一、形態特征

1、高比例新能源廣泛接入

新型電力系統核心特征在于新能源占據主導地位，成為主要能源形式。隨著我國碳達峰與碳中和目標的提出，新能源在一次能源消費中的比重不斷增加，加速替代化石能源。未來我國電源裝機規模將保持平穩較快增長，呈現出“風光領跑、多源協調”發電將是我國發展最快的電源類型，到2060約60%，發電量占比之和達到約35%。態勢。在電源總裝機容量中，陸上風電、光伏未來新能源的廣泛接入也將呈現集中式與分布式并舉的態勢。西北、華北、東北地區大規模風光基地、西南地區水電基地、東部沿海地區海上風電基地，以及因地制宜、數量可觀、就近消納的分布式電源，共同緩解我國資源逆向分布問題。

未來新能源的廣泛接入還將呈現智能靈活、友好并網、高效環保的特征。通過儲能、交直流組網與多場景融合應用提升智能靈活;通過“風光水火儲”多能互補、集群調度、氣象大數據發電預測、廣義虛擬同步技術，提升友好并網與主動支撐性能;通過新型風能捕捉與大葉輪、新型光伏電池、數字智能運維、環保材料提升效率與可靠性;并且構建靈活性火電機組、天然氣與儲氫調峰電站、儲熱與儲能電站的調峰電源體系。

2、高彈性電網靈活可靠配置資源

新型電力系統需要解決高比例新能源接入下系統強不確定性(即，隨機性與波動性)與脆弱性問題，充分發揮電網大范圍資源配置的能力。未來電網將呈現出交直流遠距離輸電、區域電網互聯、主網與微電網互動的形態。

特高壓交直流遠距離輸電成為重要的清潔能源配置手段。分布式電源按電壓等級分層接入，實現就地消納與平衡。儲能與需求側響應快速發展，預計2060年需求響應規模有望達到3.6億千瓦左右，儲能裝機將達4.2億千瓦左右，兩者將成為未來電力系統重要的靈活性資源，保障新能源消納和系統安全穩定運行。新一代調度體系。主要包括:

1)從傳統的自上而下調度模式，演變為“源網荷儲”全網協同的調度模式;

2)從傳統的個體經驗判斷演變為數據驅動下AI決策的智能調度;

3)從單點故障觸發的被動式保護演變為電力物聯網全局感知提前預防的主動防御;

4）演變為電力電子與現代通信相結合的敏捷響應(毫秒級);

5）高彈性電網的核心在于建立全網協同、數據驅動、主動防御、智能決策復合潮流控制及動態增容等新型電力電子裝置的手段豐富的調度調節資源。

6)從傳統機電動作緩慢響應(秒級)調頻資源不足演變為具有靈活性電源、儲能、需求側響應、寬頻振蕩抑制；

7)從傳統調峰高彈性電網的基礎在于建設萬物互聯的電力物聯網。基于物聯網智能傳感、邊緣計算融合網關、智能終端以及安全芯片等感知設備，實現全環節數據可測可采可傳，且各類終端與設備即插即用、安全接入、萬物互聯;通過5G/光纖/物聯網等現代通訊網絡，實現數據快速上傳;通過人工智能、大數據等先進算法，基于云平臺實現智能發電、智能調度、智能運維的全場景與全鏈條智能化。

3、高度電氣化的終端負荷多元互動

未來終端用能結構中，電氣化水平持續提升，電能逐步成為最主要的能源消費品種。根據有關機構預測，2025費中的主導地位，電能占終端能源消費比重在2035年和2060年有望分別達到約45%和70%。圍繞著滿足人民對美好生活的向往，電能替代、電動汽車、清潔供暖、屋頂光伏、家用儲能設備及智能家居的廣泛應用使用電負荷朝著多元化方向發展。

在能源互聯網背景下，既是消費者，又是生產者的全新模式改變著能源電力服務形態，需求側響應、虛擬電廠及分布式交易越來越多成為用戶的新選擇。在能源互聯網新消費下，除了普遍服務外，綠色電力、定制化服務、優質供電、精準計量、電力大數據增值服務成為用戶的新需求。

4、基礎設施多網融合數字賦能

我國正在建設的能源互聯網是推動能源革命的技術路徑。在物理層，能源互聯網需要建設以新一代電力系統為基礎，與天然氣、交通、建筑等多個領域互聯互通的綜合能源網絡。

在生產側，多品種能源需要結合各自特點，發揮所長，進行互聯互通，優勢互補;在傳輸側，智能電網與熱力管網、天然氣管網、交通網絡進行互聯互通，協同調度;

在消費側，電冷熱氣水進行綜合能源供應。電力物聯網成為網絡安全的重點環節。建設“安全芯片-終端認證-數據可信-網絡加密-應用密鑰”在信息層，電力網絡逐步與現代通信網絡融合，共同構建信息物理社會的主動式全域網絡安全防護體系，打造全息全景感知、信息高效處理、數據數字安全、應用便捷靈活的開放安全物聯網絡。

