我国力争在2030前实现二氧化碳达峰，在2060前实现碳中和的目的（以下简称“3060”目的）已经确定。2021年3月15日，中央财经委员会第九次聚会研究实现碳达峰、碳中和的基本思绪和主要行动，聚会指出要“构建以新能源为主体的新型电力系统”（以下简称“构建新型电力系统”）。近半年来，海内外众多能源电力智库及专家、学者从差别起点、差别目的、差别角度、差别层面开展了众多研究，但构建新型电力系统具有高度重大性，涉及规则、政策、体制、手艺及框架构建等各个方面，这一领域的研究整体上处于前期探索阶段。凡事预则立，不预则废，构建新型电力系统的“预”就是要做好“顶层设计”，且“构建”就有“顶层设计”之义。顶层设计是“纲”，纲举目张，“纲”包括了构建中国特色的新型电力系统的基本定位、基本特色、基本功效、基本机制、基本动力、基本历程、基本包管等。
一、基本定位
第一，构建新型电力系统是 “国之大者”。中央财经委员会第九次聚会提出，实现“3060”目的“是党中央经由深图远虑作出的重大战略决议，事关中华民族永续生长和构建人类运气配合体”。习近平总书记讲，要把碳达峰碳中和纳入经济社会生长和生态文明整体结构。同时，能源自己就是国之大者，而电力是能源的焦点。因此，构建新型电力系统就是“国之大者”，对其开展深入研究，不是要不要“构建”，而是坚决贯彻执行和怎样“构建”好的问题。
第二，构建新型电力系统是电力生长的一定。电力系统历来没有阻止过立异生长和更新换代。目今，正在举行着第三代电力系统的建设和完善（《中国电力百科全书综合卷》2014年5月第三版）。从生态文明建设需要、人类可一连生长的需要、共建人类运气配合体需要、中国新阶段高质量生长的需要看，构建新型电力系统是一定趋势。
第三，构建新型电力系统的目的是电能生产和消耗系统实现零碳（近零碳）。正在厘革中的中国电力系统，电能生产历程仍然是化石能源为主体，消耗的电能仍然是高碳/中碳电能。而新型电力系统生产历程是新能源为主体，消耗的电能是低碳/近零碳电能，这一定位是新型电力系统顶层设计的焦点。
第四，新能源“主体”应是数目主体、功效主体和责任主体。新能源在电力系统中数目占比巨细虽然主要，但不可纯粹重新能源发电装机或者发电量的数目占比巨细来判断是否为主体能源，而是要在清静经济目的条件下，从电力系统整体功效实现上来判断新能源是否成为主体能源。
第五，新型电力系统的主要约束是能源清静下的系统经济性。新能源发电主体主要是指太阳能和风电（不扫除在个体地区生物质发电、地热发电比太阳能、风能更具有开发价值）。光伏发电早在几十年前就有，但本钱过高，作为特殊场合才有应用。当今，光伏、风电本钱显著下降，在发电上网环节已经可以与化石能源同台竞争。可是，新能源接入电网节点时的本钱并不是终端用户电能本钱。当新能源为主体时，要从系统本钱的巨细看是否与化石能源具有竞争性，除通例的上网电价本钱、电网升级刷新本钱外，系统本钱中还需要思量危害提防如战略备用电源和长周期储能系统等本钱，如新能源发电不接入电网但用户仍需要电网提供清静用电包管时，新能源发电的系统本钱也应计入电力系统为此支付的本钱。同时，也要思量新能源的正外部性效益（即把低碳和资源节约等对社会公共利益的利益在本钱中扣除）。
二、基本特色
第一，在现代电力系统之上构建新型电力系统。中国是后发国家，经由几十年的起劲，已经建成天下上规模最大、手艺水平总体先进、部分领先的现代电力系统。中国构建新型电力系统不是在几十年前“一穷二白”一张白纸的基础上构建，不可“先破后立”，而是要在现代电力系统基础上逐步升级换代为一个新型电力系统。
