高峰：新型电力系统五大特征辨析与新形态建议
来源：中国电力报 时间：2025-10-17 15:39
清华大学能源互联网创新研究院副院长 高峰
实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军。习近平总书记在2020年9月向世界宣布中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，次年3月就提出“构建以新能源为主体的新型电力系统”，并于2023年7月明确新型电力系统的五大特征——清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能，以及建设目标——更好推动能源生产和消费革命，保障国家能源安全。围绕新型电力系统建设，相关政策文件以及各类新形态不断涌现。有必要在深刻认知五大特征的基础上，理解新形态的必然需求，研判新形态的适用范围，支撑新型电力系统的合理、快速构建。
新型电力系统真的需要新形态
（一）三角基础：清洁低碳、安全充裕、经济高效
从新能源自身看，清洁低碳和经济高效已成为其本质特征。以风电、光伏为代表的新能源产业快速发展，发电成本指数级下降。2025年3月底，全国风电、太阳能发电装机历史性超过火电，二者合计发电量已超出全社会用电量增量。然而，新能源在迈向主体电源的过程中，其波动性、间歇性和不可预知性，会给电力系统的安全充裕带来巨大挑战——这正是业界经常提到的能源“不可能三角”。
但在国家安全层面，新能源已实现能源“稳定三角”。2024年2月，中共中央政治局就新能源技术与我国的能源安全进行第十二次集体学习。习近平总书记在主持学习时强调，以更大力度推动我国新能源高质量发展，为中国式现代化建设提供安全可靠的能源保障，为共建清洁美丽的世界作出更大贡献。电力作为二次能源，电力系统的安全首先是一次能源的充裕保障，而我国新能源产业发展举世瞩目，链条完整，可有效化解能源对外依存问题。
安全一直是本质需求，但安全有着不同的层级，对应不同的尺度，需运用系统性思维分析问题、设计解决方案，尤其要更加科学合理地做好电力系统的规划建设。如不同层级电力系统运行安全对应的储能配置可分为：
运行性安全：配置抽水蓄能、新型储能等主要储能类型，应对日常电力系统供需波动。
应急性安全：利用碳排放较低的天然气，未来可以考虑氢能及衍生燃料，应对运行环境短时急剧变化，如寒潮、酷暑、雷电、冰灾等。
极端性安全：以煤炭兜底保障，应对运行环境长时间、大幅度变化，如自然灾害、战争等。
系统性思维也包括历史观，需认识到“三角特征”是不断演化的。基于火电等化石能源的传统电力系统，本身就是能源转型中替代旧能源的产物。140多年前，爱迪生在纽约珍珠街搭建了世界首个商业化电力系统，用煤电替代了煤气，解决了煤气点灯时产生的大量污染与排放问题。可以想见，在这一替代过程初期，煤电成本大概率高于煤气，而且可靠性也不如煤气；但随着煤电广泛应用，其成本大幅下降、可靠性不断提升，逐步发展成为既安全充裕，又经济高效，还“绿色环保”的电力系统。
当前我们面临的问题，其实来自对“绿色环保”更高级的追求——“清洁低碳”。这一追求虽会带来短期成本增加，但从长期来看，经济高效的目标是可以实现的。更何况，传统电力系统的建设本身就需时刻在安全充裕和经济高效之间寻找平衡，如今只是在优化函数中新增了一个变量，而这一变化在智能电网时代已悄然开启。如2010年发布的《国家高技术研究发展计划（863计划）先进能源技术领域智能电网关键技术研发（一期）重大项目申请指南》中，明确的六大方向前两项便直接与此相关：（1）大规模集中接入间歇式能源并网技术；（2）高密度分布式电源并网技术。
