新型电力系统装备发展与能源清洁低碳转型

　　构建新型电力系统，是以习近平同志为核心的党中央着眼加强生态文明建设、保障国家能源安全、实现可持续发展作出的一项重大部署，对我国能源电力转型发展、实现“双碳”目标具有重要意义。新型电力系统呈现“双高”的基本特征，即高比例的新能源设备和电力电子设备，这一新的特征对传统电力系统运行机理提出了重大挑战，需加快新型装备的研发、设计、制造和应用，以适应新型电力系统的发展需求。

　　新型电力系统下　电力装备面临机遇与挑战

　　新型电力系统的内涵包括低碳、安全、高效三个核心层面：低碳是新型电力系统的核心目标。依靠传统的电源侧和电网侧调节手段，难以满足新能源持续大规模并网消纳的需求。新型电力系统亟需激发负荷侧和新型储能技术等潜力，形成“源网荷储”协同消纳新能源的格局;安全是新型电力系统的基本要求。当前我国多区域交直流混联的大电网结构日趋复杂，间歇性、波动性新能源发电接入电网规模快速扩大，新型电力电子设备应用比例大幅提升，极大地改变了传统电力系统的运行规律和特性。新型电力系统必须在理论分析、控制方法、调节手段等方面创新发展，以应对日益加大的各类风险和挑战;高效是新型电力系统的关键要素。未来高比例新能源与海量用户接入电力系统，给能源资源优化配置的效率带来重大挑战。需加快建设全国统一电力市场，实现更高的资源优化配置效率与更大的能源优化空间。

　　在构建新型电力系统的过程中，电力系统将从刚性向柔性发展，与数字化、信息化、智能化特征融合，逐步发展为全面可见、可知、可测、可控的电力系统。电力电子技术在新能源发电和直流输配电等领域发挥着越来越重要的作用，直流输电与电力电子技术将扮演重要角色。构建新型电力系统，涉及新型电力装备技术研发、设计、制造与应用，特别是数字技术赋能新型电力系统，新型电力系统装备发展面临重大机遇与挑战。

　　最近，工业和信息化部等五部委联合发布《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》(工信部重装[2022]105号)提出，坚持市场主导、政府引导、创新驱动、产业升级，以高端智能绿色发展为方向，以绿色低碳科技创新为驱动，以应用创新及示范推广为抓手，加快构建支撑能源清洁生产和能源绿色消费的装备供给体系，推动电力装备高质量发展，助力碳达峰目标顺利实现。计划在5~8年，实现电力装备供给结构显著改善，保障电网输配效率明显提升，高端化、智能化、绿色化发展及示范应用不断加快，国际竞争力进一步增强，基本满足适应非化石能源高比例、大规模接入的新型电力系统建设需要。

　　在新型发电装备方面，加速发展清洁低碳发电装备。推进煤电装备节能降碳改造、灵活性改造、供热改造“三改联动”。加快推进燃气轮机研究开发;推进水电机组宽负荷改造，加快可变速抽水蓄能及海上抽水蓄能装备研制应用及高水头冲击式水电机组关键技术研究;加快三代核电装备的批量化，加速四代核电装备研发应用;推进风光储一体化装备发展，推动构网型新能源发电装备研究开发;加快生物质能装备以及海洋能、地热能等开发利用装备的研制和应用。着力攻克可再生能源制氢等技术装备。

　　在新型输变电装备方面，提升输变电装备消纳保障能力。面向电网高比例可再生能源、高比例电力电子装备“双高”特性，以及夏、冬季双负荷高峰的需求特点，加快发展特高压输变电、柔性直流输电装备;瞄准安全灵活、绿色低碳的输电网技术装备，持续开展不同电压等级、不同开断容量的发电机断路器及高电压等级真空开关设备的研制，加快大功率电力电子器件、天然酯(植物)绝缘油变压器等研发突破。

　　在新型配电装备方面，加快推进配电装备升级换代。发展满足新型电力系统“双高”“双随机”(分布式新能源的随机性和可调负载的随机性)特性的保护与控制配电技术装备。依托智能配电网、主动配电网建设，加快电网之间柔性可控互联。直流与交流深度融合是新型电力系统重要形态特征，直流配用电系统从器件技术、装备技术和系统技术等方面，构建直流配用电系统整套技术体系，以技术产业化推动工程应用，助力国家新能源发展。

