2021年3月15日，中央財經委員會第九次會議指出，“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期，要構建清潔、低碳、安全、高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。
我國能源的碳排放量占總排放量的近90%，據統計，2020年我國碳排放大約是103億噸，其中，煤炭、石油、天然氣的合計碳排放為95億噸。電力行業碳排放占全國碳排放總量的40%，中國“雙碳”目標的提出，為能源轉型提出了更為緊迫明晰的時間表。電力行業是減碳的主力軍，任務重、責任大。經濟增長和終端用能結構變化將繼續拉升中國的用電量，要確保電力系統安全平穩供應的同時實現深度減排，發展可再生能源是根本，提高能源效率是關鍵，構建新型電力系統是核心技術支撐。
新型電力系統概念情景
以2060年實現碳中和的背景設定來設想以新能源為主體的新型電力系統的概念情景。基于實現碳中和的要求，能源供給側應實現脫碳，清潔能源成為主力能源，化石能源逐步退出，尤其是光伏、風電將成為新增能源主力軍；終端電能消費大幅度提升，到2060年，電能占終端能源消費比例將達到70%左右。除了以電能作為直接能源外，目前尚未使用或者大規模使用電力的工業等領域將廣泛使用電能，如鐵路電氣化水平大幅提高，電動汽車更加普及，通過電爐煉鋼等等。電能除了直接使用，還可間接制造能源，即電能的多元化轉換（Electric power-to-X），例如通過電解水制氫，用于交通、工業，用能呈現泛電氣化趨勢。在泛電氣化背景下，電能在能源消費中占比將達90%（直接利用+間接利用）左右。
2060年實現碳中和情景下的新型電力系統中，從電源形態來看，裝機和發電量以可再生能源為主。相比現在，火電將大幅減少，風電、光伏大幅增加，核電、生物質發電也明顯上升，發電裝機總容量約100億千瓦，其中風光裝機總容量約為90億千瓦，火電裝機約為5億千瓦，水電裝機約為4.5億千瓦，核電裝機約為3億千瓦，其他能源裝機約為2億千瓦。風光發電量約為15萬億千瓦時。
從電網形態來看，高滲透率接入新能源將深刻改變傳統電力系統的形態、特性和機理。配電網將與分布式電源協同發展，新型電力系統的電網將以“大電網+主動配電網+微電網”的形態呈現，電力系統柔性可控，透明是新型電力系統的主要特征。系統可以“無條件”地接受新能源，由于系統裝機容量、發電量顯著增加，因此擁有“無限大”的功率、“無限多”的能量，系統的安全穩定依靠功率的動態平衡和能量的動態平衡。
新型電力系統與傳統電力系統的特征差異
動態特征
傳統電力系統的動作時間常數大（秒-分鐘級），“慢速”的系統機電特性，穩定性高。新型電力系統中，由于電力電子具有弱慣性特點，其動作時間常數小（微秒級），頻域分布廣，波動性和隨機性強。
安全穩定理論
傳統電力系統由機電同步過程表征，模型等效，是基于機電轉動慣量的穩定理論。新型電力系統則是數據同步過程，由數據驅動，基于數字化的信息與物理系統融合，其電力系統安全理論是基于“電力+算力”的系統平衡理論。
系統規模特征
傳統電力系統是集中式的，電源單體規模大，數量較少；新型電力系統是分布式的，電源單體規模小，數量龐大。
系統形態和生態
傳統電力系統面向功能、界限分明，以模型和預測為核心的仿真系統面向集中式架構，存在功能割裂、信息封閉、技術受限的問題。新型電力系統“源網荷儲”融合變換，“能量和信息”交織互動，基于全局的數據是電力系統研究的紐帶和基礎。
負荷側格局和用戶
傳統電力系統負荷可預測、可計劃，相對穩定，用戶是電力消費者。新型電力系統負荷側包括新能源和儲能，負荷側從單純的消費者轉變為“生產者+消費者”，負荷不確定性強，用戶全方位融入電力系統。
系統安全
