中國儲能網(wǎng)訊：展望“十五五”時期新型能源電力系統(tǒng)的高質(zhì)量發(fā)展，既要考慮新型能源電力系統(tǒng)的機(jī)、電、熱、光等有關(guān)可靠性（R-Reliability）、可用性(A-Availability）、維修性(M-Maintainability）、安全性（S-Safety）及保障性（S-Supportability）等基礎(chǔ)性要求，又要考慮新型電力系統(tǒng)適應(yīng)新業(yè)態(tài)新發(fā)展的有關(guān)韌性（R-Resilience）、最低風(fēng)險可行性（A-ALARP）、靈活性（M-Maneuverability）、穩(wěn)定性（S-Steady）及經(jīng)濟(jì)性（E）新要求；既要從宏觀上橫覽新型能源電力系統(tǒng)源—網(wǎng)—荷—儲集成一體化的發(fā)展態(tài)勢和云大互移智鏈有機(jī)融合的發(fā)展趨勢，又要從微觀上縱觀新型能源電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、材質(zhì)與質(zhì)量、性能與品質(zhì)等變化和電力電子系統(tǒng)、子系統(tǒng)、機(jī)、電、熱、光、設(shè)備、零部件、元器件、分子、原子及量子在不確定性環(huán)境中的工作狀態(tài)。因此，“十五五”時期新型能源電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展，要以熵定律為指導(dǎo)，以能源（E—Energy）、經(jīng)濟(jì)（E—Economy）與環(huán)境（E—Environment）間E3問題為導(dǎo)向，以“雙碳”（C2）目標(biāo)為宗旨，以可靠性（R-Reliability）及韌性（R-Resilience）（R2）、可用性(A-Availability）及最低風(fēng)險可行性準(zhǔn)則（A-ALARP）（A2）、維修性(M-Maintainability）及靈活性（M-Maneuverability）（M2）、安全性（S-Safety）及保障性（S-Supportability）和穩(wěn)定性（S-Steady）（S3）為性能指標(biāo)，創(chuàng)新構(gòu)建E3C2R2A2M2S3新型能源電力系統(tǒng)。
由于新型能源電力系統(tǒng)具有高比例可再生能源和高比例電力電子裝備、多能互補(bǔ)綜合能源、數(shù)字化智能化智慧能源等，從而對電力系統(tǒng)的安全保證、技術(shù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式等都提出新的要求?！半p碳”（C2）目標(biāo)下，如何科學(xué)推進(jìn)固、液、氣電升級改造及有序退出，促進(jìn)新能源消納也是重要研究課題。究其原因，一是受資源稟賦及行業(yè)發(fā)展歷史等因素影響，我國仍保有大量固、液、氣火電機(jī)組，若簡單關(guān)停處理，不利于電力平穩(wěn)過渡，從而要采取科學(xué)技術(shù)手段，推進(jìn)存量固、液、氣電機(jī)組升級改造，繼續(xù)發(fā)揮其啟動靈活、快速響應(yīng)、調(diào)節(jié)范圍廣的基礎(chǔ)性保障和靈活調(diào)節(jié)（調(diào)峰）作用；二是由于以風(fēng)、光發(fā)電為主的可再生能源的波動性、間歇性及隨機(jī)性、機(jī)組出力的不確定性，弱抗擾動性及弱動態(tài)調(diào)節(jié)性對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行也帶來嚴(yán)重沖擊。為此，需要大大增強(qiáng)其系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源及其功能。新能源電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用環(huán)節(jié)引入更多電力電子裝備，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)弱電機(jī)性、強(qiáng)電磁性。推動煤電機(jī)組深度調(diào)峰、快速爬坡等高效調(diào)節(jié)能力提升，以促進(jìn)可再生能源吸收消納。