，将会逐步形成“以实时电力交易为主”的能源交易市场机制，同时与碳排放权交易市场进行实时衔接，使新能源一方面尽可能参与日内实时市场，保证电力交易曲线每隔4h滚动更新，并在新能源电厂进行日内实时交易的同时，同时保证其能够实时进入碳排放权交易市场进行碳配额交易与CCER交易，由实时电力市场与碳交易市场共同确定其交易结果和交易曲线。
4、结论
针对我国提出的双碳目标与新型电力系统的建设要求，研究并归纳了目前国内外在低碳减排方面提出的政策措施，从能源消费、能源供给、能源体制与能源技术4个层面，结合电力系统目前的发展现状与技术水平，分析了电力系统在实现双碳目标与构建新型电力系统过程中所面临的挑战，基于建设新型电力系统过程中的诸多发展举措，总结并展望了在建设新型电力系统过程中电网结构、核心技术、能源机制方面将会发生的重大变革，进而保证电力行业尽快完成新型电力系统构建，对其他行业提供有力支撑。
来源：别朝红, 王则凯, 肖遥, 李更丰
（电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学)，国网西咸新区供电公司）