第二，在天下一盘棋原则下构建新型电力系统。中国是一个14亿生齿的大国，也是一个能够集中实力办大事的大国，更是一个有着人类运气配合体理念的认真任大国。同时，在能源资源不平衡、能源消耗不平衡、自然情形差别大的广袤领土之内，新能源发电具有显著的时、空特点，大规模优化设置与就地平衡设置并举是一定之举，因此，必需坚持系统头脑，在天下一盘棋内构建新型电力系统。
第三，“压缩型”减碳历程中构建新型电力系统。蓬勃国家能源电力转型是自然历程。中国要用蓬勃国家不到一半时间完成由高碳电力系统过渡到低碳（近零碳）电力系统，一定是“压缩型”低碳转型。作为天下上电力生产量和消耗量都是第一的大国，从电力转型基本纪律看，一定是快速渐进与合理逾越相团结的历程。这就需要一方面要充分罗致全人类能源转型履历，另一方面，决不可照搬任何一个国家的整体性、系统性履历。需要注重的是，天下上原来就不保存模板意义上的国家层面“新型电力系统”，中国提出构建新型电力系统是一项基于国情的伟大立异。
第四，在生态文明框架和能源清静新战略基础上构建新型电力系统。构建新型电力系统已有坚实基础。一是中国电力供需矛盾由恒久欠缺生长为近几年的整体供需平衡。二是自2006年中国《可再生能源法》公布以来，尤其是党的十八大以来，在习近一生态文明头脑和能源清静新战略指导下，加速新能源生长和强化能源清静的规则、政策、标准一直完善。特高压手艺和工程、电力系统智能化建设，漫衍式能源生长等一直取得新希望，以光伏、风电为代表的新能源发电成绩重大，以电动汽车充换电、化学电池为代表的新业态和储能蓬勃生长，煤电机组无邪性刷新也为增进新源消纳施展了起劲作用。三是《电力系统清静稳固导则》和《电力系统手艺导则》新修订后公布实验，为加速新能源建设及解决新能源生长历程中电力系统清静稳固运行提供了新的遵照。
三、基本功效
第一，知足国民经济和社会生长需求。随着我国现代化建设一连推进，经济社会生长对能源需求将显著泛起以电能为主的特征。目今，中国终端能源消耗中自然气占比仅7.8%（蓬勃国家占比约25%），电能消耗占26%左右（比蓬勃国家平均水平略高）。要使中国能源消耗清洁化，鼎力大举、一连提高自然气占比并不是最佳选项：一是自然气本钱总体太高，二是对外依存度高，三是自然气也是化石能源。因此，在鼎力大举生长新能源配景下，提高电能在终端能源消耗占比是最佳选择。综合我小我私家和多个机构展望，我国人均用电量到2060年碳中和时将比2020年的5320千瓦时还要翻一番。在用电结构上人均生涯用电量、第三工业用电量比重将会一直提高。尤其是信息传输、软件和信息手艺效劳、新能源车辆整车制造、太阳能、风能装备制造业、充换电、储能等新业态用电量增添会更快。
第二，知足合理的电力清静需求。人类使用电能初期，电气化的标记之一是电灯，即便其时电能质量不高、停电频仍，但人们可以利便用蜡烛或者油灯替换，并不会对生涯造成大的影响。当电能普遍用于公共事业、工业动力时，电能欠缺对经济社会的影响显著增添。当终端能源以电能（包括以新能源发电电解制氢）为主时，电能将渗透到经济、社会、文化的各个方面，周全影响到人类的衣食住行及事情、信息相同、社交、文化等领域，成为像空气一样须臾不可脱离的基本物质，其重大电力清静危害将成为国家和人民难以遭受之重。因此，电力清静水平随着人民生涯水平的提高而进一步提升，同时，电力清静水平与经济遭受能力的关系更为亲近，知足差别用户的合理电力清静需求也很是主要。
