摘要：新一輪能源革命下電網的發展將在電力系統傳統功能基礎上進一步擴展和豐富。在對新一輪能源革命內涵的深刻剖析基礎上，借助電力系統優化規劃模型對未來多元能源供應系統進行探索，預判未來能源發展格局。結合技術、經濟、制度、環境等因素，識別影響電網發展的關鍵因素，通過構建電網功能定位模型，運用SWOT-AHP分析電網發展的內外部環境，構建相應的指標體系量化分析電網發展的戰略定位，提出電網功能與形態轉變的方向。結果表明，未來電網的電力傳輸功能向更大容量、更安全、更智能的方向發展，并呈現綜合能源互聯互補的高級形態，電網將為社會提供多元化、立體式、智能化服務。

關鍵詞：能源互聯網新一輪能源革命 電網發展 影響因素 功能形態 電網功能定位模型

引言

隨著世界能源可持續供應壓力不斷增大，加之氣候變化和環境污染問題嚴峻，轉變能源開發利用的方式、推動能源新技術應用、構建新型能源體系成為世界能源發展的方向[1]。新型能源體系將以能源互聯網為依托，以電力系統為核心紐帶，實現橫向“多源互補”、縱向“源-網-荷-儲”協調，能源與信息高度融合的新體系。系統中，電網是最為完善、具有極強可延展性的能源網絡，可以實現能量大范圍、遠距離輸送，從而實現資源的優化配置[2]。在當前經濟轉型升級、能源格局變革的新形勢下，從經濟、體制機制、社會、技術等多方面預判能源變革形勢，分析未來中國電網的發展趨勢和功能定位變化十分必要。

對于能源電力系統和電網發展，多數研究聚焦于能源格局演變[3-6]、輸配電的技術發展[7-8]、電力系統運行技術[9-11]、電網控制技術[12-13]等技術方面。本文聚焦于貫穿發-輸-配電的電力系統全環節的廣義電網，分析新一輪能源革命下的多元能源供應體系和電力流格局，構建電網功能定位模型研究能源革命發展過程中電網的戰略定位，提出未來電網在經濟社會中的功能與形態轉變方向。

1 新一輪能源革命內涵

1.1 能源革命內涵

在全球面臨能源資源危機、氣候變化和環境污染等問題的背景下，世界各國開始探索以更加經濟、高效、清潔的方式滿足經濟社會發展需求的路徑，新舊能源系統逐步更迭過程催發了新一輪能源革命。這一過程將以優化能源結構、提高能源效率、促進節能降耗、共享社會資源、實現可持續發展為目標，涵蓋能源開發、生產、加工、轉換、配置、消費和管理等各個環節，涉及經濟、社會、政治、文化、生態諸多方面，如圖1所示。清潔低碳是新一輪能源革命的主要方向，再電氣化是新一輪能源革命的重要特點，電能將在推動人類能源利用從以化石能源為主向以清潔能源為主的戰略轉型中發揮核心作用[14]。

圖 1 新一輪能源革命框架

1.2 中國能源革命新特征

當前中國已從被動接受全球能源治理規則向主動參與和建設國際秩序轉變，國際影響力空前提升。但是，中國在國際能源事務上尚處于能力建設階段，同時也面臨諸多國際關系變化帶來的風險，因此中國能源革命呈現出新特征。

一是中國經濟調整趕超能源結構調整。目前中國已經進入工業化后期后半階段，但是能源結構仍處于以煤炭為主的第二輪能源革命階段，以煤為主的能源結構長期沒有得到改變。二是中國能源革命中政策發揮著顯著的推動作用。在中國能源供給進程中，國家在不同階段出臺多項政策和制度保障能源供應、促進結構調整，推動能源產業發展。正是由于這些政策的引導和推動，彌補了中國低成本高速度發展的技術限制和經濟限制，在一定程度上推進了能源革命的進程。三是中國能源革命具有引領示范作用。中國正積極推動全球氣候變化應對行動和能源治理，落實全球能源互聯網中國倡議，促進綠色低碳發展，中國的能源革命有望引領全球能源革命。

