新型電力系統(tǒng)裝備發(fā)展與能源清潔低碳轉(zhuǎn)型

　　構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央著眼加強生態(tài)文明建設(shè)、保障國家能源安全、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展作出的一項重大部署，對我國能源電力轉(zhuǎn)型發(fā)展、實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義。新型電力系統(tǒng)呈現(xiàn)“雙高”的基本特征，即高比例的新能源設(shè)備和電力電子設(shè)備，這一新的特征對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運行機理提出了重大挑戰(zhàn)，需加快新型裝備的研發(fā)、設(shè)計、制造和應(yīng)用，以適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需求。

　　新型電力系統(tǒng)下　電力裝備面臨機遇與挑戰(zhàn)

　　新型電力系統(tǒng)的內(nèi)涵包括低碳、安全、高效三個核心層面：低碳是新型電力系統(tǒng)的核心目標。依靠傳統(tǒng)的電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)手段，難以滿足新能源持續(xù)大規(guī)模并網(wǎng)消納的需求。新型電力系統(tǒng)亟需激發(fā)負荷側(cè)和新型儲能技術(shù)等潛力，形成“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同消納新能源的格局;安全是新型電力系統(tǒng)的基本要求。當前我國多區(qū)域交直流混聯(lián)的大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，間歇性、波動性新能源發(fā)電接入電網(wǎng)規(guī)?？焖贁U大，新型電力電子設(shè)備應(yīng)用比例大幅提升，極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運行規(guī)律和特性。新型電力系統(tǒng)必須在理論分析、控制方法、調(diào)節(jié)手段等方面創(chuàng)新發(fā)展，以應(yīng)對日益加大的各類風(fēng)險和挑戰(zhàn);高效是新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵要素。未來高比例新能源與海量用戶接入電力系統(tǒng)，給能源資源優(yōu)化配置的效率帶來重大挑戰(zhàn)。需加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場，實現(xiàn)更高的資源優(yōu)化配置效率與更大的能源優(yōu)化空間。

　　在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程中，電力系統(tǒng)將從剛性向柔性發(fā)展，與數(shù)字化、信息化、智能化特征融合，逐步發(fā)展為全面可見、可知、可測、可控的電力系統(tǒng)。電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電和直流輸配電等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，直流輸電與電力電子技術(shù)將扮演重要角色。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，涉及新型電力裝備技術(shù)研發(fā)、設(shè)計、制造與應(yīng)用，特別是數(shù)字技術(shù)賦能新型電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)裝備發(fā)展面臨重大機遇與挑戰(zhàn)。

　　最近，工業(yè)和信息化部等五部委聯(lián)合發(fā)布《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》(工信部重裝[2022]105號)提出，堅持市場主導(dǎo)、政府引導(dǎo)、創(chuàng)新驅(qū)動、產(chǎn)業(yè)升級，以高端智能綠色發(fā)展為方向，以綠色低碳科技創(chuàng)新為驅(qū)動，以應(yīng)用創(chuàng)新及示范推廣為抓手，加快構(gòu)建支撐能源清潔生產(chǎn)和能源綠色消費的裝備供給體系，推動電力裝備高質(zhì)量發(fā)展，助力碳達峰目標順利實現(xiàn)。計劃在5~8年，實現(xiàn)電力裝備供給結(jié)構(gòu)顯著改善，保障電網(wǎng)輸配效率明顯提升，高端化、智能化、綠色化發(fā)展及示范應(yīng)用不斷加快，國際競爭力進一步增強，基本滿足適應(yīng)非化石能源高比例、大規(guī)模接入的新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要。

　　在新型發(fā)電裝備方面，加速發(fā)展清潔低碳發(fā)電裝備。推進煤電裝備節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯(lián)動”。加快推進燃氣輪機研究開發(fā);推進水電機組寬負荷改造，加快可變速抽水蓄能及海上抽水蓄能裝備研制應(yīng)用及高水頭沖擊式水電機組關(guān)鍵技術(shù)研究;加快三代核電裝備的批量化，加速四代核電裝備研發(fā)應(yīng)用;推進風(fēng)光儲一體化裝備發(fā)展，推動構(gòu)網(wǎng)型新能源發(fā)電裝備研究開發(fā);加快生物質(zhì)能裝備以及海洋能、地?zé)崮艿乳_發(fā)利用裝備的研制和應(yīng)用。著力攻克可再生能源制氫等技術(shù)裝備。