傳統電力系統確定性強，功能單一，易控制。新型電力系統不確定因素多，功能復雜，需要構建系統和元件的新型網絡安全體系。
電力系統架構
傳統電力系統是大電網、同步電網，新型電力系統下能源電力趨于一體化和泛電氣化，電網形態為“大電網+主動配電網+微電網”。
新型電力系統的技術要素
新型電力系統是信息技術、計算技術、通信技術、傳感技術、控制理論和控制技術、運籌學、人工智能、互聯網等與電力系統的深度融合。
系統的信息化、數字化、智能化
新型電力系統中配置的小微智能傳感器及其傳感網絡無處不在，這是構建含泛在電力物聯網的基礎設施；先進通信技術、大數據技術、云計算技術、人工智能技術等在電網中廣泛應用，將實現電網的自由（無限、海量）數據采集、自由數據獲取、自由智能分析。設備的智能化特征明顯，并擁有強大的軟件系統。因此，新型電力系統可以不完全依賴電網模型，而是在海量數據基礎上，通過大數據和計算技術，透過數據關系發現電力系統運行規律，實現電網的智能運行。
透明是新型電力系統的主要特征，系統可見可知可控。基于透明電網，社會各方能夠廣泛深入參與電力生產、傳輸、消費等各個環節，協同促進能源電力的安全高效、綠色低碳發展。透明電網基于廣泛應用小微智能傳感器、智能設備、智能二次系統，并構建強大的軟件平臺、大數據平臺，數據可采集、狀態可監控、程序可優化，實現設備狀態透明、運行狀態透明、市場信息透明。
首先，打造透明電網的關鍵在于信息，而信息需要通過小微智能傳感器來捕集。目前電網中使用的傳感器存在尺寸大、安裝不便、校準困難、價格高等問題，難以滿足新型電力系統智能化、透明化、市場化、物聯化的發展需求。而小微智能傳感器的體積大幅減小，具有高度集成化特點，可實現自組網自取能，功率可低至微瓦級，具有無線傳輸的雙向通信功能，且便于安裝，一貼即用，價格低廉，可滿足按需配置的要求。在電網中廣泛安裝小微智能傳感器，可讓電力系統的電源、網絡、儲能等各個環節充分展示出來，實現電網運行狀態、環境狀態、安全狀態等信息全面深度透明。
其次，要應用智能設備，實現設備智能化。智能電氣設備是傳統電氣設備與智能元素、電力電子器件等的融合-協同增效的組合，它不僅僅是功能性的，而是設備功能與智能信息的結合體，具有可見可知、靈活可控的特點。其設備要素包含狀態可感知可預測、智能材料、嵌入智能元件、參數可調可控、行為智能化等。
第三，要打造強大的軟件平臺。這一軟件平臺可體現數字之間的關系，將海量的小微傳感器數據、智能設備的數據等組織起來，數據存儲模式有分布式和集中制，能夠進行數據挖掘，實現數據驅動的軟件分析、計算等。
鏡像/數字孿生電網的算力、算法、基礎設施和應用
打造軟件平臺的關鍵環節是構建鏡像/數字孿生電網。隨著新能源大規模接入，電力系統將越來越復雜。為了更好地進行系統預測和系統規劃，我們設想通過數字孿生技術，基于傳感器建立起物理電網系統在數字空間的鏡像。鏡像系統和真實物理系統基本信息完全相同，并隨著物理電網的變化持續更新；基于數字孿生電網可以實現對物理電網的全面感知和預測，為電網提高調度運行決策的準確性與實時性提供關鍵技術支撐。
建設適應新型電力系統發展需求的算力規模，包括通用算力、專用算力、超級算力；建設適應新型電力系統的通用算法，包含機器視覺、語音語義、大數據處理等；建設專用算法，包含新型電力系統運行機理、認知技術、協同技術、控制技術等，以滿足新型電力系統的新能源預測/監控、電網規劃、電力電量平衡、頻率控制，以及“雙碳”目標下各場景的應用需求。
建設電網透明化所需要的基礎設施，包括基于全域傳感的實時測量體系，建設云平臺、物聯網在內的新型電力系統關鍵數字基礎設施，全面支撐新型電力系統“可觀、可測、可控”。