然而，这类问题研究十余年还没有得以解决的根源在哪里？恐怕在于传统思维，在传统电力系统安全充裕视角下看新能源可以占到多少比例。而不是以清洁低碳为“牛鼻子”，在以新能源为主体的前提下，研究如何实现安全充裕和经济高效。正如有专家拿电动汽车作类比，指出现在不少新型电力系统的建设工作，就像传统车企在油车平台上“油改电”，而非直接打造“纯电”平台。“油改电”短时看可以节约研发和制造的成本和时间，但造出的车安全性差、续航差、空间小，已经被市场淘汰。
因此，要建设具备清洁低碳、安全充裕、经济高效的稳定三角特征的新型电力系统，需以系统性思维从本质上创新形态，而这离不开供需协同和灵活智能的支撑。
（二）二足支撑：供需协同、灵活智能
供需协同是“系统性、整体性、协同性”的直接体现，是新型电力系统新形态的核心途径。
传统电力系统的构建基础是“供需平衡”，规划遵循“以荷（峰值）定源（容量）”，运行采用“源随荷动”。前者为满足短时峰值负荷需求，可能造成系统设备资产利用率低，难以实现电力资产的经济高效。后者要依赖比较准确的负荷预测、基本可控的电源，以及适当配置的灵活性资源。而在新能源为主体时，在传统思路下，用户侧新能源导致负荷预测困难，新能源电站难以控制，新建灵活性资源则带来经济压力。此即为前述新能源给电力系统运行带来巨大挑战的根源。
如果能让波动的新能源发电和波动的用电需求实现实时自主匹配，可有效减轻电力系统“安全充裕”的压力，减少对灵活性资源的需求，进而缓解“经济高效”压力。因此，新型电力系统应通过供需协同拉近供需距离，正像互联网经济通过供需直接互通减少中间环节，既能有效降低系统成本，又能为消费者带来实惠，为生产者创造收益。
供需协同在德国已有雏形。德国的“平衡单元机制”通过各个调度区域内的近千个平衡责任方，管理数千个平衡单元，保证每个单元内的净用/发电的实际曲线与上报的预测曲线不产生偏差，降低所在调度区域面对的不确定性，从而减少系统备用、缓解平衡压力。该机制中，平衡单元无需物理连接，发、用电主体可自由组合，但目前尚未考虑通过减少波动性来降低电力系统对灵活性资源的需求，仍需进一步完善。
中国在供需协同已有探索。2017年国家发展改革委、国家能源局开展园区级市场化交易试点，探索光伏发电与本地用户直接交易模式。其中，苏州工业园区试点成功实现月度电量供需协同，但尚未涉及电力供需协同，电网仍需承担保障兜底责任。同年国家发展改革委等六部委发布《关于深入推进供给侧结构性改革做好新形势下电力需求侧管理工作的通知》，并组织需求侧响应试点，尝试推动电力系统运行从“源随荷动”向“荷随源动”转变，但距离供需协同需要的“源荷互动”还有差距。
灵活智能是实现新型电力系统新形态的核心抓手，也是时代赋予电力系统的核心能力。
储能是提供系统灵活性的首选，在新型电力系统中，储能的重要性愈发凸显，已成为“源网荷储”体系中不可或缺的一部分。抽水蓄能将继续发挥重要作用，新型储能也在迅猛发展。《中国新型储能发展报告》指出，新型储能技术路线“百花齐放”，涵盖全球工程应用的主要技术路线，调度运用水平稳步提高，有力支撑新型电力系统建设。新型储能不仅仅可以提供“时间灵活性”，其模块组合的灵活特性还给电力系统带来“空间灵活性”，是破解“以荷定源”、延缓输配电设备升级扩容、提升电力资产利用率的有效手段。
这类储能“硬”技术可能需要像风电、光伏那样，经过多年发展实现规模化应用，因此供需两端的“软”技术不可或缺。供给侧除了水电、气电等常规可调节电源外，主要依靠火电的灵活性改造，但其面临“发电即排放”的难题，所以新能源发电自身的灵活性提升应该成为重要方向。事实上，与传统发电方式相比，新能源发电在物理形态上具备模块组合的灵活特性：一台100万千瓦的大型火电机组要检修，会直接造成100万千瓦的发电缺口；而由100台1万千瓦风机组成的100万千瓦的风电场站，可逐台风机检修，只影响1%的发电能力。从运行角度看，新能源电站可通过内部“机组组合”实现0到100%发电能力的实时调节，且不存在火电调节需要的“最低负荷”与“爬坡时间”。当然，这需要配套政策、市场机制与调度机制的支撑。
