碳中和背景下中国电力系统研究现状、挑战与发展方向
摘要：所谓可持续与可持续的碳氧化物释放过程（碳源过程）与某时刻来自大气的碳氧化物回收过程（碳汇过程）之间存在着平衡关系，也就是碳氧化物净零排放或者负排放。度和电力系统就是在确保电力供应质和量前提下碳氧化物净排放量达到0或负数。相对于传统电力系统而言，高和电力系统采用清洁能源为能源，或采用安装CCUS设备的火电机组进行供电，因此具有环境保护更友好、能源更可持续等优势。鉴于此，本文主要分析碳中和背景下中国电力系统研究现状、挑战与发展方向。
关键词：碳中和；电力系统；现状
中图分类号：X322 文献标识码：A
1、引言
二氧化碳过度排放带来的温室效应对全世界来说都是一个巨大的挑战，为解决温室效应带来的全球气候变化，全球都制定了碳减排目标。在第75届联合国大会上，中国宣布了2030年碳达峰、2060年碳中和的目标，为构建人类命运共同体积极承担起“双碳”减排重任。电力部门
是中国碳排放的一个重要来源，每年大约有45亿t的碳排放，其比例占碳排放总量40%以上。尽管中国可再生能源装机总量已居世界首位，但其电源结构仍以火电为主导，而且这一特点在今后一段时期内会保持较长时期。
2、中国电力系统现状分析
电力系统在接入各种新能源之后主要利用源-荷平衡技术对电力系统进行改造，使改造后的系统碳排放量超标。为此，本文提出了在多和背景下以边缘节点技术为核心的电力系统改造研究问题。该方法首先依据电力系统历史数据构建一个平滑时间序列，然后利用指数法平滑法对中长期电力需求进行预测，以此为依据进行系统转型设计。基于碳中和的背景，以新能源弃电量最少为目标构建了一种新的电力系统规划模型，提出了碳排放与电力平衡的约束条件。利用边缘节点技术把整个配电系统分成若干孤岛，各孤岛利用改进粒子群算法合理地分配电力任务，从而形成了以源-网-荷-储协调规划为中心的新电力系统。最后以大数据理论为支持厘清了新型电力系统的运行方式。应用分析表明：采用提出的转型方法获得的新型电力系统较转型前电力系统碳排放量降低42.86%，达到碳中和的发展目标。所提出的系统通过曼-肯德尔法测试，其有效性和可靠性较高，可对电力系统转型起到参考应用价值。
3、电力系统转型面临的挑战
综合当前电力系统的转型情况可以看出，虽然目前的转型在稳步的进行中，但是仍有一些亟待解决的问题。发电侧既要承受煤电机组改造经济性问题的影响，又要承受新能源电力影响供电稳定性的挑战，用电侧也要面对电力消费随着经济增长而快速攀升所产生的碳削减压力，但电网侧需在经济上，技术层面解决新能源电力消纳。
电力系统“碳和，碳和”的实现是中国整个社会“双碳”奋斗目标得以实现的关键环节，低碳转型进程会对电力系统形态结构产生深刻的影响。首先将规划总成本作为优化目标，构建了电力系统源网扩展规划模型并综合考虑了可再生能源区域自然资源禀赋与电力系统运行的安全约束，2020年至2060年，对中国电力系统“碳和，碳和”改造路径进行了规划和优化。接着，分析了中国电力系统在2060年代达到高和情景时电源结构，跨省电力交换的需求改造结果和规划成本，同时，根据碳减排目标和达峰时间的影响因素，设定了几种情景进行比较研究，对电池储能的投资费用进行敏感性分析。结果发现，中国电力系统“碳和，碳和”改造途径的关键在于建设高比例清洁电源供应体系和通过各类电源的定位互补来实现电源结构的低碳改造，储能将担负着对系统进行电力余缺调节，惯量支撑以及各种辅助服务
等工作。新型电力系统要求大容量跨省输电网络作为电力供应的支撑，担负着风光电力到负荷中心的输送任务，呈现出较大的“西电东送，北电南送”模式。
4、未来电力系统研究的发展方向
4.1、发电侧：基于碳捕获与碳封存技术对电力建设的再判断与再思考
在发电侧方面，根据中国发电装机的特点及现实国情，以碳捕获和碳封存技术为目标，重新判断和思考发电侧电力体系的构建有一定的实际意义。尽管未来风电、光伏等新能源要挑起发电侧的大梁，但考虑到风电、光伏输出电能的间歇性特点，其大规模并网将会给能源电力供给带来不稳定冲击。随着风电和光伏比重越来越大，对电力系统影响强度也会持续攀升。为了确保电力系统的安全，稳定运行，需要在对冲可再生能源风险的前提下，配置相关电源。
“储能加可再生能源”或为解决能源供应系统的稳定性问题提供了一种可能的解决方案，然而储能技术中高可行的锂离子电池储能现有成本水平与大规模商业化布局仍存在很大差距，即便借助政府补贴政策，经济性表现仍不容乐观。因此，鉴于中国实际情况，电力系
统的另外一个配置方案也是值得探讨和重视的，那就是保留煤电，结合碳捕获，利用和封存技术（CCUS）进行“煤电加CCUS”的配置来缓解新能源储能的压力。
4.2、用电侧：产业结构转型及消费者行为的引导
一方面，对用电侧来说，以产业结构转型为目标进行相关研究为今后发展方向。高清洁发展对经济高质量发展具有重要意义，而经济高质量发展要求尽量做到“双脱钩”，即使GDP与化石能源尽量脱钩，与能源和电力需求的增长尽量脱钩。受经济水平、经济发展阶段等因素影响，发达国家在经济增长中相对较少依赖于能源消费，与中国相似的发展中国家则仍然缓慢脱钩。尽管近年来中国通过技术进步和产业升级使得经济增长与能源需求增长的相关度略有降低，但仍有较大下降空间。
4.3、电网侧：电网智能化建设与全国统一电力市场构建的思考
从电网侧来看，首先值得重视的一个研究领域就是电网智能化建设。风电与光伏是今后能源转型的关键方向，随着风电与光伏比重越来越大，能源系统稳定性面临挑战。根据国家计划，新能源大基地建设正强力推进，与其配套的电网设备也同样要抓紧施工。智能电网
必将成为与发电侧结构变化相匹配的重点。智能电网简化了新能源发电接入电网的流程，并通过提高互联标准降低了发电系统与储能系统的接入难度，使各种发电与储能设备能够接入不同电压等级。
5、结束语
随着我国电力事业的不断发展与发展目标，对电力系统的需求也在不断增加。本文提出了一种基于边缘节点技术的电力系统优化改造。不再依赖源-荷平衡技术来改造电力系统，而从网，源，荷，储角度做进一步加工，增强新能源为主的系统供给能力。由此可见，本文的研究也就显得十分的有意义。
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作者简介： 王兴龙（1989.06--），男，汉族，贵州毕节人，工程师，硕士，主要从事变电运行与检修 电力行业