在2060年實現碳中和的情景設置下，新型電力系統高效運作，開展數據產品研發和服務孵化，如可實現調度運行自動導航與決策、智能分析與決策、數據信息的智能搜索與智能推送、調度任務的智能提醒、調度操作任務的自動生成、智能安全防誤等在內的調度全過程智能運行。以車用導航系統來類比，車用導航系統可以全方位展示道路交通情況狀態，并伴隨智能語音提示。當然，電網運行調度是一個復雜得多的系統，但在數字和信息技術的發展推動下，未來電網能夠實現運行導航決策，完成智能調度決策、電網安全域辨識與控制、直流故障辨識與決策、多道防線協調控制與多能互補協調等，同時，還可以通過數字孿生系統來實現更精準和透明的發電預測、負荷預測與辨識。
綜上，新型電力系統是將現代傳感技術、信息技術、數字技術、智能技術等融入電網所構建的新型網絡系統，具有“電磁態+數字態”的新型形態，“電網+互聯網”的新型網絡，“電力+算力”的新型能力。以軟件定義電網、電力系統，以輕資產應對重資產投入，以數據為驅動實現導航決策。新型電力系統將有效承載新能源大規模安全、可靠、高效接入，打破傳統電網物理和產業邊界，向社會各領域全面滲透。
當前，能源電力發展正處于落實“雙碳”目標的關鍵期和窗口期，堅定不移地大力發展可再生能源是能源脫碳的前提，也是實現碳中和的必然路徑。減碳必須要有政策性安排和支持，其中一個關鍵問題在于用地問題。由于風電、光伏等可再生能源有效容量低，要滿足未來用電需求增長，需要占用大量土地資源，如果不能有效協調可再生能源的發展與生態環保、國土空間規劃等方面的銜接，將成為制約能源轉型的瓶頸之一。
要持續增強電力系統的靈活性和調節能力。抽水蓄能是儲能市場中最成熟的技術，在儲能市場中的占比最大，但目前抽水蓄能的響應時間是分鐘級的，不能適應新型電力系統對于時間響應的要求，可變速抽水蓄能機組的響應時間才能和新型電力系統相適應，未來需要在這一方面加大研發力度；應重點建設用戶側儲能系統，電網側非抽水蓄能儲能建設的必要性需要進一步加以論證；要開發電動汽車V2G功能，作為靈活儲能系統納入新型電力系統建設。同時，要加大科技創新力度，研發新能源和新型電力系統的硬核技術，并建立電力市場，形成市場化價格體系。以技術創新和體制機制變革同步發力，推動“雙碳”目標的實現。
我國能源的碳排放量占總排放量的近90%，據統計，2020年我國碳排放大約是103億噸，其中，煤炭、石油、天然氣的合計碳排放為95億噸。電力行業碳排放占全國碳排放總量的40%，中國“雙碳”目標的提出，為能源轉型提出了更為緊迫明晰的時間表。電力行業是減碳的主力軍，任務重、責任大。經濟增長和終端用能結構變化將繼續拉升中國的用電量，要確保電力系統安全平穩供應的同時實現深度減排，發展可再生能源是根本，提高能源效率是關鍵，構建新型電力系統是核心技術支撐。
新型電力系統概念情景
以2060年實現碳中和的背景設定來設想以新能源為主體的新型電力系統的概念情景。基于實現碳中和的要求，能源供給側應實現脫碳，清潔能源成為主力能源，化石能源逐步退出，尤其是光伏、風電將成為新增能源主力軍；終端電能消費大幅度提升，到2060年，電能占終端能源消費比例將達到70%左右。除了以電能作為直接能源外，目前尚未使用或者大規模使用電力的工業等領域將廣泛使用電能，如鐵路電氣化水平大幅提高，電動汽車更加普及，通過電爐煉鋼等等。電能除了直接使用，還可間接制造能源，即電能的多元化轉換（Electric power-to-X），例如通過電解水制氫，用于交通、工業，用能呈現泛電氣化趨勢。在泛電氣化背景下，電能在能源消費中占比將達90%（直接利用+間接利用）左右。
2060年實現碳中和情景下的新型電力系統中，從電源形態來看，裝機和發電量以可再生能源為主。相比現在，火電將大幅減少，風電、光伏大幅增加，核電、生物質發電也明顯上升，發電裝機總容量約100億千瓦，其中風光裝機總容量約為90億千瓦，火電裝機約為5億千瓦，水電裝機約為4.5億千瓦，核電裝機約為3億千瓦，其他能源裝機約為2億千瓦。風光發電量約為15萬億千瓦時。
