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目前的一种常见思维是，当建设了足够多的可再生能源发电设备后，碳排放问题就自然而然的获得了解决，我们就能实现“碳中和”。
这显然不可能。
事实上，大宗的新能源发电设备的接入，会对目今的电网造成很大影响。如果不睬解，可以参考看看能源结构中高占比的景物电如何恶化了我国东北与美国得州的用电�；�。因此，关于新能源并网，绝不是一个简单的“越多越好”的二元问题。
针对新能源发电的治理，2021年3月，中央财经委员会第九次集会上指出“要着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制革新，构建以新能源为主体的新型电力系统”——这正是解决计划。
01.什么是以新能源为主体的新型电力系统
目前，新型电力系统仍然没有官方的明确界说，但各方共识基本集中于“新能源为主体”，这意味着我国电力系统的新能源占比未来将抵达50%以上。
从生长阶段来看，“以新能源为主体”将分为两个主要阶段：
新能源装机占50%以上；
新能源发电量占50%以上。
然而在现阶段，从装机量看，2020年我国电源总装机22亿千瓦，其中风、光、生物质共占比26%；可如果从发电量来看，风、光、生物质的占比迅速跌到11%，与目标差别很大，可见未来的很长一段时间，大力生长风、光等新能源将成为构建新型电力系统确当务之急。
中国电源结构（数据来源《中国能源生长报告2020》）
相对来说，只要考察恰当，建设加速，以我国的新能源基建水平，将装机容量快速提升至50%水平并不困难。预计到2025年，可再生能源（含水电）装机就将凌驾50%，而到2035年，新能源的装机占比就可以提升到50%以上。
与装机相比，新能源的发电想抵达50%以上则是一个更为恒久、艰巨的任务，因为风、光等新能源自己就具有不确定性，其利用小时数远低于火电：统计数据显示，风电的年发电利用小时数约是火电的一半左右，光伏则更低，所以为了发同样的电，需要的新能源装机容量可能是火电的两到三倍。
数据来源：能源研究俱乐部
然而如果新能源的占比真的如此之高，将给电力系统带来一系列艰巨的挑战。
02.新型电力系统建设面临的挑战
一、不确定性带来的平衡难题
从下图可以看出，新能源有很强的波动性，着力忽大忽��；同时新能源天然也具有不确定性，你用电的时候纷歧定有风吹、有光照。目今电网中，新能源的占比还不高，火电机组就全权卖力蒙受这种波动和不确定性：景物发电少了，火电就多发电。景物发电多，火电就少发电。
可是未来呢？如果新能源成为了我们最主要的电源，又该如何解决问题？
二、调理能力缺陷滋扰电网稳定性
电力系统想正常运行，就涉及了两个重要的稳定看法：频率稳定，电压稳定。而古板的同步发电机是维持这两个稳定性的最大支柱。但风、光等新能源并不具备古板发电机维持电压和频率的能力，甚至接入会消耗大宗无功，还可能破坏电力系统的稳定，为电力系统的宁静带来危害。
频率稳定：是指电力系统受到严重扰动后，发电和负荷需求泛起大的不平衡，系统仍能坚持稳定频率的能力，主要由同步发电机中的调频装置卖力。
频率与发电机的转速息息相关，一般的电机一般会维持3000转/分钟（1对极，50转/s），或1500转/min（2对极，25转/s）的转速，对应的则是电网供电的50Hz交流电。当供电的功率比用电功率低的时候，发电机的转速就会下降，将发电机巨大转子（可参考下图）里贮存的一部分动能转化为电能供应到电网里，转速下降带来的就是电压频率的下降，例如降低到49.8Hz，此时频率调理机构就会开始启动，关于火电厂就加大蒸汽的流量、关于水电厂就增加水流的流量，来输出更多的功率，让发电机加速，继而维持50Hz的频率。
然而，风电、光伏往往靠天用饭，当频率下降的时候，没有特另外方法可以让他们输出更多的功率，其频率调理能力远远低于古板火电机组。
电压稳定：是指处于给定运行点的电力系统在经受扰动后，维持所有节点电压为可接受值的能力。它依赖于系统维持或恢复负荷需求和负荷供应之间平衡的能力。
发电机组在发电时，除了输出有功功率外，还会输出无功功率，而无功功率则是维持电力系统电压的焦点。然而，风电、光伏基本上不具备为电网提供无功功率的能力，或者只能提供很是少的无功功率，在许多时候可能还需要从电网吸收无功才华维持运行，这就降低了电网电压的稳定性。同时，风、光发电的输出功率波动很大（由于风、光资源不稳定），功率爆发变革也就会带来电压的波动，这会让电网电压越发的不稳定。