新能源的随机性、不稳固性、间歇性特点是电力供应清静危害的主要泉源，在数字化智能化平台之上建设的电力控制及运行系统，被黑客和仇视方攻击的危害也是重大新型电力清静危害，二者叠加更具有破损性。虽然在理论上，在现有的手艺条件下，只要不吝经济价钱是可以提防重大危害的（如再备份一个以化石能源为主体的电力系统），可是，不吝经济价钱的条件在决媾和实验历程中是不建设的。以是，新型电力系统构建要同步深化新型危害研究和提防，重构电力清静理论和提防危害系统。
第三，知足生态环保新要求。在第三代电力系统建设中，中国煤电大气污染物控制已经抵达天下领先水平。二氧化硫、氮氧化物、颗粒物三项通例污染的年排放总量所有加起来不到200万吨，低于美国煤电污染物总排放量（我国煤电发电量是美国2.5倍左右）。从生态情形要求看，电力通例污染物控制已经不是中国污染排放控制的主要使命。且由于煤炭用量逐步镌汰，从整体上看煤烟型污染物对情形造成的影响会越来越小。
但从局部看，由于燃气轮机发电还要继续较大生长，且主要集中在都会，其排放的氮氧化物对局部情形质量的影响还需亲近关注和严酷控制。
从宏观上看，新能源生长中会爆发由新质料生产、装备制造、设施建设运行、装备退役等的新的生态情形问题；同时，与新能源生长相配套的化学电池生产、运行、服役期满后的污染物处置惩罚问题也逐步加重。这些都需要在新能源生长中同步做好生态情形治理。
四、基本机制
新型电力系统的基本要素包括，电源、电网、负荷、储能、战略备用几个部分。与古板的电力系统比，不但是增添了“储能”和“战略备用”，并且原有的要素也爆发了质的转变。新型电力系统运行的基本机制可以简要归类为三个方面，即多元化电源支持，大电网与漫衍式微网并举的供需耦合机制，新电力清静危害提防机制。
第一，新能源为主体的多元电源支持系统。鼎力大举、有序生长新能源。这是构建新型电力系统的焦点。岂论从指导头脑上、战略结构上以及重点工程步伐上，都是要围绕新能源生长这主题做事情。新能源与其他能源生长的关系犹如中药方中各味药之间的“君臣佐使”的关系，新能源为“君”其他都是为“君”药施展作用而提供种种功效，从而组成清静、低碳、经济的电能供应系统。新能源为“君”并不料味着无序盲目生长。电力系统自己就是一个严酷凭证物理纪律运行的人工系统，无序生长不但给电力系统带清静稳固危害，并且会严重影响到新能源自身快速康健生长。
——严酷控制煤电生长。“十四五”时代。应当将重点放到怎样施展好年轻煤电机组的综合性作用上，特殊是无邪性调理及提供系统转动惯量的作用上。仍需要建设少量煤电时，要因地制宜做好充分论证，不可简朴地走高参数、大容量、高效率建设的老路，更不可继续再推进“以大代小”政策，而是要“着力提高效能”上。面向未来，煤电肩负清静备用及无邪性调理的使命还需要很长时间，CCUS手艺在未来应用也就成为一定，但目今以致以后二三十年内，对CCUS的基本定位应是起劲研发、稳重应用。
——煤电何时退出、退出的水平、怎样退出是重大系统工程，要做充分论证。由于退出中国年轻而先进的、经由一直投入资金举行节能提效和环保刷新的燃煤电厂，不但是由于投资没有完全收回，有重大的金融危害、投资者利益受损、员工重新就业、地方经济、工业链供应链（如煤矿及运输业）等直接影响。并且对整体能源清静、能源结构、电力结构、区域电源支持、电力系统清静稳固运行、支持可再生能源消纳都有主要影响。并且，从低碳生长自己讲，中国煤电系统以及关联系统也是重大社会财产的组成，附着在这些财产之上的基本建设及装备之上的钢铁、水泥、质料、用工等已经爆发的碳排放也是重大之数Ｉ杏，中国煤电机组中热电联产机组发电量占比已达50%以上，煤电退出不但是电的问题也是供热问题，这与蓬勃国家煤电绝大部分只用于发电的情形是截然差别的。蓬勃国家镌汰煤电机组的平均运行年岁大多是五十年左右，早已凌驾机组设计服役期，早已完成了历史使命，而中国煤电平均运行年岁十二三年，离服役期满还不到一半。正如一个百岁以上老人与一小我私家既当爹（发电）又当妈（供热）的二三十岁青年人谈判一起安排“后事”一样，显然，同样的事情对这两小我私家及家庭社会的影响是截然差别的。