　　在新型用电装备方面，提高用电设备能效匹配水平。加强高效节能变压器研制及推广应用。加快推广应用高能效电锅炉、电窑炉等装备，拓展工业、交通、建筑等领域电能替代;加快用能系统能效提升，开展重点用电设备系统匹配性节能改造和运行控制优化;积极发展以消纳新能源为主的智能微电网，加速突破综合能源管理和利用、多电源优化互动等技术装备;推动完善废旧电机回收利用体系，鼓励企业开展电机再制造应用。

　　基于新能源具有随机性、波动性及间歇性等特点，新型电力系统迫切需要建立“源网荷储”的运作模式，也就是电源、电网、负荷、储能各环节协调互动，实现安全稳定的运行。新型电力系统装备典型应用场景包括：

　　“源”端主要在电源侧，未来清洁低碳电源将成为主体，包括第一类像风电、光伏等具有强不确定性的可再生能源;以及第二类可提供灵活性的可靠零碳电源，比如大中型水电、核电、生物质、光热、氢能发电等;以及第三类保留化石能源发电机组，通过灵活性改造用作系统调峰电源。由于我国能源和负荷分布不均的问题，加强特高压建设有助于发挥大电网对清洁能源的配置作用。

　　“网”端主要在电网侧，根据我国国情与资源禀赋，“西电东送、北电南送”的电力流分布持续强化，新能源开发呈现集中式与分布式并举的格局，电网呈现出交直流混联大电网、柔直电网、主动配网、微电网等多种形态电网并存。电网不仅承担电能传输的作用，而且将更多地承担电能互济、备用共享的职能。配电网将从交流电网转为柔性交直流配网，还将接入分布式可再生能源、储能、电动汽车、需求响应等各种灵活性的“配套”资源，实现灵活性需求的就地平衡。

　　“荷”端主要在负荷侧，随着能源消费结构与产业结构调整，电气化水平不断提升，高耗能工业负荷逐步减少，数据中心、电动汽车等负荷将大幅增长，电制氢、储能、智能电器等交互式用能设备将广泛接入和应用，未来负荷种类呈多元化特点。一方面伴随数字化转型发展，海量用户聚合下的双向互动与需求响应将成为常态;另一方面通过“电–热–冷–气”等不同能源消费的协同互动与优化，实现不同能源负荷的弹性替代，灵活可控负荷将成为电力灵活性资源的重要组成部分。

　　“储”端主要在储能侧，储能将成为未来电力系统升级最关键的环节。风光等新能源发电具有不稳定性，为了保证电力系统稳定运行，需要储能调节，起到削峰填谷的作用。新型电力系统将依托抽蓄、化学储能、光热储热、氢储能、压缩空气储能等多元储能技术体系，以电网为纽带，将独立分散的电网侧、电源侧、用户侧储能资源进行全网的优化配置，推动“源–网–荷”各环节储能能力全面释放，构建多元、融合、开放、共享的储能体系。对应构建新型电力系统而言，储能系统的进展直接决定了新型电力系统构建的进程和成果。

　　能源清洁低碳转型　未来发展方向

　　构建新型电力系统对电力系统装备提出了新的要求。

　　一是适应能源配置平台化，创新电网发展方式。考虑到我国能源资源与需求逆向分布的特点，需持续完善核心骨干网架，加大各级电网建设投资力度，尤其特高压交直流再次迎来大规模建设。特高压作为解决资源禀赋约束的重要环节，成为构建新型电力系统重要组成部分。“十四五”计划新建特高压线路“24交14直”，涉及线路长3万余千米，总投资约计3800亿元。特高压产业链受益，既能拉动包括高压电气开关设备、换流阀、线缆、变压设备等硬件的需求，又能带动智能化终端、智能芯片等需求。

　　二是适应能源生产清洁化，提升新能源开发利用水平。截至2021年底，全国发电装机容量约23.77亿千瓦，同比增长7.9%，其中可再生能源发电装机达到10.63亿千瓦，占总发电装机容量的44.8%。最近，国家发改委等九部门联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》，明确可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比超过50%，风电和太阳能发电量实现翻倍。同时，我国能源结构基本特征是“富煤、贫油、少气”，燃气调峰电站发展不足，抽水蓄能和燃气电站占比仅约6%，其中抽水蓄能占比约1.4%，与发达国家相比，我国抽水蓄能仍有较大发展空间。根据《抽水蓄能中长期发展规划(2021~2035年)》，到2025年，抽水蓄能投产总规模6200万千瓦以上;到2030年，投产总规模1.2亿千瓦左右。

