新型电力系统运行情况如何？

新型电力系统需要多维度灵活性资源配置。

1.新型电力系统运行需要大量灵活性资源

电力系统运行需要实时平衡。新型电力系统下，负荷曲线峰谷差率扩大叠加新 能源占比提升，使得负荷侧和电源侧波动同时加大，因而对灵活性资源的需求快速 增加。电力系统运行需要满足下述等式：新能源发电机组出力+灵活性资源出力=用 电负荷。经济发展带动用电负荷曲线峰谷差率加大，“双碳”目标下新能源发电（出 力具有随机性、波动性、间歇性特征）装机占比持续提升，电源侧波动加大，因此需 要大量灵活性资源，以实现系统平衡。 负荷侧：经济高质量发展背景下，第三产业和城乡居民生活用电占比逐渐提升， 带动用电负荷曲线的峰谷差率扩大。 峰谷差率=（最高用电负荷 — 最低用电负荷）/ 最高用电负荷。

一般而言，经济发展水平与第三产业和居民生活用电量占比呈同向变化关系。 我国用电负荷曲线的峰谷差率持续扩大。根据国网能源研究院对“十四五”的分析， 国网经营区最大负荷增速将高于用电量增速，预测 2025 年最大日峰谷差达到 4 亿 千瓦，最大日峰谷差率增至 35%。 选择山东和浙江两个典型省份开展对比分析。根据两省统计局数据，2020 年山 东、浙江省人均 GDP 分别为 72151 元、100738 元，同年浙江省第三产业、城乡居 民生活用电量占比分别达到 15.1%、14.2%，较山东高出 4.6、3.7 个百分点，显示 浙江省经济发展水平相对较高。

从日典型负荷曲线来看，浙江省峰谷差率明显大于山东。基于 2020 年 10 月国 家发改委、国家能源局披露的各省级电网典型电力负荷曲线进行对比分析。对于工 作日，山东最高、最低负荷约为 7200 万千瓦、5800 万千瓦，峰谷差率 19.4%；浙 江最高、最低负荷约为 7900 万千瓦、5200 万千瓦，峰谷差率 34.2%。对于节假日， 山东最高、最低负荷约为 6000 万千瓦、5000 万千瓦，峰谷差率 16.7%；浙江最高、 最低负荷约为 4200 万千瓦、3200 万千瓦，峰谷差率 23.8%。发电侧：“双碳”目标下，新能源发电装机占比持续提升，导致电源侧的波动 性持续加大。新能源发电出力具有随机性、波动性、间歇性特征，其占比提升，将使 得电源侧的平均可控性降低、波动程度提高。

2.适应新型电力系统发展，灵活性资源需要多维度配置

用电负荷曲线的波动幅度增速有限且有迹可循，发电侧新能源出力波动幅度快 速增长且不确定性高，故灵活性资源配置以适应新能源出力波动为主。分别对用电 侧和发电侧波动幅度进行估算，在一定假设条件下，用电侧主要来源于负荷增长和 峰谷差率加大，波动年均加大 2737 万千瓦，发电侧主要来源于新能源装机增长，保 守估计年均加大 4000 万千瓦。

适应新能源出力波动，需要从调频、调峰、备用多时间尺度配置灵活性资源。 电力系统调节以有功调节为主，无功调节为辅；有功调节中，又以调频、调峰、备用 为主。直观地看，调频主要调节新能源出力过程中秒级至分钟级的“毛刺”；调峰主 要调节小时级的新能源出力大幅变化；备用可进一步分为热备用和冷备用，热备用 主要应对日内新能源出力超预期不足问题，冷备用主要应对日以上级别的可再生能 源持续低出力问题。

电力系统需要多时间尺度调节，各类灵活性资源具有不同的技术特性，故适应 新型电力系统发展需要对灵活性资源进行多维度配置。调频、调峰、备用的时间尺 度依次提升。火电是电力系统的“压舱石”，是调频、调峰、备用的主体，由于近年 来新能源快速发展，调频速率和折返次数提高，调峰深度加大，导致火电在调频调 峰方面压力提升。电化学储能和抽水蓄能具有较强的调频调峰能力，是火电的有益 补充，但由于电化学储能一般配置 2-4 小时、抽水蓄能库容 8 小时左右，故难以满 足日以上级别备用需求。需求侧响应依托用户侧资源参与电力系统调节，调节速率 相对有限，将主要满足部分调峰和备用需求。氢能主要通过电解水制氢和氢燃料电 池参与电力系统调节，若能够实现氢能长时间低成本的制备和存储，则氢能能够广 泛满足调频、调峰、备用需求。

各类灵活性资源既具有互补效应又存在替代效应。在调频方面，先前以火电为 主，目前单纯依靠火电调频已愈发吃力，需要电化学储能和抽水蓄能提供支持。近 年来火储联调项目快速增加，正体现了上述变化趋势。在调峰方面，火电（进行灵活 性改造）、抽水蓄能、电化学储能、需求侧响应均可实现，以哪种方式为主将取决于 其调峰的经济性。在备用方面，在氢能商业化之前，仍将主要依靠火电支撑。今年 8 月四川来水偏枯，水电出力数周均维持在较低水平，区域电力系统持续缺电，储能 放电后难以再次充电，对缓解长时缺电作用非常有限，故对于可再生能源长时出力 不足情景，仍需以火电为主进行应急保供。

3.灵活性资源建设即将进入快速发展期

电力保供和新能源消纳压力同步加大，亟待加强灵活性资源建设。灵活性资源 不足，一方面将导致用电高峰时发电能力不足，产生供电缺口，另一方面又将导致 新能源大发时消纳能力不足，出现弃风弃光等问题。近两年，我国缺电问题和新能 源消纳问题频繁出现西部（甘肃等）、东部（山东等）的新能源开发较多省份已出 现明显的消纳率下降趋势，四川、广东、浙江等地区在夏季和冬季用电高峰出现缺 电问题，显示出加快灵活性资源建设已刻不容缓。

灵活性资源建设有望多维度推进，进入快速发展期。结合上一节分析来看，适 应新型电力系统发展，灵活性资源需要多维度配置，目前主要的四种灵活性资源— —火电（进行灵活性改造）、抽水蓄能、电化学储能、需求侧响应技术经济特性各有 不同，既具有互补效应又存在替代效应。在当前电力系统调节能力不足、灵活性资 源紧缺背景下，电力系统建设重点有望从单纯的新能源发电装机建设转向新能源发 电和灵活性资源同步建设，灵活性资源发展有望提速。