——起劲适度推进燃气轮机发电。燃气轮机因其具有无邪性高、碳排放强度低于煤炭和石油、我国燃气机组比重低特点，近期仍需要较快生长，但从本钱、对外依存度、化石能源特征上看，不宜成为一连快速大宗生长的电源。
——在包管清静条件下应加速建设核电。若是没有一定比重的核电，中国就完成不了碳中和目的，碳达峰的峰值也会更高。
——因地制宜生长水电。岂论从手艺可开发照旧经济可开发角度看，水电可开发容量都已经不大，但照旧要坚持建设，由于相关于新能源，水电近零碳排放特征及对电力系统稳固运行有优异支持性特点显著。
——生物质发电能用尽用。生物质为碳中性能源，多使用一点，其整体的二氧化碳排放量就少一点，且因生物质发电装机容量虽然总体规模不大，但具有疏散性、高使用率，年使用小时数可达六七千小时、有利于与新能源互补的特点，更具有利于增进农业、农民、农村生长。生物质发电应当坚持煤电机组掺烧、疏散、小型、多样化发电和综合使用的手艺蹊径，因无一定之规，政策上要指导，但不宜一刀切。
第二，大电网与漫衍式微网并举，智能化与市场化支持的供需耦合机制。随着新能源发电比重逐步提出，电力系统中发、输、变、配、用各要素逐步爆发转变，新问题一直泛起，应对新问题的步伐也一直增强，以解决问题为导向电力系统也逐步改变。
——电力系统清静稳固运行受到新挑战。新能源电能虽然通过了电力电子系统模拟抵达了电网运行导则划定的要求并入电网，但对电网运行爆发不稳固性加大。一方面，新能源发电的特征镌汰了系统转动惯量（新能源替换古板发电），由此引起电能频率不稳固；同时，电力电子系统对电压、功角的稳固也爆发新影响。另一方面，在电能运送上，大规模新能源基地需要配合一定命目的通例电源，但通例电源的高碳特征在一定水平上降低了新能源低碳孝顺。
——在电能消耗方面，由于大宗新能源是漫衍式生产和消耗的，从而改变古板的电力负荷曲线，使古板负荷曲线与净负荷曲线围成一个典范的“鸭型”特征，对系统平衡带来新难题。
——为平抑新能源的波动性和不稳固性，储能装置大规模进入电力系统后，使电网设置电能由古板的“发输变配用”单偏向的电能流动，转变电能在发、用电之间的双向或者多向（多用户和多电源）流动。
——当通例电源由电力、电量主体向无邪性调理主体转变历程中，发电机组较大偏离最佳状态，发电效率会响应降低，影响到电力系统效能。
——电网架构逐步形成大网与漫衍式能源系统、微电网、交直流混淆电网共存及细密联系的名堂。
——新型电力系统伴生绿氢生产。中国光伏发电、风力发电年平均使用小时划分约为1200小时、2200小时，古板电力供需平衡条件下所有电源的平均年使用小时约为4000小时，随着新能源电量渗透率一直提高，除一部分发电量用于新能源场站自己配套储能外，会有大宗新能源电力保存结构性富余，因此，电力制氢进而生产其他二次能源如甲醇等，再作为电力用储能具有一定性特点。目今，由于新能源渗透率不高，新能结构性富余并不严重，岂论从经济上、能源效率上、氢工业链配套上，都难以规；褪褂寐糖，只宜因地制宜开展。