2 新一輪能源革命下多元能源供應體系

2.1 分析思路和方法

在新一輪能源革命背景下，基于新能源革命和社會經濟等關鍵要素，考慮碳排放約束，并依據經濟性、合理性原則，運用電力系統整體優化規劃(GESP-IV)模型，模擬未來多元能源格局和供應體系，分析未來清潔能源開發利用、電力流等情況的趨勢，從而分析新一輪能源革命對電網的影響。本文的分析思路和方法框架如圖2所示。

運行分析的邊界條件主要是未來所研究水平年(2030年、2050年)的電源、電網、負荷方案。本文結合國家非化石能源戰略目標、新能源規劃目標等約束條件，綜合考慮當前經濟“新常態”情況以及未來經濟發展形勢、人口增速、技術條件等，測算新能源開發規模、電源布局等。為更加真實模擬風、光出力的間歇性對系統運行的影響，本文選擇中國2015年全年8 760 h的省級歷史數據出力特性代替典型日，進行全年的時序電力生產模擬。

優化模型的目標函數為規劃期內(多周期，各周期計算一次電力電量平衡)各地區、各類資源的供電成本(投資+運行-余值)總和最小，跨區電力流按電力供應成本最低原則確定跨區交換規模。同時考慮電力電量平衡、發電能源平衡、分區域接納分布式電源能力、調峰平衡、環境減排要求等約束條件。

圖 2 多元能源供應系統分析方法框架

2.2 多元能源供應體系

基于電力系統規劃模型模擬，未來新能源比重逐漸提高。2050年全國有效裝機容量超過22.4億kW，其中傳統化石能源裝機比重約為20%，常規非化石能源裝機比重約為14.5%，新能源裝機比重約為54%。

2050年風、光等間歇式電源電量比重將達到40%，某些時段某些地區間歇式電源供應比重甚至將達到80%以上。與冬季相比，秋季的電力負荷較低，在系統消納高比例的風、光等間歇式電源時面臨的壓力更大。運行困難一般發生在需求的低谷期，包括春、秋季的夜間時段。

未來煤電的功能定位從電量型電源轉向電力型電源，全年利用小時數約2 300 h，多用來滿足由間歇式電源發電隨機波動、電力負荷峰谷差持續加大等因素帶來的系統調節需求。將全年分為4個季節，統計各個季節的煤電利用情況，發現在春、秋季負荷較低時，煤電的利用小時數折算為2 000 h，低于冬、夏季折算的利用小時數2 500 h。因此，需要各類電源側、電網側、負荷側措施和技術協調配合，才能滿足高比例的間歇式電源帶來的實時運行層面的巨大挑戰。

2.3 全國電力流格局

中長期來看，中國電力流向將呈現“西電東送”、“北電南供”、“西南西北互濟”的總體格局。從區域來看，西北、東北、華北(含蒙西、山西)、川渝藏區域為電力送端，西北、東北、華北送端電力流為煤、風、光打捆電力，川渝藏主送水電。東中部受端13省市、南方區域為電力受端。川渝藏與西北區域資源稟賦具有互補特性，因此兩區之間電力流主要是在不同季節和日間不同時段交換電量。東中部受端與南方區域之間同為交換電量。

2030年，中國新增電力流以西南水電及“三北”新能源電力流為主，煤電布局將進一步優化。中國陸上、近海風電將并重發展，并開展遠海風電示范。太陽能發電布局方面，原有基地規模進一步擴大，新增新疆中部、北部、蒙西騰格里沙漠地區等風電基地毗鄰的千萬千瓦光伏基地，建設青海東部、西藏日喀則等大型光電基地。四川、云南水電基本開發完畢，西藏金沙江上游、怒江上游和雅魯藏布江流域的水電將成為西電東送電力流接續電源。2030—2050年，煤電、水電等能源資源潛力基本開發完畢，風電、太陽能發電將成為電力流大規模增加的主要推動力。