　　在新型輸變電裝備方面，提升輸變電裝備消納保障能力。面向電網(wǎng)高比例可再生能源、高比例電力電子裝備“雙高”特性，以及夏、冬季雙負荷高峰的需求特點，加快發(fā)展特高壓輸變電、柔性直流輸電裝備;瞄準安全靈活、綠色低碳的輸電網(wǎng)技術(shù)裝備，持續(xù)開展不同電壓等級、不同開斷容量的發(fā)電機斷路器及高電壓等級真空開關(guān)設(shè)備的研制，加快大功率電力電子器件、天然酯(植物)絕緣油變壓器等研發(fā)突破。

　　在新型配電裝備方面，加快推進配電裝備升級換代。發(fā)展?jié)M足新型電力系統(tǒng)“雙高”“雙隨機”(分布式新能源的隨機性和可調(diào)負載的隨機性)特性的保護與控制配電技術(shù)裝備。依托智能配電網(wǎng)、主動配電網(wǎng)建設(shè)，加快電網(wǎng)之間柔性可控互聯(lián)。直流與交流深度融合是新型電力系統(tǒng)重要形態(tài)特征，直流配用電系統(tǒng)從器件技術(shù)、裝備技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)等方面，構(gòu)建直流配用電系統(tǒng)整套技術(shù)體系，以技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推動工程應(yīng)用，助力國家新能源發(fā)展。

　　在新型用電裝備方面，提高用電設(shè)備能效匹配水平。加強高效節(jié)能變壓器研制及推廣應(yīng)用。加快推廣應(yīng)用高能效電鍋爐、電窯爐等裝備，拓展工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域電能替代;加快用能系統(tǒng)能效提升，開展重點用電設(shè)備系統(tǒng)匹配性節(jié)能改造和運行控制優(yōu)化;積極發(fā)展以消納新能源為主的智能微電網(wǎng)，加速突破綜合能源管理和利用、多電源優(yōu)化互動等技術(shù)裝備;推動完善廢舊電機回收利用體系，鼓勵企業(yè)開展電機再制造應(yīng)用。

　　基于新能源具有隨機性、波動性及間歇性等特點，新型電力系統(tǒng)迫切需要建立“源網(wǎng)荷儲”的運作模式，也就是電源、電網(wǎng)、負荷、儲能各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)互動，實現(xiàn)安全穩(wěn)定的運行。新型電力系統(tǒng)裝備典型應(yīng)用場景包括：

　　“源”端主要在電源側(cè)，未來清潔低碳電源將成為主體，包括第一類像風(fēng)電、光伏等具有強不確定性的可再生能源;以及第二類可提供靈活性的可靠零碳電源，比如大中型水電、核電、生物質(zhì)、光熱、氫能發(fā)電等;以及第三類保留化石能源發(fā)電機組，通過靈活性改造用作系統(tǒng)調(diào)峰電源。由于我國能源和負荷分布不均的問題，加強特高壓建設(shè)有助于發(fā)揮大電網(wǎng)對清潔能源的配置作用。

　　“網(wǎng)”端主要在電網(wǎng)側(cè)，根據(jù)我國國情與資源稟賦，“西電東送、北電南送”的電力流分布持續(xù)強化，新能源開發(fā)呈現(xiàn)集中式與分布式并舉的格局，電網(wǎng)呈現(xiàn)出交直流混聯(lián)大電網(wǎng)、柔直電網(wǎng)、主動配網(wǎng)、微電網(wǎng)等多種形態(tài)電網(wǎng)并存。電網(wǎng)不僅承擔(dān)電能傳輸?shù)淖饔茫覍⒏嗟爻袚?dān)電能互濟、備用共享的職能。配電網(wǎng)將從交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)為柔性交直流配網(wǎng)，還將接入分布式可再生能源、儲能、電動汽車、需求響應(yīng)等各種靈活性的“配套”資源，實現(xiàn)靈活性需求的就地平衡。