從電網形態來看，高滲透率接入新能源將深刻改變傳統電力系統的形態、特性和機理。配電網將與分布式電源協同發展，新型電力系統的電網將以“大電網+主動配電網+微電網”的形態呈現，電力系統柔性可控，透明是新型電力系統的主要特征。系統可以“無條件”地接受新能源，由于系統裝機容量、發電量顯著增加，因此擁有“無限大”的功率、“無限多”的能量，系統的安全穩定依靠功率的動態平衡和能量的動態平衡。
新型電力系統與傳統電力系統的特征差異
動態特征
傳統電力系統的動作時間常數大（秒-分鐘級），“慢速”的系統機電特性，穩定性高。新型電力系統中，由于電力電子具有弱慣性特點，其動作時間常數小（微秒級），頻域分布廣，波動性和隨機性強。
安全穩定理論
傳統電力系統由機電同步過程表征，模型等效，是基于機電轉動慣量的穩定理論。新型電力系統則是數據同步過程，由數據驅動，基于數字化的信息與物理系統融合，其電力系統安全理論是基于“電力+算力”的系統平衡理論。
系統規模特征
傳統電力系統是集中式的，電源單體規模大，數量較少；新型電力系統是分布式的，電源單體規模小，數量龐大。
系統形態和生態
傳統電力系統面向功能、界限分明，以模型和預測為核心的仿真系統面向集中式架構，存在功能割裂、信息封閉、技術受限的問題。新型電力系統“源網荷儲”融合變換，“能量和信息”交織互動，基于全局的數據是電力系統研究的紐帶和基礎。
負荷側格局和用戶
傳統電力系統負荷可預測、可計劃，相對穩定，用戶是電力消費者。新型電力系統負荷側包括新能源和儲能，負荷側從單純的消費者轉變為“生產者+消費者”，負荷不確定性強，用戶全方位融入電力系統。
系統安全
傳統電力系統確定性強，功能單一，易控制。新型電力系統不確定因素多，功能復雜，需要構建系統和元件的新型網絡安全體系。
電力系統架構
傳統電力系統是大電網、同步電網，新型電力系統下能源電力趨于一體化和泛電氣化，電網形態為“大電網+主動配電網+微電網”。
新型電力系統的技術要素
新型電力系統是信息技術、計算技術、通信技術、傳感技術、控制理論和控制技術、運籌學、人工智能、互聯網等與電力系統的深度融合。
系統的信息化、數字化、智能化
新型電力系統中配置的小微智能傳感器及其傳感網絡無處不在，這是構建含泛在電力物聯網的基礎設施；先進通信技術、大數據技術、云計算技術、人工智能技術等在電網中廣泛應用，將實現電網的自由（無限、海量）數據采集、自由數據獲取、自由智能分析。設備的智能化特征明顯，并擁有強大的軟件系統。因此，新型電力系統可以不完全依賴電網模型，而是在海量數據基礎上，通過大數據和計算技術，透過數據關系發現電力系統運行規律，實現電網的智能運行。
透明是新型電力系統的主要特征，系統可見可知可控。基于透明電網，社會各方能夠廣泛深入參與電力生產、傳輸、消費等各個環節，協同促進能源電力的安全高效、綠色低碳發展。透明電網基于廣泛應用小微智能傳感器、智能設備、智能二次系統，并構建強大的軟件平臺、大數據平臺，數據可采集、狀態可監控、程序可優化，實現設備狀態透明、運行狀態透明、市場信息透明。
首先，打造透明電網的關鍵在于信息，而信息需要通過小微智能傳感器來捕集。目前電網中使用的傳感器存在尺寸大、安裝不便、校準困難、價格高等問題，難以滿足新型電力系統智能化、透明化、市場化、物聯化的發展需求。而小微智能傳感器的體積大幅減小，具有高度集成化特點，可實現自組網自取能，功率可低至微瓦級，具有無線傳輸的雙向通信功能，且便于安裝，一貼即用，價格低廉，可滿足按需配置的要求。在電網中廣泛安裝小微智能傳感器，可讓電力系統的電源、網絡、儲能等各個環節充分展示出來，實現電網運行狀態、環境狀態、安全狀態等信息全面深度透明。