考慮到清潔能源大規模開發利用和電源布局調整，2030年全國跨區輸送電力流規模將達到4.6億kW，其中東中部負荷受入電力流達到3.7億kW。2050年，全國跨區電力流規模達到6.8億kW，其中，東中部負荷中心受入電力流達到5億kW。2030年和2050年，通過跨區通道輸送的電能將分別占當年全社會用電量的20%和25%。2050年，受經濟發展和技術改進推動，東中部負荷中心地區微電網將達到一定的自給程度，但大容量遠距離輸送電力的基本需求依然存在，電網形態將會呈現大容量遠距離輸電與智能微網并存互補。

3 電網功能定位模型

3.1 電網發展關鍵要素識別

基于前文的規劃模擬結果，預判未來能源體系和格局變化，從而識別影響電網發展的關鍵要素。此外，電網發展還受到外部經濟、制度、技術、環境等影響，如圖3所示。

圖 3 電網發展關鍵要素

新一輪能源革命將由水電和煤電等傳統電源的傳輸需求推動，逐步過渡到傳統電源與風電、太陽能發電等新型可再生能源發電共同推動。未來能源系統多元化發展和大規模清潔能源納入系統，對電網的規劃、建設、運行、管理等都將產生廣泛影響，要求電網更為柔性靈活、堅強可靠，也對電網的安全運行帶來挑戰。

從技術創新方面來看，輸電技術、運行調度技術、信息技術等是決定電網發展程度的關鍵驅動因素。經濟發展是影響能源電力消費的主要因素，對電力需求提出新的要求，從而影響電網功能和形態變化。體制機制因素是引導電網有序發展的關鍵因素。不同時期國家對于宏觀調控、產業調整、能源總量控制、能源結構調整等政策發揮了巨大作用。生態環境管制趨嚴，也將對電網規劃選址和建設等方面帶來挑戰。

3.2 電網功能定位模型

基于對未來多元能源系統的發展趨勢分析，本研究運用SWOT與AHP相結合的方法分析電網在能源革命中的定位和功能。SWOT-AHP電網戰略分析模型將運用層次分析法的原理[15-16]，主要包括以下兩部分。(1)關鍵環境要素選擇層次模型主要是根據傳統的SWOT分析模型原理，將影響企業電網戰略制定的要素分為企業內部的優勢(S)、劣勢(W)因素和企業外部的機遇(O)、挑戰(T)因素。(2)最優戰略選擇層次模型將SWOT模型確定的影響企業最優戰略選擇的關鍵環境因素放入準則層，再使用層次分析法對最優定位方案進行選擇。

首先，為了保證權重計算的客觀準確，在確定權重時需要對各要素的重要性進行評判，運用1-9的比例標度法作為依據給出分值，如表1所示。

為了得到不同階數的矩陣均適用的一致性檢驗的臨界值，還需引入平均隨機一致性指標RI。通過CR=CI/RI，求得隨機一致性比率CR。當CR≤0.1時，認為該判斷矩陣具有較好的一致性;當CR>0.1時，則認為該判斷矩陣不具有一致性，應該調整判斷值，直到通過一致性檢驗為止?；陉P鍵因素，構造最優定位選擇層次模型，如圖4所示。

基于不同矩陣組合，共有4種發展戰略定位模式。發展型定位是指要充分抓住外部有利環境的機遇，發揮自身優勢贏得先機的戰略定位;競爭型定位是指充分利用外部有利環境，彌補自身不足和短板，加強競爭實力的戰略定位;遵循型定位是指在外部壓力環境下依靠自身優勢保證順利發展的戰略定位;規避型定位是指在外部不利環境中，盡量規避直接競爭立足于彌補自身不足的保守型戰略定位。