无功功率：在电网中，需要构建交变的磁场来搭起能量的桥梁，他们一部分从电源吸收能量，另一部分时间则释放能量，这个历程平均功率为0，但为建立这些磁场合需的功率，就是无功功率。
三、电力电子设备接入的系统性问题
古板的电力系统及其剖析理论建立在所有电源都是同步发电机的基础上，也就是说我们的剖析与调控手段都是基于发电机转速下降/上升，线圈的磁场如何变革来制定的。
但新能源作为电源，他们依托了大宗电力电子设备进行发电，好比双馈异步风力发电机、永磁直驱风力发电机里面都含有电力电子部件，而光伏的逆变器更是纯电力电子设备，当这些设备成为主流后，建立在“发电机转子转动惯量”“线圈磁通磁导”这样看法上的剖析理论将不再适用，以往的调控方法也将难以应用于这样的新型电力系统。
例如我们前面说过，发电机拥有巨大的转子，里面在正常转动时贮存了大宗的动能，也就是所谓的“惯性”。当功率缺乏时，发电机转速下降，但损失的动能会酿成电能继续供电，这就为调理争取了时间，但像光伏这样的新能源基础就没有“转子”，更无从谈起所谓的“惯性”了，所以原来的调理方法将不再适用，这也让新能源占比很高的电力系统变得异常软弱。
03.新型电力系统建设的主要偏向
上文我们提到了电力系统面对的新问题，那么如何解决这些问题？这就需要做好三件事：看的准、调得动、储得住。
看得准
可再生能源的不确定性带来了新型电力系统中的很大一部分问题，那么最直接的思路自然是付与电网确定性，也就是提高对发电能力预测的准确性。
举个例子，电网可以知道明天下午3:00景物端发不出电，就可以提前给旁边的煤电厂打个电话，告诉对方在这一时段提高多发电来弥补缺口。
电力预测是门技术活，需要结合气象、大数据剖析、人工智能等一系列的新技术。事实上我们国家每个风电场并网，都要求他们对自己的功率进行预测，并且划定了必须抵达的预测精度，每个省各有差别。下图是国家能源局东北监管局宣布的关于风电预测准确性的考核。
并且要知道，如果预测总蜕化，是要罚钱的！例如河北南部电网，2021年2月风电场考核总用度就抵达了422.54万元，所以景物电厂往往有很强的动力去提升自己的预测精度。
那么要如何进行预测呢？从技术角度说，我们可以将预测凭据时间进行分类，分为超短期功率预测、短期功率预测、中恒久功率预测三类。差别预测的特点与适用规模，以及对应的典范要领如下所示：（节选于《中国电机工程学会专题技术报告2018 下卷 新能源发电功率预测技术》）
其中典范要领具体的方法如下：
（1）连续法：连续要领是以目今时刻实测功率值作为未来时刻预测功率的风电功率预测要领。其模型简单，预测精度随预測时间增加而迅速下降，通常适用于时间标准较短的预测。
（2）物理法：物理要领的原理是凭据风电场周围的地形地貌信息和物理信息，接纳微观气象学理论或流体力学要领，建立起切合风电场气象特征信息的流体力学模型，然后接纳该模型预测风电机组轮毂高度的风速、风向等信息，进而预测风电场的功率。
（3）统计要领：统计要领不考虑风速变革的物理历程，以对历史统计数据和NWP数据的剖析研究为基础，建立NWP数据与风电场输出功率之间的映射关系。该要领直接利用NWP数据对风电场输出功率进行预测。统计要领同时适用于超短期、短期和中恒久预测，进行超短期风功率预测时只需使用历史数据，短期和中恒久预测时要使用历史数据和NWP数据。统计要领相对物理要领而言越发简单、使用的数据简单，但对突变信息的处理能力较差。
（4）人工智能要领：属于统计要领，但更为先进。人工智能要领需要大宗的历史视察数据来建立模型，但其具有模型修改便当、精确度高的持点。人工智能要领同时适用于超短期、短期和中恒久预测，进行超短期风功率预测时只需使用历史数据，短期和中恒久预測时要使用历史数据和NWP数据。
调得动
另一方面，既然景物总是波动来波动去，那电网是不是能跟上波动就行了呢？现在依靠大宗的煤电去调理，未来煤电虽然越来越少，可是我们可以去找新的资源调理。
需要明确的是，其实煤电并不是一种很是好的调理资源。首先是它的调理规模并不大，现有古板煤电的调峰深度或许在50%左右，也就是说一台满发100MW的发电机，它的输出功只能维持在50MW~100MW，低于50MW就要�；�。东北常见的供热机组的调峰深度更是只有30%，基本上没有调理空间。