　　“荷”端主要在負荷側(cè)，隨著能源消費結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，電氣化水平不斷提升，高耗能工業(yè)負荷逐步減少，數(shù)據(jù)中心、電動汽車等負荷將大幅增長，電制氫、儲能、智能電器等交互式用能設(shè)備將廣泛接入和應(yīng)用，未來負荷種類呈多元化特點。一方面伴隨數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展，海量用戶聚合下的雙向互動與需求響應(yīng)將成為常態(tài);另一方面通過“電–熱–冷–氣”等不同能源消費的協(xié)同互動與優(yōu)化，實現(xiàn)不同能源負荷的彈性替代，靈活可控負荷將成為電力靈活性資源的重要組成部分。

　　“儲”端主要在儲能側(cè)，儲能將成為未來電力系統(tǒng)升級最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。風(fēng)光等新能源發(fā)電具有不穩(wěn)定性，為了保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要儲能調(diào)節(jié)，起到削峰填谷的作用。新型電力系統(tǒng)將依托抽蓄、化學(xué)儲能、光熱儲熱、氫儲能、壓縮空氣儲能等多元儲能技術(shù)體系，以電網(wǎng)為紐帶，將獨立分散的電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)儲能資源進行全網(wǎng)的優(yōu)化配置，推動“源–網(wǎng)–荷”各環(huán)節(jié)儲能能力全面釋放，構(gòu)建多元、融合、開放、共享的儲能體系。對應(yīng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)而言，儲能系統(tǒng)的進展直接決定了新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的進程和成果。

　　能源清潔低碳轉(zhuǎn)型　未來發(fā)展方向

　　構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對電力系統(tǒng)裝備提出了新的要求。

　　一是適應(yīng)能源配置平臺化，創(chuàng)新電網(wǎng)發(fā)展方式?？紤]到我國能源資源與需求逆向分布的特點，需持續(xù)完善核心骨干網(wǎng)架，加大各級電網(wǎng)建設(shè)投資力度，尤其特高壓交直流再次迎來大規(guī)模建設(shè)。特高壓作為解決資源稟賦約束的重要環(huán)節(jié)，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)重要組成部分。“十四五”計劃新建特高壓線路“24交14直”，涉及線路長3萬余千米，總投資約計3800億元。特高壓產(chǎn)業(yè)鏈受益，既能拉動包括高壓電氣開關(guān)設(shè)備、換流閥、線纜、變壓設(shè)備等硬件的需求，又能帶動智能化終端、智能芯片等需求。

　　二是適應(yīng)能源生產(chǎn)清潔化，提升新能源開發(fā)利用水平。截至2021年底，全國發(fā)電裝機容量約23.77億千瓦，同比增長7.9%，其中可再生能源發(fā)電裝機達到10.63億千瓦，占總發(fā)電裝機容量的44.8%。最近，國家發(fā)改委等九部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，明確可再生能源發(fā)電量增量在全社會用電量增量中的占比超過50%，風(fēng)電和太陽能發(fā)電量實現(xiàn)翻倍。同時，我國能源結(jié)構(gòu)基本特征是“富煤、貧油、少氣”，燃氣調(diào)峰電站發(fā)展不足，抽水蓄能和燃氣電站占比僅約6%，其中抽水蓄能占比約1.4%，與發(fā)達國家相比，我國抽水蓄能仍有較大發(fā)展空間。根據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021~2035年)》，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬千瓦以上;到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2億千瓦左右。

　　三是適應(yīng)能源消費電氣化，促進節(jié)能降耗滿足用能需求。電力行業(yè)碳排放約占全社會碳排放總量的40%。穩(wěn)妥有序、因地制宜推動電能替代，在北方地區(qū)推動以電代煤清潔取暖，全面開展全電景區(qū)、全電船舶、公路與鐵路電氣化等電能替代項目。加快建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建“十縱十橫兩環(huán)網(wǎng)”快充網(wǎng)絡(luò)，有效緩解電動汽車遠距離出行“里程焦慮”。積極引導(dǎo)用戶高效用能、綠色用能、節(jié)約用能。

　　四是適應(yīng)能源創(chuàng)新融合化，打造原創(chuàng)技術(shù)策源地。大力實施新型電力系統(tǒng)科技攻關(guān)行動，推進協(xié)同創(chuàng)新，加大研發(fā)經(jīng)費投入，開展大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、虛擬電廠、特高壓分接開關(guān)等重大技術(shù)攻關(guān)，攻克各種“卡脖子”“無人區(qū)”技術(shù)難題，全方位提高自主創(chuàng)新能力，打造新型電力系統(tǒng)示范區(qū)。持續(xù)跟蹤顛覆性技術(shù)發(fā)展趨勢，強化基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)布局，取得更多原創(chuàng)成果。