圖 4 未來電網功能定位模型

3.3 模型結果

為了構造判斷矩陣，確定未來電網功能定位的各個評價指標的重要程度，以1-9級標度進行衡量和計算。首先對“優勢”、“不足”、“機遇”和“壓力”這四大評價指標的重要性進行比較，然后分別對這四大評價指標下的4個子指標進行兩兩比較。計算各層級評價體系得分，并最終計算算術平均值，得出評價層次得分，如表2所示。

按各方案的最終總得分的高低做排序可得：發展型>競爭型>遵循型>規避型，因此未來電網功能定位的最優選擇為發展型。發展型是指未來電網要充分依托將來外部環境優勢，立足于自身優勢積極推動以再電氣化為特征的新一輪能源革命。

3.4 電網功能形態定位

(1)電力傳輸功能與形態定位。為了滿足新一輪能源革命發展下電力負荷的大幅增長和供電質量的要求，電網的電力傳輸功能向更大容量、更安全、更智能的方向發展，形態轉變為支撐再電氣化的交直流混聯輸電系統，具有強大的適應性和高度穩定性。網架結構更堅強、輸電容量更大、傳輸距離更遠，電網的互聯將使得各級電網聯系更緊密，傳輸配送電力的范圍和距離將進一步擴大，滿足負荷需求的能力也得以進一步提升。

(2)資源配置功能與形態定位。電網的功能拓展為多種能源物理互聯網絡，形態升級為綜合能源互聯互補的高級形態，其主要特征是系統規模大、接入主體多。通過電力調度合理配置發電能源，各個區域、各種形式的可再生能源都能通過能源互聯網柔性聯接，進一步推動清潔能源的協調互補和優化配置。作為中國能源綜合運輸體系的重要組成部分，電網將在促進煤電優化布局的同時，促進清潔能源的大范圍配置和遠距離輸送，在滿足中國能源電力大規模輸送及能源綜合運輸體系構建中發揮重要作用。

(3)市場交易功能與形態定位。電網將逐步由簡單滿足用戶用電需求功能向落實電力交易結果、促進電力市場有效競爭、推動電力市場有序運作的方向轉變。電網功能將拓展出更廣泛的市場功能，并以智能互動和技術創新將電力市場各主體緊密融合。一方面，更加智能、柔性、開放的電網能夠實現信息的高效流動，促進電力市場有效配置資源;另一方面，電網范圍的擴大使得電力市場的范圍進一步擴大，市場主體隨之增加，從而降低市場集中度，促進市場競爭，并催生能源領域新業態的產生。

(4)信息交互功能與形態定位。隨著智能電網的發展，電網將突破電力供應的服務范圍，通過智慧促進能源與信息深度融合，成為連接新能源、信息技術、新材料等與用戶之間的重要紐帶，未來電網是構建經濟、靈活、便捷的智能能源系統的關鍵，系統具有高度智慧化和交互性。未來電網將為社會提供多元化、立體式、智能化、綜合性的能源服務。

4 結語

(1)新一輪能源革命將推動多元能源供應體系逐漸形成，這一過程將以優化能源結構、提高能源效率、促進節能降耗、共享社會資源、實現可持續發展為目標，以清潔低碳為主要方向，再電氣化是其重要特點。

(2)未來電網形態的演變，受到能源電力系統內部和外部經濟、體制、環境等因素共同影響。未來中國電網功能將顯著提升，既要滿足能源電力大規模遠距離輸送的需要，又要滿足受端地區多種能源電力協同運行的需要，還要滿足新能源發展和新型用電服務的需要。

(3)為適應未來中國電網功能的發展變化，未來的電網必然是“堅強”與“智能”并重。隨著特高壓輸電不斷取得重大突破，智能電網建設也同步推進，形成特高壓為核心的堅強電網與智能化相輔相成、相互促進的電網發展路線，實現特高壓電網與各級電網的協調發展。

作者：

譚雪 劉俊 鄭寬 閆曉卿 ,石磊

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