大變革：新能源電力系統

　　構建全球能源互聯網，現有電力系統需要進行深刻變革。

　　電力系統的基本功能，是保證電能的供需平衡。在以火電、水電、核電為主導的傳統電力系統中，一次能源是可以儲存的，因而電能輸出是可控的，電力系統可以進行負荷預測與機組優化調度，通過變更發電側功率來滿足用電側隨機波動的需求，從而保證電能的供需平衡與電網的安全穩定。

　　而以風能、太陽能為代表的新能源發電，與傳統發電技術的最大區別就在于，一次能源是不可儲存的，進而風能、太陽能的隨機波動性決定了其發電功率的隨機波動性。當大規模新能源電源接入電網以后，就要求電力系統從原來的“一次能源可儲、二次能源可控”模式，升級為在隨機波動的負荷需求與隨機波動的電源之間實現電能供需平衡的新模式。

　　如果掌握了大規模儲能技術，可以在一定程度上化解上述矛盾，但目前的儲能技術尚無法實現電荷大容量、大功率存儲，所以需要從調整電力系統的結構形態與運行控制方式出發，用動態思維來解決。理想的新電力系統需要滿足三方面響應機制，即電源響應、電網響應、負荷響應，我們可以將滿足這些要求的電力系統稱為“新能源電力系統”。

　　電源響應就是要實現新能源發電功率的靈活控制。一方面，要研究精確的風能、太陽能功率預測方法、大規模新能源發電基地的功率分配策略，以及靈活的新能源發電單元功率控制技術。另一方面，也要意識新能源發電功率輸出的強隨機波動性本質上是由一次能源特性決定的，不可能徹底改變，因此必須有火電、水電等可控裝機進行多源互補。依靠互補特性，可以有效地突破大規模新能源電力并網導致的電源功率隨機波動問題。

　　電網結構與輸送極限是決定電網配置資源能力的兩個重要方面，電網響應即從調整這兩項內容著手。其一，是依靠先進的輸電方式，增強電網在大時空范圍內的輸送能力與資源優化配置能力，合理運用大規模集中電站并網外送、基于可調負荷和儲能的就地消納、基于微網的分布式接入等多種方式，提高電力系統對新能源的接納規模。在這方面，特高壓技術的研發做出了積極嘗試，特高壓海底電纜、柔性直流輸電技術都是未來的探索方向。其二，需要基于新能源電源的時空特性與多種新型輸電方式的特征優化電網結構，硬件上構建區域電網間解耦連接、分層分區的輸電網架，軟件上研發可以同時響應負荷和電源功率隨機波動性的電網結構漸進優化理論方法。

　　隨著智能家居、電動汽車等設備的普及，負荷響應對于提高新能源接納比例越來越重要。其實，目前的電力系統中已存在大量電網友好型的可平移負荷，要進一步發掘這些用負荷響應潛力，需要相關政策、價格機制、市場手段來引導用戶主動參與電網互動。同時，必要的技術條件可以在不改變用戶消費習慣的前提下極大地提高負荷響應比例。為實現人與電網和諧互動的用電方式，用電設備應當可以實時獲取并分析精確、可靠的電網數據信息，并及時、正確地響應電網運行狀態的改變。要做到這一點，在現有通信網絡、智能電表、柔性電力負荷控制等技術的基礎上，還需要有針對性地研發家庭控制網關、智能插座等電網友好裝置以及具有用電信息采集、處理、監控、計費、資源調度等功能的高級量測系統。

　　此外，與傳統發電廠/站相比，新能源發電設備運行環境惡劣、工況多變的客觀條件導致其出現故障的概率增大，從而增加了電力系統發生事故的風險，因此先進的電網控制與安全防御技術也是決定新能源接納極限的重要因素。傳統的電網保護與安全防御系統采用的是“以保守性換取可靠性”的策略，即采取離線仿真方式按最惡劣的情況設定保護控制策略，這極大地限制了電網優化配置資源的能力。智能電網建設的推進正在改變這種局面，各種傳感器的大量應用與監測平臺的建設，讓電力系統信息化程度顯著提高，系統安全防御將可以從常規的故障控制，轉變為針對系統實時狀態的評估、預警、保護與安全控制體系，這將會更加適合新能源電力系統的發展趨勢。

　　在上述特性都具備的前提下，電力系統才可能具備完全的新能源接納能力，風能、太陽能發電也才能真正進入大發展時期。