本文来自微信公众号：中国工程院院刊 （ID：CAE-Engineering），作者：石文辉、屈姬贤、罗魁、李钦淼、何永君、王伟胜，原文标题：《高比例新能源并网与运行发展研究丨中国工程科学》，题图来自：视觉中国

一、前言

积极发展以风电、光伏发电为代表的新能源，加快能源体系绿色低碳转型，是世界各国应对气候变化、加强能源安全的一致选择。欧盟、英国、日本相继颁布了《欧洲绿色协议》《绿色工业革命十点计划》《绿色增长战略》，引导新能源发展，提高新能源发电和消费的比例。2017~2021年，可再生能源在全球新增发电量中的占比达到60%。

近年来，我国新能源发展迅猛，碳达峰、碳中和（“双碳”）战略目标也为风电、光伏发电的加速发展赋予了新动能。《2030年前碳达峰行动方案》（2021年）提出开展能源绿色低碳转型行动、构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，从而明确了新能源在实现“双碳”目标过程中的重要地位。《“十四五”可再生能源发展规划》（2022年）指出，2025年可再生能源消费总量约为1×109 tce，风电和光伏发电量实现翻倍；2030年的风电和光伏发电总装机容量将达1.2×109 kW。为了实现“双碳”目标，新能源还需加速发展，在全国范围内实现高比例甚至超高比例的并网。

新能源资源的随机波动性、间歇性，新能源发电并网设备的低抗扰性、弱支撑性客观存在，新能源高比例并网将给电力系统的运行控制带来极大挑战。相关问题得到了学术界的广泛关注：从高比例新能源的协调规划技术、优化调度技术、控制运行技术等具体技术方面开展了系列研究；以新能源高占比的省级电网为例，探讨了技术挑战与发展路径；立足电力电量平衡的视角，从实际数据出发来分析新能源替代面临的潜在问题，进而提出了高比例新能源的演进路径。

也要注意到，现有研究或聚焦具体技术，或聚焦省级电网实际运行，或从单一视角出发，而就高比例新能源并网与运行体系开展的全视角剖析与宏观探讨仍有待加强。针对于此，本文结合我国新能源发展现状，展望中期（2030年）、远期（2060年）高比例新能源并网场景和关键技术、市场机制需求；从电力电量平衡、稳定运行、市场机制方面分析高比例新能源并网引发的挑战并梳理应对挑战的关键技术体系；提出规划、技术、机制、市场等发展建议，以期为行业规划、技术发展、产业合作提供基础参考。

二、我国新能源供给和消纳态势分析

1. 我国新能源发展现状及趋势

近年来，我国新能源（风电、光伏发电）发展迅猛，2017~2021年的风电、光伏发电年增长率分别为17.3%、32.1%。2021年，全国新能源发电装机容量约占全国电源总容量的26.6%，其中风电装机容量为3.28×108 kW，光伏发电为3.06×108 kW；全国新能源发电量为9.785×1011 kW·h，约占总发电量的11.7%，其中风电发电量为6.526×1011 kW·h，光伏发电量为3.259×1011 kW·h；青海、内蒙古、河北等12个省份的新能源装机占比超过30%，青海、蒙东、宁夏等5个省级电网的新能源发电量占比超过20%；新能源继续保持高利用率水平，风电平均利用率为96.9%，光伏发电平均利用率为98%。整体来看，新能源已成为我国的主力电源，部分地区（送端）形成了高比例新能源并网格局。

新能源在实现高质量跃升发展的同时，呈现了新的发展动向和趋势。

① 大型荒漠风光基地建设再提速。国家鼓励在荒漠发展大型风电光伏基地项目，2022年年初主管部门印发了两批以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电、光伏发电基地建设项目清单，总装机规模超过4.55×108 kW。

② 整县分布式光伏发电项目蓬勃发展。自整县屋顶分布式光伏发电开发试点工作启动以来，分布式光伏发电开发明显加速，2021年新增光伏发电装机中的分布式规模为2.928×107 kW（占比为55%），历史上首次超过集中式电站。分布式光伏发电累计装机容量突破1×108 kW，约占全部光伏发电并网装机容量的1/3。

③ 大规模海上风电发展异军突起。我国2015年的海上风电并网装机容量仅为3.6×105 kW，而2021年受海上风电退补抢装的驱动，海上风电新增装机容量约为1.69×107 kW、累计装机容量约为2.639×107 kW。“十四五”时期，全国海上风电规划总装机量约为1×108 kW。

④ 新能源参与电力市场化交易工作稳步推进。我国新能源仍以“保量保价”的保障性收购为主，剩余电量参与市场化交易；以大用户直接交易、省间外送与发电权交易等中长期交易为主，部分现货市场试点正逐步引入新能源。2021年，启动了绿色电力交易，引入区块链技术以全面记录新能源电量的生产、交易、传输、消费、结算等环节信息，实现了绿电交易全流程可信溯源；国家电网有限公司经营区内的新能源市场化交易电量为2.451×1011 kW·h，占新能源总发电量的30.1%。

二、我国新能源发展展望

新能源的中长期发展情景，受到管理政策、经济社会、技术发展、资源环境等多重因素影响。目前，多家研究机构对未来我国新能源装机规模、发电量进行了预测，虽然每种预测考虑的边界条件有所不同，但都认为新能源具有极大的增长空间。值得指出的是，新能源的出力和设备特性相比常规机组有很大的不同，其装机和电量比例的量变将逐步引起系统特性的质变；在不同的新能源并网比例下，电力系统的特征也将有所差异。