其次，要應用智能設備，實現設備智能化。智能電氣設備是傳統電氣設備與智能元素、電力電子器件等的融合-協同增效的組合，它不僅僅是功能性的，而是設備功能與智能信息的結合體，具有可見可知、靈活可控的特點。其設備要素包含狀態可感知可預測、智能材料、嵌入智能元件、參數可調可控、行為智能化等。
第三，要打造強大的軟件平臺。這一軟件平臺可體現數字之間的關系，將海量的小微傳感器數據、智能設備的數據等組織起來，數據存儲模式有分布式和集中制，能夠進行數據挖掘，實現數據驅動的軟件分析、計算等。
鏡像/數字孿生電網的算力、算法、基礎設施和應用
打造軟件平臺的關鍵環節是構建鏡像/數字孿生電網。隨著新能源大規模接入，電力系統將越來越復雜。為了更好地進行系統預測和系統規劃，我們設想通過數字孿生技術，基于傳感器建立起物理電網系統在數字空間的鏡像。鏡像系統和真實物理系統基本信息完全相同，并隨著物理電網的變化持續更新；基于數字孿生電網可以實現對物理電網的全面感知和預測，為電網提高調度運行決策的準確性與實時性提供關鍵技術支撐。
建設適應新型電力系統發展需求的算力規模，包括通用算力、專用算力、超級算力；建設適應新型電力系統的通用算法，包含機器視覺、語音語義、大數據處理等；建設專用算法，包含新型電力系統運行機理、認知技術、協同技術、控制技術等，以滿足新型電力系統的新能源預測/監控、電網規劃、電力電量平衡、頻率控制，以及“雙碳”目標下各場景的應用需求。
建設電網透明化所需要的基礎設施，包括基于全域傳感的實時測量體系，建設云平臺、物聯網在內的新型電力系統關鍵數字基礎設施，全面支撐新型電力系統“可觀、可測、可控”。
在2060年實現碳中和的情景設置下，新型電力系統高效運作，開展數據產品研發和服務孵化，如可實現調度運行自動導航與決策、智能分析與決策、數據信息的智能搜索與智能推送、調度任務的智能提醒、調度操作任務的自動生成、智能安全防誤等在內的調度全過程智能運行。以車用導航系統來類比，車用導航系統可以全方位展示道路交通情況狀態，并伴隨智能語音提示。當然，電網運行調度是一個復雜得多的系統，但在數字和信息技術的發展推動下，未來電網能夠實現運行導航決策，完成智能調度決策、電網安全域辨識與控制、直流故障辨識與決策、多道防線協調控制與多能互補協調等，同時，還可以通過數字孿生系統來實現更精準和透明的發電預測、負荷預測與辨識。
綜上，新型電力系統是將現代傳感技術、信息技術、數字技術、智能技術等融入電網所構建的新型網絡系統，具有“電磁態+數字態”的新型形態，“電網+互聯網”的新型網絡，“電力+算力”的新型能力。以軟件定義電網、電力系統，以輕資產應對重資產投入，以數據為驅動實現導航決策。新型電力系統將有效承載新能源大規模安全、可靠、高效接入，打破傳統電網物理和產業邊界，向社會各領域全面滲透。
當前，能源電力發展正處于落實“雙碳”目標的關鍵期和窗口期，堅定不移地大力發展可再生能源是能源脫碳的前提，也是實現碳中和的必然路徑。減碳必須要有政策性安排和支持，其中一個關鍵問題在于用地問題。由于風電、光伏等可再生能源有效容量低，要滿足未來用電需求增長，需要占用大量土地資源，如果不能有效協調可再生能源的發展與生態環保、國土空間規劃等方面的銜接，將成為制約能源轉型的瓶頸之一。
要持續增強電力系統的靈活性和調節能力。抽水蓄能是儲能市場中最成熟的技術，在儲能市場中的占比最大，但目前抽水蓄能的響應時間是分鐘級的，不能適應新型電力系統對于時間響應的要求，可變速抽水蓄能機組的響應時間才能和新型電力系統相適應，未來需要在這一方面加大研發力度；應重點建設用戶側儲能系統，電網側非抽水蓄能儲能建設的必要性需要進一步加以論證；要開發電動汽車V2G功能，作為靈活儲能系統納入新型電力系統建設。同時，要加大科技創新力度，研發新能源和新型電力系統的硬核技術，并建立電力市場，形成市場化價格體系。以技術創新和體制機制變革同步發力，推動“雙碳”目標的實現。