在數據層，電力行業進行數字化轉型，建設具有活力的電力數字生態。電力大數據服務社會治理與經濟發展，數字電網平臺賦能，培育新型電力數字產業;對接工業互聯網，服務數字政府和智慧城市;對接能源價值鏈各環節資源，發揮企業間的互利共生優勢，構建產業鏈合作平臺與新能源電力生態。

總的來說，未來新型電力系統的核心特征是新能源占主體地位。同時圍繞著滿足人民對美好生活的向往，電動汽車、清潔供暖、屋頂光伏、家用儲能、智能家居以及電能替代的廣泛應用，使得用電負荷朝著多元化方向發展。面對源荷兩端重大變化，電網功能與形態的也需要進行深刻的變革。為推動能源革命戰略，落實2030年碳達峰和2060建“清潔低碳、安全高效”新型電力系統。這一歷史任務意義重大。

二、使命與挑戰

欲帶皇冠，必承其重，欲握玫瑰，必承其痛。承載著黨與國家厚望的新型電力系統不僅是歷史使命，而且也是重大挑戰。現有電力系統并不能簡單的能源系統，建設適應高比例新能源廣泛接入的地以線性發展方式演變到更高階段的新型電力系統，二者存在較大的差異性。歸納總結本質性的技術，其演變過程為三點:

(一)從現有電力系統邁向新型電力系統的技術演變推演

1、從確定性系統演變為強不確定性系統

首先，電源端具有強不確定性。我國電源結構將從傳統火電機組為主導，逐步演變為未來的新能源機組為主導。未來風電和光伏發電的裝機容量將呈現持續上升趨勢，預計2060年兩者裝機容量占比之和達到約60%，發電量占比之和達到約35%。現有常規火電、水電或者核電出力呈現一定的規律性和可控性;而風電與光伏等新能源出力具有多時空的強不確定性和不可控性。

其次，負荷端具有強不確定性。未來，電能逐步成為最主要的能源消費年后電力將取代煤炭在終端能源消費中的主導地位。現有電力負荷變化相對有規律，整個電力系統的運行方式相對固定，例如在電力系統規劃時，只需要選取不同季節的典型日或時的負荷曲線便可以進行預測。而高度電氣化下負荷結構多元化，電動汽車充電與電供暖等用電行為的時空隨機分布，以及用戶側的有源化特征凸顯，都會加劇負荷的不可預見性。目前，我國電網負荷的峰谷差正在逐漸加大。

再次，電力潮流具有強不確定性。在較少新能源并網時，由于負荷變相對有規律，傳統電力系統“源隨荷走”的運行方式相對固定。而在高比新能源電力系統中，由于在源端和荷端存在較大的不確定性，電力系統運行的“邊界條件”將更加多樣化。輸電網的聯絡線潮流可能跟隨新能源的出力波動而大幅變動(甚至雙向流動)，配電網的分布式新能源與虛擬電廠也會改變電力潮流。

2、從機電裝備主導向電力電子裝備主導的演變

新能源的并網、傳輸和消納在源-網-荷端引入了更多電力電子裝備，電力系統呈現顯著的電力電子化趨勢問題。因此，電力系統基本特性將由旋轉電機主導的機電穩態過程為主演變為電力電子裝備的電磁暫態過程為主。現有火電、水電等傳統機組采用同步電機，具有較強的機械慣性，因此，電力系統具有較大的時間常數(秒-分鐘級)，系統頻率以工頻(五十赫茲)為主。而電力電子裝置具有低慣性、低短路容量、弱抗擾性和多時間尺度響應特性，導致電力電子化電力系統時間常數更小(毫秒級)、頻域更寬(幾百赫茲)、安全域更復雜。在多種擾動情形下系統的機電暫態和電磁振蕩等多重因素交互影響，例如，目前新能源基地出現的暫態電壓支撐不足、風電機組并網的高/低電壓穿越停機脫網、寬頻振蕩、多饋入直流換相失敗等都是電力電子化系統的具體表現。

3、從單一電力系統向綜合能源系統演變

能源互聯網需要建設以新能源電力系統為基礎，與天然氣、交通、建筑等多個領域互聯互通的綜合能源網絡。因此，現有的電力系統將與熱力管網、天然氣管網、交通網絡進行互聯互通，構成綜合能源系統。而且，天然氣與氫能源的儲備與傳輸將與電力系統深度融合，發揮重要的調峰作用。

(二)現有電力系統技術體系的不足

在現有技術條件下，新能源出力不確定性強，具有隨機性、波動性、反調峰特點，“極熱無風”、“晚峰無光”、“大裝機、小電量”成為行業弊端。從現有電力系統向新型電力系統演變，將會面臨重要的技術挑戰，現有技術體系還不足以支撐未來新型電力系統的建設，主要不足體現在:

(1)電源和電網規劃統籌協調不夠。送端配套電源建設滯后和受端電網承載能力不足。電網結構尚不能完全滿足大范圍資源配置以及分布式廣泛接入的需要。

(2)電力系統平衡能力嚴重不足。新能源機組尚不具備與傳統電源機組相當的電網安全穩定支撐能力，耐受電網擾動能力較低。現有火電靈活性改造和抽水蓄能的電源靈活調節能力不足，無法完全滿足與高比例新能源接入情況下的系統調峰調頻需求。

(3)電力系統調節控制能力不足。系統運行中已經出現了動態無功支撐不足、頻率調節和穩定不足、短路電流超標、傳統同步穩定和新形態穩定交織等安全問題。此外，大量新興的分布式發電的“弱調度”或“無調度”特點，導致電力系統協調運行控制難度持續增大。由于“數據煙囪”，貫通“發電-電網-用戶”度體系的基礎還沒有完全建立。

(4）電力裝備支撐能力不足。面向新型電力系統電力電子化的特性，現有輸變電設備的適應性亟需升級，需要向更敏捷、更智能、更高承載能力方向發展。特別是現有電力系統用電力電子器件過載承受能力低，在物理上決定了裝備與系統的脆弱性，急需提升器件水平。此外，大容量儲能系統的實用化水平亟需提高，成本、安全和效率仍是儲能大規模推廣的主要障礙。

(5)電力系統基礎理論體系亟需提升。傳統電力系統技術體系不適應大規模新能源和電力電子裝備發展的問題逐步顯現。在規劃層面，電力電量平衡以及容量充裕度的概念與方法應由目前確定性的思路向概率性的思路轉化。在運行層面，需要深入掌握電力電子動態特性，提高復雜環境下的系統分析手段。

習近平總書記在2018年5月28日的中國科學院第十九次院士大會和中國工程院第十四次院士大會上講到，“創新從來都是九死一生，但我們必須有‘亦余心之所善兮，雖九死其猶未悔’的豪情“。科技創新是構建清潔低碳安全高效的能源體系、構建新型電力系統的科學道路和必然選擇。

三、技術路徑

科技創新是構建清潔低碳安全高效的能源體系、構建新型電力系統的科學道路和必然選擇。

當前，科技革命和產業變革日新月異，能源互聯網、數字能源、電力物聯網等領域向縱深發展。以可再生能源發電、分布式電源、微電網、儲能、電動汽車為代表的能源生產消費技術正在加速傳統電力行業向新能源電力系統演變;以大數據、云平臺、物聯網、移動通訊、人工智能、區塊鏈等為代表的數字互聯網技術正在推動全球工業經濟向數字經濟演變;以電力電子、智能傳感、超導及石墨烯材料為代表的裝備制造技術層出不窮。因此，隨著各種新型技術和開發利用方式的不斷涌現，新能源電力系統裝備技術面臨著不斷創新突破的可能和重大需求。為構建具備“高度電氣化的負荷多元互動、基礎設施多網融合數字賦能”特征的新型電力系統，應建立多學科融合下的多維立體化的科學技術體系。

(一)智能發電環節

主要方向是圍繞高比例新能源接入，構建合理高比例新能源廣泛接入、高彈性電網靈活可靠配置資源、的調峰電源體系。新能源機組應具備智能靈活、友好并網、高效環保的特點，調峰電源具備靈活機動、深度調峰、快速啟停能力。

風電:發展大葉輪、高效率、電網友好型風機;研究具備抗擾性、自適應并網與主動支撐功能的并網變流器技術及應用;發展海上風電技術;發展低速風電與高空風電，集中式與分散式風電并舉，使得不同地理環境的風能資源都得到了利用;陸上風電與海上風電進入智能化運維階段。

光伏與光熱:推廣普及高效電池技術和工藝，提高晶硅電池效率;研制具備抗擾性、自適應并網與主動支撐功能的并網變流器技術及應用;發展儲熱介質技術，逐步推進太陽能熱發電向高效率、低成本、高可靠性發展。

水電及抽水蓄能:提升水泵水輪機水力穩定性和魚友型水輪機;發展超高水頭、超低水頭水輪機設計理論和水電設備監測與智能診斷技術;對現有水電站增加抽水蓄能功能。

調峰電源。構建靈活性火電、抽水蓄能、天然氣調峰電站、儲氫調峰電站、儲能電站、虛擬電廠等調峰電源體系;提升調峰機組的靈活性、深度調峰、快速啟停能力;結合儲能提升新能源機組的可調度性和調峰機組的功率調節速率。