　　三是适应能源消费电气化，促进节能降耗满足用能需求。电力行业碳排放约占全社会碳排放总量的40%。稳妥有序、因地制宜推动电能替代，在北方地区推动以电代煤清洁取暖，全面开展全电景区、全电船舶、公路与铁路电气化等电能替代项目。加快建设充电基础设施，构建“十纵十横两环网”快充网络，有效缓解电动汽车远距离出行“里程焦虑”。积极引导用户高效用能、绿色用能、节约用能。

　　四是适应能源创新融合化，打造原创技术策源地。大力实施新型电力系统科技攻关行动，推进协同创新，加大研发经费投入，开展大电网安全稳定控制、虚拟电厂、特高压分接开关等重大技术攻关，攻克各种“卡脖子”“无人区”技术难题，全方位提高自主创新能力，打造新型电力系统示范区。持续跟踪颠覆性技术发展趋势，强化基础研究和前沿技术布局，取得更多原创成果。

　　五是适应能源业态数字化，加强能源互联网建设。深入应用“大云物移智链”等新一代信息技术，加快推动电网向能源互联网升级，实现电网生产、经营、管理等核心业务数字化转型，促进发输配用各领域、源网荷储各环节、电力与其他能源系统协调联动。加强产业链上下游协同，以数字平台服务推动上下游企业供需匹配、资源共享，促进产学研用深度结合，加快孕育能源数字经济新业态新模式，当好现代产业链的“链长”。

　　电力装备质量提升 与供应链创新应用

　　当前，百年变局与世纪疫情交织叠加，经济全球化遭遇逆流，贸易保护主义、单边主义抬头，全球产业链供应链面临重构，我国产业链供应链安全稳定运行面临重大威胁，特别是在疫情冲击下，部分原材料和关键零部件上下游供应链的生产畅通受到影响，增强产业链供应链自主可控能力，维护产业链供应链安全稳定尤为重要。

　　随着我国电力工业快速发展，特别是新能源发电、核电、水电以及特高压输变电建设,促进我国电力装备制造业技术研发能力、生产装备水平、工艺制造质量、试验条件改善等方面得到很大提高，我国电力装备制造业电力装备质量水平、自主可控能力以及国际影响力和话语权明显增强，逐步实现“中国创造”向“中国引领”转变。

　　但是，我国电力装备制造业大而不强，低端产品产能过剩，高端产品产能不足，产业同质化竞争严重，部分关键组部件、关键核心零部件、电力电子器件、精密加工元件、原材料、工业软件、工控系统软硬件等依赖进口。部分电力装备产品在质量可靠性、稳定性和一致性方面与国际先进水平仍有差距，迫切需要加快构建电力装备自主可控、安全可靠的产业链供应链，进一步提高电力装备质量水平。

　　今年3月，国家市场监管总局等三部委联合印发《关于全面加强电力设备产品质量安全治理工作的指导意见》，指出加大电力设备质量监管力度，鼓励有关行业组织和骨干用户企业运用物联网、大数据、人工智能等技术，建设电力设备质量安全风险监测平台;建立基于供应链的电力设备质量安全追溯机制，不断提高电力装备质量水平，确保电力生产安全可靠稳定运行。中电联电力装备及供应链分会将聚焦新型电力系统装备质量提升，聚焦电力装备产业链、供应链自主可控，聚焦电力行业绿色低碳转型，聚焦数字技术赋能电力物资供应链创新发展，积极推动电力央企发挥“链长”作用，促进国内骨干电工装备企业发挥“链主”作用，引领支撑产业链供应链上下游企业协同发展，构建电力装备和供应链上下游生态，强化产业链、稳定供应链、提升价值链、促进创新链，推动电力装备与供应链数字化、智慧化、绿色化、标准化、平台化、服务化，全面提高电力行业现代供应链创新发展与自主可控水平，为促进新型电力系统发展、推动能源清洁低碳转型贡献力量。

　　本文刊载于《中国电力企业管理》2022年10期，作者丁永福、韩文德、王馨艺、刘曼曼 均供职于中国电力企业联合会电力装备及供应链分会