此外，還要考慮分布式抽水蓄能群，負(fù)荷側(cè)高比例電氣化和隨機(jī)性、數(shù)字化智能化電力裝備、AI芯片和物聯(lián)網(wǎng)等廣泛應(yīng)用的特性及其影響。新型電力系統(tǒng)既包括固（煤炭）、液（石油）、氣（天然氣）態(tài)與水、風(fēng)、光等可再生能源一次能源生產(chǎn)、運(yùn)輸與使用系統(tǒng)，又包括由發(fā)、輸、變、配、儲及用構(gòu)成的電力系統(tǒng)；既涉及新型電力系統(tǒng)及其組成部分的質(zhì)量與數(shù)量、功能與結(jié)構(gòu)等“有形”成分，也涉及政策法規(guī)、管理決策和運(yùn)行機(jī)制等“無形”成分；既從宇、球、宏觀上考慮新型電力發(fā)展戰(zhàn)略、指導(dǎo)思想、價值目標(biāo)、發(fā)展布局、風(fēng)險治理及國際合作的情景及其態(tài)勢，又從中、微、渺、量子觀上考慮新型能源電力系統(tǒng)組成部分、元器件、分子、原子及量子的性能及狀態(tài)等。
新型電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展和高品質(zhì)運(yùn)行，要依據(jù)RAMS理論，系統(tǒng)考慮其可靠性（R）、可用性（A）、維修性（M）、安全性（S）及保障性（S）等功能性能基礎(chǔ)性要求。歐盟航空航天等行業(yè)業(yè)已證明，可靠性（R）、維修性（M）和保障性（S）及其綜合，既可提高其可用性（A），也能降低壽命周期成本（LCC）。新型能源電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的新要求主要包括靈活性（M-Maneuverability）、韌性（R—Resilience)、風(fēng)險最低合理可行準(zhǔn)則（A-ALARP）、穩(wěn)定性（S）和經(jīng)濟(jì)性（E）。
靈活性（M）作為電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)的能力指電力系統(tǒng)電源出力與負(fù)荷需求短、中及長期波動時，保持系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的靈活調(diào)節(jié)能力，也是電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲相互協(xié)調(diào)保持正常運(yùn)行的必要條件。新型能源電力系統(tǒng)中，以風(fēng)電、太陽能發(fā)電為主的可再生能源占比高，對靈活性資源的需求巨大、要求更高。能源電力系統(tǒng)靈活性仿真分析表明，在風(fēng)電、太陽能裝機(jī)占比超過70%的情況下，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行除要有足夠的煤電、氣電及各類儲能等靈活性資源參與調(diào)節(jié)外，還要配置光伏、電解水制氫等能源轉(zhuǎn)換裝置作為負(fù)荷可調(diào)節(jié)容量予以配合。在極端氣候條件下，更需要長周期綠能儲備如綠氫及甲烷、甲醇及氨等綠色氣體液體燃料參與能源電力供應(yīng)。主動負(fù)荷雖具有一定的自主調(diào)節(jié)能力，但很多主動負(fù)荷和用戶行為都會增加負(fù)荷的波動性、電力系統(tǒng)實時平衡調(diào)度的難度，繼而要求提升電力系統(tǒng)靈活性。
韌性(R)是指系統(tǒng)在考慮系統(tǒng)風(fēng)險的情況下，對于隨機(jī)干擾而改變自身狀態(tài)或在隨機(jī)干擾后能快速恢復(fù)，不發(fā)生崩潰、解列而保持正常運(yùn)行的能力。在能源電力系統(tǒng)中，韌性亦指系統(tǒng)應(yīng)對“小概率、大影響”的極端條件下，能調(diào)整系統(tǒng)狀態(tài)減少故障造成的損失的能力。韌性作為逆境中發(fā)生的過程，是開放的、動態(tài)的及復(fù)雜的，還涉及多樣性、冗余性和靈活性。韌性看似與可靠性相似，但其關(guān)注點和適用范圍卻不同。隨著全球氣候日漸惡化，僅利用可靠性不足以描述“小概率、大影響”極端事件的影響；而韌性則正好補(bǔ)充可靠性對于此類極端事件考量的缺失。