需求侧的灵活性最具潜力。除了具备需求侧响应能力的可调节、可中断用电负荷外，利用非电形态的存储、调节能力，可进一步提升需求侧灵活性：如空调、热泵通过改变控制温度实现“热储能”，利用灵活性AI算法、可中断AI芯片实现“算储能”。这些灵活性还可聚合形成虚拟电厂。2025年4月，国家发展改革委、国家能源局联合下发《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》，明确到2030年全国虚拟电厂调节能力达到5000万千瓦以上。深圳、上海等地的城市级虚拟电厂示范项目，已验证了虚拟电厂的技术可行性。虚拟电厂需依托智能技术实现资源聚合，供需协同也需要智能技术实现互通。
物联网、5G、大数据、云计算、人工智能等智能技术的爆发式发展，正在推动人类社会步入智能时代，也将深刻变革并支撑电力系统新形态。2024年11月颁布的《中华人民共和国能源法》第三十一条明确规定：“国家加快构建新型电力系统，加强电源电网协同建设，推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提高电网对可再生能源的接纳、配置和调控能力。”2025年9月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于推进“人工智能+”能源高质量发展的实施意见》，提出了包括“围绕新型电力系统下的电网安全、新能源消纳、运行效率等要求，开展电力供需预测、电网智能诊断分析、规划方案智能生成等电网规划设计应用”等多项新型电力系统建设需要的智能技术和场景。
作为新型电力系统新形态的核心途径和核心抓手，供需协同和灵活智能也可以反过来用于研判各种新形态的适用范围：若某一新形态难以体现供需协同，没有用到灵活智能，则可能陷入类似“油改电”的误区，难以真正实现清洁低碳、安全充裕、经济高效的“稳定三角”。
新型电力系统需要真的新形态
（一）新政策推动新形态不断涌现
2025年2月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于深化新能源上网电价市场化改革 促进新能源高质量发展的通知》，提出“新能源全面入市”的新形态，引发行业巨大反响。该形态推动新能源高质量发展，提升新能源智能化水平（如发电预测准确性、运维建设效率等）。其核心在于破除电网无偿兜底的机制，建立新能源分摊系统灵活性调节成本的通道。但其本质还是“供需平衡”，难以缓解系统的灵活性调节压力——若要保障安全，要么需要增加灵活性资源建设投入（影响“经济高效”），要么需要减少具备发电条件的新能源发电（影响“清洁低碳”）。
2025年5月，国家发展改革委、国家能源局发布《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》，提出“绿电直连”新形态，是“新能源全面入市”的有效补充。该形态通过专线直接连接供需双方，实现“强”供需协同，可以激发供需主体活力、实现自主匹配，且绿电溯源直接、清洁低碳特征明确。但专属线路可能导致设备利用率较低，难以发挥平台与规模效应，间接增加社会成本，比较适合大电网建设不足的区域。
2025年7月，国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局联合发布《关于开展零碳园区建设的通知》，指出“加强园区及周边可再生能源开发利用，支持园区与周边非化石能源发电资源匹配对接，科学配置储能等调节性资源，因地制宜发展绿电直连、新能源就近接入增量配电网等绿色电力直接供应模式”。该政策进一步完善了“绿电直连”形态，明确要科学配置调节性资源，但难点恰在于“科学配置”。若换个视角，零碳园区其实是智能微电网的优质载体。
（二）聚合型智能微电网——新型电力系统原生的新形态
