電力安全是能源轉型發(fā)展的底線。近年來，世界多國電力安全問題頻發(fā)，構建新型電力系統(tǒng)成為能源電力轉型的必然要求，也是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。新型電力系統(tǒng)以確保能源電力安全為基本前提，具有電力電源清潔化，電力系統(tǒng)柔性化、數(shù)字化、電力電子化的內在本質特征。

　　中國工程院湯廣福院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2023年第2期發(fā)表《能源安全格局下新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架》一文。文章結合我國能源安全轉型面臨的新形勢、新挑戰(zhàn)，明確了能源安全涉及的供給、環(huán)境、經濟、科技等方面的內涵;探討了能源轉型的發(fā)展目標與戰(zhàn)略路徑，闡述了新型電力系統(tǒng)對于能源安全的重要性;剖析了影響新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的電源、電網、負荷、儲能、市場、技術等關鍵環(huán)節(jié)。文章認為，需從應急預警、共享互濟、安全防御3 個層面著手，構建新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展所需的核心體系;進一步提出了新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑研究的基本思路，以期為新型電力系統(tǒng)構建及安全發(fā)展研究提供基礎參考。

　　一、前言

　　黨的二十大報告提出，積極穩(wěn)妥推進碳達峰、碳中和(“雙碳”)，深入推進能源革命，加快規(guī)劃建設新型能源體系，確保能源安全。目前，我國是世界第二大石油消費國、第三大天然氣消費國;作為高碳能源類型的煤炭仍處核心消費能源地位，加之國際形勢復雜多變、消費能源價格高企，我國從化石能源向可再生能源的轉型過程具有顯著的復雜度和挑戰(zhàn)性。能源安全作為能源綠色轉型、經濟高質量發(fā)展的基本前提，與環(huán)境安全、經濟穩(wěn)定、產業(yè)鏈供應鏈安全等密切相關，對國家經濟、社會、外交等具有不容忽視的影響。

　　電力安全是能源轉型發(fā)展的底線。近年來，世界多國電力安全問題頻發(fā)，如烏克蘭電網系統(tǒng)遭網絡攻擊而中斷(2015年)、美國得克薩斯州大停電(2021年)、我國東北部分地區(qū)拉閘限電(2021年)、我國四川省大規(guī)模高溫限電(2022年)等。2021年3月，我國首次提出構建新型電力系統(tǒng)，這是能源電力轉型的必然要求、實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。新型電力系統(tǒng)以確保能源電力安全為基本前提，具有電力電源清潔化，電力系統(tǒng)柔性化、數(shù)字化、電力電子化的內在本質特征。隨著傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新型電力系統(tǒng)轉型升級不斷加快，一次能源特性、電源布局功能、電網形態(tài)規(guī)模、負荷結構特性等都發(fā)生深刻變化;新能源的強不確定性、低保障性、電網靈活調節(jié)、多能源融合、信息網絡防御等因素，都與新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定發(fā)展密切關聯(lián)。

　　近年來，針對國內外頻繁發(fā)生的電力安全事故問題開展了一些研究分析。在電網系統(tǒng)調頻方面，因高比例新能源的接入，電力系統(tǒng)慣量與以常規(guī)發(fā)電機組為主體的系統(tǒng)相比大幅降低，出現(xiàn)擾動或故障時的電網系統(tǒng)功率平衡出現(xiàn)變化，而慣量對電網的支撐能力不足可導致系統(tǒng)啟動低頻減載等措施;如英國“8·9”大停電事故、歐洲大陸同步電網“1·8”解列事故的研究表明，需提升電源側抗干擾能力，合理配置系統(tǒng)保護資源，加強電網頻率特性及調頻能力。在應對極端天氣方面，結合美國得克薩斯州大停電事故分析，提出了我國新能源在適應氣候環(huán)境、電力互濟能力、電力預測與調度技術、標準體系制定等方面的發(fā)展建議。在電網形態(tài)構建方面，分析了我國電力系統(tǒng)網架結構在能源低碳轉型發(fā)展中存在的穩(wěn)定性問題，提出了交 / 直流聯(lián)合運行3種發(fā)展模式并以“交流分區(qū)+直流組網”為優(yōu)。

　　隨著高比例新能源、高度電力電子化新型電力系統(tǒng)的構建，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行不僅面臨來自源側、網側變化的直接挑戰(zhàn)，而且受到荷、儲、市場、技術等新增關鍵因素的影響。因此，為了實現(xiàn)能源有序低碳轉型、新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展，需立足國家能源安全的宏大背景，聚焦源、網、荷、儲、市場、技術等主要影響因素，深入探討新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展的戰(zhàn)略架構。針對于此，本文解析能源轉型形勢下的能源安全內涵，明確能源安全轉型的目標、路徑、支撐，分析能源安全與新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關系;提出反映源、網、荷、儲、市場、技術六大影響因素，包含應急預警、共享互濟、安全防御三大技術體系的新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略框架，以期促進新型電力系統(tǒng)安全發(fā)展、高質量建設等研究。

