我国力争在2030前实现二氧化碳达峰，在2060前实现碳中和的目标（简称3060目标）已经确定。2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议研究实现碳达峰、碳中和的基本思路和主要举措，会议指出要构建以新能源为主体的打开CPEM了解更多新型电力系统（简称构建新型电力系统）。近半年来，国内外众多能源电力智库及专家、学者从不同出发点、不同目的、不同角度、不同层面开展了众多研究，但构建新型电力系统具有高度复杂性，涉及法规、政策、体制、技术及框架构建等各个方面，这一领域的研究整体上处于前期探索阶段。凡事预则立，不预则废，构建新型电力系统的预就是要做好顶层设计，且构建就有顶层设计之义。顶层设计是纲，纲举目张，纲包含了构建中国特色的新型电力系统的基本定位、基本特色、基本功能、基本机制、基本动力、基本进程、基本保障等。
基本定位
第一，建设新型电力体系是中国最大的事情。中央财经委员会第九次会议提出，实现3060目标是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族的可持续发展和人类命运共同体的构建。习近平总书记说，二氧化碳峰值排放的碳中和应纳入经济社会发展和生态文明的总体布局。同时，能源本身就是第一大国，电力是能源的核心。因此，建设新的电力系统是国家最大的电力系统。对其进行深入研究，不是要不要建，而是如何坚决执行，如何建设好。
其次，建设新的电力系统是电力发展的必然。电力系统从未停止创新、发展和升级。目前正在建设和完善第三代电力系统(中国电力百科全书综合卷，第3版，2014年5月)。从生态文明建设、人类可持续发展、构建人类共享未来共同体和中国新阶段高质量发展的需要来看，构建新型电力体系是必然趋势。
第三，构建新电力体系的目的是在电力生产和消费体系中实现零碳(接近零碳)排放。在中国不断变化的电力系统中，电能生产仍然以化石能源为主，消耗的电能仍然是高碳/中碳电能。但新电力系统是以新能源为主体，非化石能源为绝对主导，低碳化石能源为安全稳定保障的系统，消耗的电能是低碳/近零碳电能，这是新电力系统顶层设计的核心。
第四，新能源的主体应该是数量、功能、责任的主体。新能源电力系统中的数量比例固然重要，但是否是主要能源不能简单用新能源发电装机容量或发电量比例来判断，而要用安全经济目标前提下电力系统整体功能的实现来判断是否是主要能源。
第五，新电力系统的主要约束是能源安全下的系统经济性。新能源发电的主体主要是指太阳能和风力发电(不排除部分地区的生物质发电和地热发电比太阳能和风能更有开发利用价值)。比如光伏发电技术，几十年前就已经成熟，但由于成本高，主要用于特殊场合。目前光伏和风电的成本已经大幅下降，在发电环节已经可以和化石能源同台竞技。但新能源接入电网节点时的成本并不是终端用户电能成本。当新能源为主体时，是否与化石能源有竞争力取决于系统成本。系统的成本包括但不限于:发电环节(并网前)的成本、电网升级吸收新能源的成本、防范电力系统新风险的成本，如战略备用电源、长周期储能系统等。即使新能源发电没有接入电网，但用户仍然需要电网为用电提供安全保障，那么起安全保障作用的电力系统的成本也应该包括在内。同时，总成本中应扣除新能源的正外部效益(即低碳和资源节约对公共利益的效益)。
国家电网甘肃电力连欣大桥(张掖丹霞)共产党员服务队队员巡视新能源光伏电站。源地图
基本特征
首先，在现代电力系统之上建立新的电力系统。中国是一个后发国家。经过几十年的努力，建成了世界上最大的现代化电力系统，总体上技术先进，部分领先。中国新的电力体系建设不是建立在几十年前的基础上的，在建立之前不能突破。而是应该在现代电力系统的基础上逐步升级为新的电力系统。
第二，构建全国一盘棋原则下的新型权力体系。中国是一个有14亿人口的大国。也是一个能集中力量办大事的大国，也是一个有人类命运共同体理念的负责任大国。同时，在能源资源不均衡、能源消费不均衡、自然环境差异大的广袤土地上，新能源发电具有明显的时空特征，大规模优化配置与局部均衡配置相结合是必然。因此，必须坚持系统思维，在全国范围内构建新的电力体系。
第三，在压缩碳减排过程中构建新的动力系统。发达国家的能源和动力转换基本上是一个自然过程。中国要想在不到发达国家一半的时间内完成从高碳电力系统向低碳(接近零碳)电力系统的过渡，必须是压缩式低碳过渡。作为世界上最大的电力生产和消费国，从电力转型的基本规律来看，必然是一个快速渐进与合理超越相结合的过程。一方面，要充分借鉴全人类的能源转化经验；另一方面，绝对不能照搬任何一个国家的整体的、系统的经验。需要注意的是，世界上还没有模板意义上的国家级新电力系统。中国提出建设新的电力系统，是立足国情的伟大创新。