以上电能的生产、运送及消耗方法的重大转变，使得新型电力系统的运行机制与古板“源随荷动”的电力系统相比爆发重大转变，古板电力运行控制的渐变性纪律向非线性、突变、非典范纪律转变。如在能源；暗缌┬杳芤郧啡蔽鞯氖贝，电力需求侧（“荷”侧）治理手段，可以一定水平减轻电力供应侧（“源”侧）压力，从而抵达能源资源的节约设置的目的。在新能源鼎力大举生长初、中期，通过市场手段使电力需求方自愿响应电力系统清静稳固运行要求调理或转移负荷，以提高新能源电能使用率。随着新能源渗透率一直提高，电力系统的重大性越来越大，供需双方一直融合，需求响应机制也爆发重大转变，转变为在高度智能化、高度市场化支持的对源网荷储备举行一体化治理的机制，也可称之为供需耦合机制。
第三，新危害提防机制。在古板的电力系统中，为了提防电力清静危害在相关划定中有明确的电源备用要求，但这些备用电源基本上指的是磨练备用、事故备用、负荷备用。备用总容量凭证系统可靠剖析确定，一样平常为电力系统最高负荷的25%-30%，这些备用在新型电力系统生长历程中仍将继续保存，但详细要求应凭证系统转变举行调解，使之能能够知足转变了的一样平常电力系统运行的要求。
所谓战略备用，是笔者为相识决非古板电力清静问题而提出的。如在古板电力系统中，长时间、大规模的阴雨天对电力系统的“源随荷动”机制并不组成电力供应危害（或者危害很。，但在新能源主体的电力系统中，由于新能源发电与气象要素的一定关联性，如一连的、大面积阴雨天对光伏发电有极其重大影响，用于解决新能源发电的一日时间内、一样平常性的随机性、波动性储能步伐，已经不可解决此类“灰犀牛”“黑天鹅”类重大电力供应危害。应对这种情形下的危害，必需要有差别水平的“战略备用”发电容量资源，以及配备一定的中、长周期储能设施。
对此，在新型电力系统构建中，要对危害提防举行分级分类，以确定新型电力系统的手艺界线、本钱界线、责任界线。
一是要对电力用户举行电力危害提防的分类分级，依据分类分级提供响应品级的电力危害提防。从降低全社会本钱的角度看，对有的电力用户应比现在的清静提防要求更高，但对一些电力用户则可以降低清静提防品级，甚至可以在较长时期（如多天甚至数月）中止电力供应。
二是要研究确定差别主体（各级政府、电力企业、用户）的电力危害提防的责任。大电网必需越发强盛，但要明确功效，它是解决全局性（区域性）、重大性、节点性、支持性电力清静的顽强包管，要由中央政府层面来治理，万万不可粗心大意，削弱其大规模能源资源设置的能力。而中等规模、局部的电力清静责任，将更多地由地方政府、漫衍式微电网肩负，将清静危害分级、疏散到各个更小的单位。
三是凭证清静品级差别，危害提防的步伐差别，确定电能的支付本钱。在一定意义讲，新型电力系统就是一个疏散电力清静危害的系统，使大、中、小电力清静危害能够经济、有用、快速、协调解决，使国民经济和人民生涯的影响镌汰到最低水平。
五、基本动力
立异是构建新型电力系统的基本动力。人类使用太阳能从古至今没有中止，可是太阳能真正称其为新能源是以现代综合性手艺应用为标记的。以是，新能源之“新”是指新手艺应用而不是指能源自己。同时，新型电力系统之“新”也不但指“形态”之新，而是电力系统的一系列立异之“新”，包括古板电源、电网、用电、储能等的立异，不但是手艺立异并且包括治理立异。
新型电力系统所需的手艺立异面临着全新的挑战。一方面是现有手艺怎样应用在新型电力系统之中以解决目今的现实问题，另一方面要构建型电力系统运行新理论系统，在新的理论系统下，怎样推进更大的手艺立异。面临碳中和的伟大历史使命，现有成熟手艺缺乏以支持周全实现碳中要求，这需要电力辖档同续一直举行手艺立异，尤其是召唤倾覆性手艺的出生。