　　五是適應(yīng)能源業(yè)態(tài)數(shù)字化，加強能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。深入應(yīng)用“大云物移智鏈”等新一代信息技術(shù)，加快推動電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級，實現(xiàn)電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等核心業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，促進發(fā)輸配用各領(lǐng)域、源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)、電力與其他能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動。加強產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同，以數(shù)字平臺服務(wù)推動上下游企業(yè)供需匹配、資源共享，促進產(chǎn)學(xué)研用深度結(jié)合，加快孕育能源數(shù)字經(jīng)濟新業(yè)態(tài)新模式，當好現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈的“鏈長”。

　　電力裝備質(zhì)量提升 與供應(yīng)鏈創(chuàng)新應(yīng)用

　　當前，百年變局與世紀疫情交織疊加，經(jīng)濟全球化遭遇逆流，貿(mào)易保護主義、單邊主義抬頭，全球產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈面臨重構(gòu)，我國產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定運行面臨重大威脅，特別是在疫情沖擊下，部分原材料和關(guān)鍵零部件上下游供應(yīng)鏈的生產(chǎn)暢通受到影響，增強產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控能力，維護產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定尤為重要。

　　隨著我國電力工業(yè)快速發(fā)展，特別是新能源發(fā)電、核電、水電以及特高壓輸變電建設(shè),促進我國電力裝備制造業(yè)技術(shù)研發(fā)能力、生產(chǎn)裝備水平、工藝制造質(zhì)量、試驗條件改善等方面得到很大提高，我國電力裝備制造業(yè)電力裝備質(zhì)量水平、自主可控能力以及國際影響力和話語權(quán)明顯增強，逐步實現(xiàn)“中國創(chuàng)造”向“中國引領(lǐng)”轉(zhuǎn)變。

　　但是，我國電力裝備制造業(yè)大而不強，低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，高端產(chǎn)品產(chǎn)能不足，產(chǎn)業(yè)同質(zhì)化競爭嚴重，部分關(guān)鍵組部件、關(guān)鍵核心零部件、電力電子器件、精密加工元件、原材料、工業(yè)軟件、工控系統(tǒng)軟硬件等依賴進口。部分電力裝備產(chǎn)品在質(zhì)量可靠性、穩(wěn)定性和一致性方面與國際先進水平仍有差距，迫切需要加快構(gòu)建電力裝備自主可控、安全可靠的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈，進一步提高電力裝備質(zhì)量水平。

　　今年3月，國家市場監(jiān)管總局等三部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于全面加強電力設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量安全治理工作的指導(dǎo)意見》，指出加大電力設(shè)備質(zhì)量監(jiān)管力度，鼓勵有關(guān)行業(yè)組織和骨干用戶企業(yè)運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，建設(shè)電力設(shè)備質(zhì)量安全風(fēng)險監(jiān)測平臺;建立基于供應(yīng)鏈的電力設(shè)備質(zhì)量安全追溯機制，不斷提高電力裝備質(zhì)量水平，確保電力生產(chǎn)安全可靠穩(wěn)定運行。中電聯(lián)電力裝備及供應(yīng)鏈分會將聚焦新型電力系統(tǒng)裝備質(zhì)量提升，聚焦電力裝備產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈自主可控，聚焦電力行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，聚焦數(shù)字技術(shù)賦能電力物資供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展，積極推動電力央企發(fā)揮“鏈長”作用，促進國內(nèi)骨干電工裝備企業(yè)發(fā)揮“鏈主”作用，引領(lǐng)支撐產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈上下游企業(yè)協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建電力裝備和供應(yīng)鏈上下游生態(tài)，強化產(chǎn)業(yè)鏈、穩(wěn)定供應(yīng)鏈、提升價值鏈、促進創(chuàng)新鏈，推動電力裝備與供應(yīng)鏈數(shù)字化、智慧化、綠色化、標準化、平臺化、服務(wù)化，全面提高電力行業(yè)現(xiàn)代供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展與自主可控水平，為促進新型電力系統(tǒng)發(fā)展、推動能源清潔低碳轉(zhuǎn)型貢獻力量。

　　本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年10期，作者丁永福、韓文德、王馨藝、劉曼曼 均供職于中國電力企業(yè)聯(lián)合會電力裝備及供應(yīng)鏈分會