其次是变的慢，火电的爬坡速度约是1.5%~3%/min，也就是100MW的机组，每分钟最多变革1.5MW~3MW的着力，非�；郝�。相比之下水电的爬坡速率可以抵达50%~100%/min，天然气发电也有20%/min，调理能力都比火电强（核电的调峰能力更差）。之前依靠煤电数量多才压住了新能源的波动性，用10台机组，调1台的波动，未来随着煤电越来越少，这种情况一定要改变。
我从《2030年前碳达峰行动计划》（以下简称行动计划）中，节选了部分与之相关的质料：
“因地制宜开发水电�；平缁亟ㄉ�，推动金沙江上游、澜沧江上游、雅砻江中游、黄河上游等已纳入计划、切合生态�；ひ蟮乃缦钅靠そㄉ�，推进雅鲁藏布江下游水电开发，推动小水电绿色生长。推动西南地区水电与风电、太阳能发电协同互补。统筹水电开发和生态�；�，探索建立水能资源开爆发态�；づ獬セ�。“十四五”“十五五”期间划分新增水电装机容量4000万千瓦左右，西南地区以水电为主的可再生能源体系基本建立。”
“大力提升电力系统综合调理能力，加速灵活调理电源建设，引导自备电厂、古板高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等加入系统调理，建设坚强智能电网，提升电网宁静包管水平。”
可以看到，国家点名了要“因地制宜”的“积极”生长水电，但完全没提气电，只是笼统的说了一句“加速灵活调理电源建设”。
这是因为水电是很是棒的资源，清洁无污染，调理能力强，其实是未来的首选电源，可是我们国家的水电开发结果有目共睹，事实上开发已经很是充分了。凭据测算，我们国家可开发水电5.41亿千瓦，经济可开发装机4.02亿千瓦，但凭据2020年的数据，已经装机的水电或许是3.3亿千瓦，也就是说具有经济性的可开发容量已经开发了82.1%，因此我们只能“积极”的凭据具体情况，“因地制宜”去找到还未被开发的水电资源进行开发。
至于天然气发电虽然很优秀，但不幸的是我国的燃气很是依赖进口。2020年我国天然气消费3288亿立方米，其中进口1400亿立方米，占消费量的42.57%，而工业用气1240亿立方米，都会燃气消费量1205亿立方米——也就是说如果进口被卡脖子，我们正常家里炒菜做饭取暖都会受影响，更不要说发电了。因此虽然气电性能很好，但不是未来生长的重点。
那么除了电源我们另有没有其他的调理方法呢？文件中说：“引导自备电厂、古板高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等加入系统调理”，又是什么意思？
上面的内容除了自备电厂外和虚拟电厂外，基本都是去通过引导我们怎么用电，来提升调理能力。电力系统是双向的，电源卖力发电，用户卖力用电，发电和用电总是平衡的。
如果电源发电一会高一会低要怎么办？“古板高载能工业负荷、工商业可中断负荷”加入调理的方法就是“少用电”，电网可以提前与一些工厂签协议，给你钱或者电价优惠一点，可是在我让你少用电的时候你必须要少用电，这就增加了电网的调理能力。
电动汽车充电网络则是利用海量电动汽车充电的功率进行调理，电多的时候功率大一点，电少的时候功率小一点，甚至在特殊情况下让电动汽车作为储能电池给电网供电。
“虚拟电厂”则越发庞大。我们可以将屋顶上的漫衍式光伏、小风电、储能电池以及上文提到的种种系统统一调理，在电网看来这就像是一个电厂，电网给你下命令，你今天下午3点，必须发500千瓦的电，这个时候这个虚拟电厂就算来算去，发明下午光伏可以发300千瓦，我们手里的负荷可以少用100千瓦的电（少用电即是发电），储能可以再发100千瓦，齐活~通过这样底层的协调控制，像一个电厂一样加入到电网的运行里，不是电厂、胜似电厂，所以叫“虚拟电厂”。
储得住
在《行动计划》里，还提到：“积极生长‘新能源+储能’、源网荷储一体化和多能互补，支持漫衍式新能源合理配置储能系统。制定新一轮抽水蓄能电站中恒久生长计划，完善增进抽水蓄能生长的政策机制。加速新型储能示范推广应用。”
概括来说，就是储能，很是重要！
储能堪称是为新型电力系统量身订做的调理方法，多的时候可以充电，少了可以放电，其他调理往往是单向的，只能选择少发电或多发电，负荷只能选择少用电或多用电，而储能则可以选择究竟发电照旧用电，调理能力极强。
并且储能有效解决新能源发电的协波问题，全面提升电网的稳定性、宁静性和长期性。这也是全国各地纷纷出台政策步伐，引导光伏配储能的基础原因。
文章来源：放大灯 特约作者 凌霜微雨
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