微电网并不是全新形态，甚至可以说，爱迪生在纽约珍珠街搭建的首个商业化电力系统，本质就是微电网。早期微电网难以满足用电需求，且供电资源与用户距离较远（需长距离传输以更高电压等级降低损耗），同时为提升可靠性需实现互联互通，才逐步演化成如今的大电网。然而，量变引起质变：正如新能源占比不断提升给电力系统运行带来巨大挑战，大电网复杂性的不断提升，也对电力系统运行构成严峻考验。2025年4月，西班牙、葡萄牙发生大停电事故，影响5000万人，核心原因是运行人员未预料到的无功级联故障。中国尚未发生类似大停电，一方面体现了中国电力系统全链条的技术与管理能力的领先，另一方面也可能意味着，在安全充裕与经济高效的权衡中，我们对前者赋予了更高权重——这也意味着日常运行时电力系统资产利用率、投资回报率相对较低。
在新能源占比和电网复杂性不断提升的双重压力下，仅依靠大电网承担电力系统安全充裕的责任，恐怕难以持续，智能微电网成为必选项。传统微电网是从“用户满足自身用电”这个单一目标考虑的，并网型微电网依靠大电网兜底，未充分考虑全社会成本与系统安全。而智能微电网站在系统视角，通过灵活智能实现本地供需协同，可减少系统安全压力、降低全社会成本、提升系统安全，最终实现清洁低碳、安全充裕、经济高效的“稳定三角”。但现实中，往往存在“有本地发电资源的负荷不足”“有大量用电需求但本地发电资源匮乏”的矛盾，导致独立型智能微电网的建设空间有限。在此背景下，聚合型智能微电网的形态应运而生。
聚合型智能微电网是以公共配电网为物理连接、以“智能电表+智能合约”为数字连接，实现新能源发电与用电负荷供需协同的“微型”电力系统。其可根据经济性与可行性，选择本地配置灵活性资源或付费购买外部灵活性资源，建立“谁受益、谁付费”的灵活性资源成本合理回收机制，并可衍生出“一聚一”“一聚多”“多聚一”“多聚多”等子形态。
“一聚一”的形态也可称作“绿电聚连”。和“绿电直连”相比，核心差异在于无需建专线，即使需要新建线路，也可以统筹规划和运营，发挥平台规模效应。当然，从绿电溯源的角度看，“绿电聚连”需额外投入智能化研发与建设，但相对电力一次设备投入，这部分成本基本可以忽略。中国不应摒弃国际领先的大电网与电力智能化能力，也不应简单遵循欧盟不尽合理的要求，而应该积极向国际社会推广“绿电聚连”这类“全社会成本更低”的绿电溯源形态，推动形成国际标准。
“多聚多”等其他形态的运行机制，可参考德国的平衡单元机制，且虚拟电厂已为此奠定了良好技术基础。尽管虚拟电厂与聚合型智能微电网都采用“聚合”形态，但二者在核心目标与运行逻辑上存在本质差异：虚拟电厂的核心定位是“增加系统灵活性供给”，而聚合型智能微电网则致力于“减少系统灵活性需求”，最终降低全社会灵活性资源成本。
聚合型智能微电网也可以延伸到居民用电领域。在海外已经有大量的V2H（Vehicle to Home）案例，通过电动汽车为住宅供电，结合屋顶光伏等实现家庭微电网，此时新能源车成为绿电的“搬运工”。由于中国主要居住环境与海外存在差异，直接推广V2H比较困难，但中国已建成大量的V2G（Vehicle to Grid）项目，电动汽车聚合及与电网互动的技术已很成熟。因此，中国可在居民小区建设“聚合型V2H（即聚合型家庭微电网）”，使不同位置的住宅与电动汽车通过小区公共电网实现供需协同。
愿景
聚合型智能微电网作为新型电力系统原生形态，需要在机制与技术层面开展深入研究和探索。在机制方面，聚合型智能微电网可被看作“能源联产承包责任制”，需要建立配套政策，以适配新型电力系统的新型电力生产关系；在技术方面，需以智能电表和智能合约为核心，研发支持点对点匹配技术、实时结算技术等。
聚合型智能微电网与独立型智能微电网，如同一根根“弹簧”，共同构成智能配电系统这个“减震器”。一个个“减震器”支撑起智能输电系统“车身”，保证新型电力系统的平稳行驶。新型电力系统建设应该避免“油改电”，坚持“以终为始”，打造“纯电”原生、灵活智能无处不在、分层分级供需协同的新形态。
责任编辑：江蓬新