　　二、能源安全與新型電力系統(tǒng)發(fā)展

　　(一)能源安全的內涵與能源轉型發(fā)展

　　1. 能源安全的內涵

　　20世紀70年代，因石油危機研究提出了能源安全概念;隨后逐步形成了更為綜合的能源安全概念，主要包括能源資源的可利用性，能源資源的可獲得性，環(huán)境的可接受性，能源成本的可承受性。在全球能源轉型的新形勢下，因極端天氣、科技發(fā)展、地緣政治等因素影響，全球能源供應問題頻發(fā)，如價格波動、供應趨緊等，能源安全韌性的不足得以充分暴露。當前，我國進入了能源轉型發(fā)展階段，能源安全要求常態(tài)情況下的“長久安全”、極端情況下的“自主可控”;具體而言，可從供給安全、環(huán)境安全、經濟安全、科技安全四方面把握其核心內涵。

　　供給安全是能源安全的基礎。在傳統(tǒng)能源系統(tǒng)中，石油供應是能源安全供應的核心內涵;而當今的能源體系，品種范圍擴展至多種其他能源，納入了能源供應鏈及基礎設施，同時供給安全涉及的范圍擴大至社會穩(wěn)定、地緣政治、生態(tài)環(huán)境、經濟福利等。我國作為世界最大的能源消費國，面臨著較為嚴峻的能源安全形勢。

　?、?傳統(tǒng)能源供應風險增大，油氣消費對外依存度居高不下，2021年的能源對外綜合依存度達到20%(其中原油、天然氣消費分別超過70%、40%)，油氣消費的持續(xù)增長將放大傳統(tǒng)能源安全風險。

　?、?新能源的安全風險逐步顯現(xiàn)，能源系統(tǒng)受極端氣候的影響更為明顯，如2022年夏季四川省面臨持續(xù)高溫，水電日發(fā)電能力下降超過50%，全天電力電量“雙缺”，每天外省入川支援電力約6×106kW仍無法對沖電力缺口。

　?、?未來新能源規(guī)模的擴大，對礦產資源的需求保持高速增長并將呈現(xiàn)多樣化，而部分關鍵礦產資源的對外依存度已超過80%。

　　環(huán)境安全是在適應生存的基礎上反映人與環(huán)境和諧程度的量度，兼顧能源系統(tǒng)的綠色低碳發(fā)展才能更好實現(xiàn)“雙碳”目標。化石能源燃燒產生的大量SO2、煙塵等氣體和固體污染物，導致霧霾、酸雨、土壤、水資源污染等現(xiàn)象。以煤為主體的能源結構帶來了溫室氣體排放量的持續(xù)增加，我國2021年能源產生的CO2排放量約為1.087×1010 t，占世界總量的32.1%;加之碳中和過程的窗口期偏短(全球從碳達峰到碳中和平均用時為53年，我國僅有30年時間)，實現(xiàn)碳中和目標可謂時間緊、任務重。此外，我國的單位國內生產總值產生的CO2強度較高，主要原因是煤炭在能源結構中占據(jù)主導地位，如2021年煤炭在一次能源消費結構中的占比達到56%。整體來看，“偏煤”的能源結構凸顯了減碳與保供的矛盾，能源轉型節(jié)奏把握難度較大，局部地區(qū)易因煤電供應不足出現(xiàn)規(guī)模性的“拉閘限電”。

　　經濟安全指妥善解決能源價格日益上漲、穩(wěn)定能源價格需求迫切之間的矛盾。近年來，受產業(yè)發(fā)展、國際形勢等因素的影響，能源價格波動幅度加大，一次能源、關鍵礦產資源價格高啟，抬高了能源轉型成本，如鋰的價格快速和大幅波動(1年時間價格上漲7倍多)。能源體系中新能源占比的提升推動了終端用能成本的增長，而隨著碳市場的深化發(fā)展，化石能源使用成本也將隨之走高，直接影響經濟市場體系的運轉穩(wěn)定性。

　　科技安全是能源安全的根本保障。當前，我國能源安全的重點領域中存在諸多技術薄弱環(huán)節(jié)，如煤炭清潔利用與轉換，新能源核心技術，先進核電技術，智能電網，智慧礦山，氫能產業(yè)鏈關鍵技術與裝備，天然氣上游勘探開發(fā)，現(xiàn)代煤化工(技術、裝備、催化劑)等。著力補齊能源發(fā)展的技術短板，引領新興領域前沿技術發(fā)展，才能保障能源科技自主可控與高質量發(fā)展。