碳捕獲與封存或使用技術。碳中性燃料技術。利用清潔能源生產碳中性氣體和液體燃料，包括氫、氨和烴類載體等。可以長期儲存電力和運輸燃料，也可用于發電，尤其是調峰電廠。更長遠的還有微型反應堆和核聚變技術。

(二)智能電網環節

主要方向是建設高彈性電網，充分發揮電網大范圍資源配置的能力，包括:構建交直流遠距離輸電、區域互聯、主網與微網互動的形態;不斷完善新三道防線，建立全網協同、數據驅動、主動防御、智能決策的新一代調度體系。特高壓輸電。開展卡脖子裝備的國產化研究進程;掌握特殊環境下特高壓技術，推動全國不同氣候、環境條件的地區的電網廣泛互聯;開展先進傳感、無人機與人工智能對特高壓線路與裝備的智能運維、故障診斷研究，提高運行可靠性與效率。

柔性直流輸電。開展使用架空線的柔性直流輸電工程應用技術實踐;開展直流限流器、直流潮流控制器等新型裝備技術研究與應用;完成海上平臺的緊湊化換流閥研究與應用;開展基于寬禁帶器件/電力專用硅基器件的柔性直流關鍵設備研制與應用。

靈活交流輸電。開展超大容量兼備潮流控制與短路電流限制的功能復合型裝備研究與應用;開展動態增容線路技術、基于超導或碳纖維新材料的輸電技術研究和應用;基于寬禁帶器件/電力專用硅基器件的FACTs新型裝備研究與應用。

交直流配電網。微電網/“源-網-荷-儲”微能源網成為未來終端能源供應的重要形態，不僅可以實現自洽自治，提高供電可靠性，而且能夠對主網提供支撐;構建相協調的區域性分布式發電群控群調系統;完成基于電力物聯網的配電自動化系統建設;開展能源(電力)路由器、故障自愈拓撲重構的電力電子軟開關等新型裝備研究與應用。

智能調度。近期豐富“三道防線”，結合電力電子、智能傳感、5G/光纖通信與人工智能技術，實現快速可靠的繼電保護、精準穩控裝置和網荷互動微網支撐的失步解列措施。中長期構建新一代全網協同、數據驅動、智能決策、主動防御的智能調度體系。建設超大規模全電磁暫態仿真系統;開展人工智能等先進算法的深化研究與應用;開展基于物聯網與5G的電網控制保護及調度運行的關鍵裝備研制與應用。

(三)智能用電環節

主要方向是實現高度電氣化負荷多元互動，并且挖掘用戶側潛力，通過互聯網聚合下的用戶互動與需求響應，提升系統效率。微電網與分布式電源取得長足進展，成為綜合能源供應的重要支撐。普遍推廣;建筑的終端能源消費中，電能占比逐步提高。

綜合能源供應。工業園區與公共建筑成為開展綜合能源服務的重點對象;節能綠色建筑。光伏建筑一體化、可再生能源建筑及(近)零能耗建筑終端能源生產者與消費者結合緊密。需求響應激勵政策清晰，虛擬電廠商業模式成立，而且用戶側儲能與分布式光伏的普及促進虛擬電廠的技術進步。

車網融合。電動汽車及氫能源汽車全面替代傳統能源汽車，交通領域形態發生根本性變化，具備顯著的清潔化、互動化、智能化特征。能源互聯網車樁網互動模式普及。

電能質量。開展儲能型、綜合型電能質量裝置研究及應用，有效解決大規模聯網、復雜電網形式、大功率非線性負荷等對電網提出的新問題和挑戰。

(四)儲能

發展抽水蓄能、壓縮空氣儲能、儲氫、儲熱等跨季的長時間尺度儲能技術;發展電池儲能、飛輪儲能、小型空氣儲能等短時間尺度儲能技術;發展固態電池、鋰硫電池、金屬空氣等新體系電池技術;發展儲能在大規模新能源基地和微電網及用戶側的廣泛應用;促進長壽命、低成本、高可靠性各類儲能成為我國能源系統的重要調節手段。

(五)電力數字化

建設能源互聯網數字化技術體系，持續進行能源數字新基建，奠定數字化基礎。重點加強“卡脖子”高端芯片、智能傳感、邊緣計算、區塊鏈和人工智能算法等關鍵核心技術攻關。開展國產化芯片以及智能傳感器研制及大規模上線，全面覆蓋能源應用各個場景，實現終端泛在接入;開展量子通信研究與應用，基于光纖、5G與北斗衛星等建設“空天地海”一體化通信網，實現能源場景全覆蓋與網絡快速傳輸;打通行業數據壁壘，深度實現云端智能管控;構建以全息感知的數據基礎、開放共享的知識體系、融合創新的智慧應用為特征的能源人工智能架構，實現共享高效利用;研發自主可控的國產化行業操作系統。