从问题导向和可以预见的手艺生长来看，新型电力系统需要手艺立异主要包括以下几个方面：
——更高效率、更高质量、更低本钱的太阳能、风能等新能源发电手艺的一连性开发研究。
——太阳能、风能的随机性、波动性以及负荷波动性展望手艺，周全提高短、中、长周期展望精度，凭证差别需求（如大电网需求和微电网需求），研发响应的展望模子；把对气象要素展望与中长周期储能、电源战略备用及清静提防亲近团结起来，形成新型电力清静预警提防系统。
——电力辖档烷活性资源手艺研究，包括电源侧火电机组无邪性刷新手艺、电网侧种种可控频率、电压、功角调理手艺、用户侧储能以及负荷荟萃需求响应手艺等。
——更好顺应转动惯量电力系统下的功角、频率、电压稳固要求的电力电子手艺应用和智能化模拟手艺；以及顺应低转动惯量特征系统（需要新的电力系统稳固理论指导和新国家导则加以规范）的电力系统稳固手艺。
——多种类型的顺应差别时间响应、差别功效要求的储能手艺及响应商业模式立异。
——漫衍式能源系统、微电网系统以及实现特定功效的功效型电能网系统（如电动汽车充电网）等与大电网毗连及运行机制立异，施展优势相互作用，以提高系统效能。
——破除古板看法，开展核电、水电顺应新能源为主体的电力系统的运行模式的立异。
——研究年轻的煤电怎样因地制宜与经济社会生长相协调的绿色、低碳、循环组合手艺，使煤电在合理生命周期内施展好综合功效。
——对组成新型电力系统的（发、输、变、配、用、储、备）的要害装备、工程、环节、信息网络、生产历程、重大运行机制等的清静性监测、评价、手艺监视要领的研究。
——智能化电力系统集成立异，包括理论立异、手艺立异、治理立异的研究，为供需耦合运行机制提供支持。
——CCUS手艺及碳汇手艺研究，特殊是与新型电力系统在差别生长阶段应用的匹配性研究。
六、基本历程
新型电力系统构建一定贯串于整个碳达峰、碳中和历程。由于新型电力系统构建是与种种要素之间相互协调配套的，不会爆发先建一个新型电力系统，然后各要素再归其位的情形。以是，在这个历程中，新型电力系统将逐步由化石能源电源为主导的电力系统，转换为化石能源与新能源在功效主体上各半壁山河的电力系统，再转换成以新能源主体的新型电力系统。从时间段上看，2035年左右是智能电网为主要特征的新能源与化石能源共领风流的系统，以后电力系统加速向新能源为主体的状态转变，到碳中和阶段，新型电力系统现实上演酿成了一个高度智能化的能源互联网系统。
七、基本包管
深化电力体制刷新是构建新型电力系统的基本包管。不深化电力体制刷新，就难以推动新型电力系统构建。总体思绪是要回归电能的商品属性的主体职位，包括电能质量（时空特征和物理特征）属性，同时，要在商品属性和一定的公共属性之间划好界线。在施展好市场设置资源的决议性作用的同时，政府之手也要越发施展好作用。中国实现碳中目的一定是“压缩型”历程，若是没有施展好政府的作用，要么是政策迟滞、要么政策冒进，都会影响转型的历程和质量。
中国新型电力系统生长犹如一个充满生气活力的少年一样，而政策（包括妄想、标准等）犹如鞋子，太小、太大都不可，解决问题的步伐一定是经；皇屎系男滦，这就要求政策制订在偏向和原则上体现出稳固性，在详细内容上和出台时机上要人一定的无邪性和即时性。既要施展好政策在增进新型电力系统生长中的“推动”而不是“激动”作用，又要施展好“阻尼”而不是“阻力”作用。
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