韌性可增強(qiáng)應(yīng)急情景下的電網(wǎng)應(yīng)變能力，保證在電網(wǎng)發(fā)生故障時，能迅速辨識、定位故障的位置及其潛在的傳播路徑，對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)風(fēng)險評估，繼而形成閉環(huán)安全防御策略，增強(qiáng)極端情景下的電網(wǎng)恢復(fù)力，保證電網(wǎng)遭受極端事件情況下，能迅速恢復(fù)正常供電，最大限度地減少故障損失，體現(xiàn)感知力、協(xié)同力、應(yīng)變力、防御力、恢復(fù)力和學(xué)習(xí)力等技術(shù)特點。
穩(wěn)定性（S）作為系統(tǒng)承受各類擾動后保持暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定或重新恢復(fù)到運(yùn)行平衡狀態(tài)的能力，是電力系統(tǒng)正常及擾動后安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件。隨著高比例新能源接入并網(wǎng)，源、網(wǎng)、荷、儲及其一體化系統(tǒng)特性發(fā)生變化，新型電力系統(tǒng)既將面臨系統(tǒng)低慣性、頻率電壓穩(wěn)定性、寬頻振蕩及信息物理系統(tǒng)、多能耦合系統(tǒng)穩(wěn)定性等眾多挑戰(zhàn)，也面臨電力電量平衡、短路電流、同步穩(wěn)定、寬頻振蕩、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定等多重問題。由于歷史與現(xiàn)實所致，我國能源電力系統(tǒng)會較長時間處于新能源與常規(guī)能源的混合時代，因強(qiáng)隨機(jī)性、間歇性與不確定性的影響而產(chǎn)生穩(wěn)定性問題。
根據(jù)最低風(fēng)險可行性【A-ALARP（As Low As Reasonable Practicable）】準(zhǔn)則，可將新型電力系統(tǒng)風(fēng)險劃分為不可接受區(qū)、可接受區(qū)和可忽略區(qū)。風(fēng)險與成本間要進(jìn)行權(quán)衡分析：如風(fēng)險水平在不可接受線之上，則該風(fēng)險不可接受；如風(fēng)險水平在可接受線之下，則該風(fēng)險可接受，無需采取風(fēng)險措施；如風(fēng)險水平在不可接受線與可接受線之間，即落入ALARP區(qū)（可容忍區(qū)），就要進(jìn)行風(fēng)險投資的成本收益分析，以決定該風(fēng)險是否被接受。
新型電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性（E）分析，其核心是通過壽命周期成本（LCC）最小化而進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價?；趬勖芷诶碚?，壽命周期成本（LCC）包括設(shè)計建造成本Csj、運(yùn)行維修成本Cyw和固定成本。通過求導(dǎo)數(shù)并令其為零，便可求得使LCC最小時的新型能源電力系統(tǒng)功能Fk，也就是設(shè)計建造成本Csj與運(yùn)行維修成本Cyw相等時的功能Fk，又是新型能源電力系統(tǒng)的最適宜功能Fk。在LCC最小化的基礎(chǔ)上，經(jīng)工程經(jīng)濟(jì)學(xué)的成本效果分析就可求得新型能源電力系統(tǒng)的成本效果比，繼而進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評價。
E3C2R2A2M2S3新型能源電力系統(tǒng)作為由資源流、能量流、信息流、人力流和價值流構(gòu)成的開放的具有耗散結(jié)構(gòu)的復(fù)雜巨系統(tǒng)，因熱量、溫度、濕度、受力、沖擊、震動、電場力、磁場力及量子力等作用，都將對其性能功能狀態(tài)產(chǎn)生巨大影響，對此，應(yīng)基于熵定律進(jìn)行分析研究。因此，E3C2R2A2M2S3新型能源電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)，有待理論探索，實踐礪行。
（作者系華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院教授）