第四，建立基于生态文明框架和能源安全新战略的新型电力体系。建立新的电力系统有坚实的基础。第一，我国电力供需矛盾从长期短缺发展到近几年，从综合实力上可以支撑总体供需平衡。二是2006年我国《可再生能源法》颁布以来，特别是党的十八大以来，在习近平生态文明思想和新能源安全战略指导下，加快新能源发展、加强能源安全的法律、政策和标准不断完善。UHV技术与工程、电力系统智能化建设、分布式能源发展等取得新进展。以光伏、风电为代表的新能源发电取得巨大成就，以充换电电动汽车、化学电池为代表的新业态，抽水蓄能、新型物理储能等技术和项目积极推进，煤电机组灵活改造也对新能源消纳发挥了巨大推动作用。三是新修订颁布《电力系统安全稳定导则》和《电力系统技术导则》，为加快新能源建设、解决新能源发展过程中电力系统安全稳定运行问题提供了新的技术遵循。
基本功能
第一，适应国民经济和社会发展的需要。随着我国现代化建设的不断推进，经济社会发展对能源的需求将以电能为特征。目前，天然气仅占我国终端能源消费的7.8%(发达国家约为25%)，电能消费约占26%(略高于发达国家平均水平)。要让中国的能源消费变得清洁，大力并持续地提高天然气的比重并不是最佳选择:一是天然气的整体成本太高；二是对外依存度高；第三，天然气也是化石能源。因此，在大力发展新能源的背景下，提高电能在终端能源消费中的比重是最佳选择。基于我个人和几家机构的预测，2060年碳中和时，中国人均用电量将从2020年的5320千瓦时翻一番。在用电结构方面，人均生活用电量和第三产业用电量占比将继续提高。特别是信息传输、软件和信息技术服务业、新能源汽车制造业、太阳能和风能设备制造业、充换电、储能等新业态用电量增长较快。
第二，满足电力安全的合理需求。人类使用电能之初，电气化的标志之一就是电灯。即使当时电能质量不高，停电频繁，人们也很容易用蜡烛或油灯代替，不会对生活造成很大影响。当电能被广泛应用于公用事业和工业电力时，电能短缺对经济和社会的影响显著增加。当终端能源以电能为主(包括新能源发电电解制氢)时，电能将渗透到经济、社会、文化的方方面面，影响到人类的衣食住行、工作、信息交流、社会交往、文化等领域。，并像空气一样成为一刻也不能离开的基础物质，其重大电力安全隐患将成为国家和人民无法承受之重。因此，随着人民生活水平的提高，电力安全水平进一步提高。同时，电力安全水平与经济承受能力的关系更加密切，满足不同用户的合理电力安全需求也非常重要。
新能源的随机性、不稳定性和间歇性是供电安全风险的主要来源。建立在数字智能平台上的电力控制和运行系统被黑客和敌人攻击的风险，也是一种重大的新型电力安全风险，两者叠加更具破坏性。虽然从理论上讲，在现有的技术条件下，只要不付出经济成本(比如备份一个以化石能源为主体的电力系统)，就有可能防范重大风险，但是，在决策和执行过程中，经济成本的前提并不成立。因此，新电力系统建设应深化新风险的研究和防范，重构电力安全理论和风险防范体系。
第三，符合生态环保新要求。在第三代电力系统建设中，我国燃煤大气污染治理达到世界领先水平。二氧化硫、氮氧化物、颗粒物年排放总量均低于200万吨，低于美国煤电污染物排放总量(中国煤电发电量约为美国的2.5倍)。根据生态环境的要求，电力常规污染物的控制已不再是我国污染排放控制的主要任务。而且由于煤炭消耗的逐渐减少，烟尘污染物对环境的影响整体上会越来越小。
但从当地的角度来看，由于燃气轮机发电将继续大发展，且主要集中在城市，燃气轮机排放的氮氧化物对当地环境质量的影响需要密切关注和严格控制。
宏观上，新能源发展中会出现新材料生产、装备制造、设施建设运营、设备退役等新的生态环境问题。与此同时，与新能源发展相适应的化学电池生产、经营、服务期满后的污染物处置问题也逐渐增多。这些都需要在新能源开发中做好生态环境管理。
基本机制
新电力系统的基本要素包括电源、电网、负荷、储能和战略储备。与传统电力系统相比，它不仅增加了能量储存和战略储备，而且使原有要素发生了质的变化。新电力系统运行的基本机制可以简单归纳为三个方面，即多样化电源支持、大电网和分布式微电网的供需耦合机制、新电力安全风险防范机制。
一是以新能源为主体的多电源支撑体系。大力有序发展新能源。这是构建新的电力系统的核心。无论是指导思想、战略布局还是重点工程措施，都要围绕新能源发展这一主题来开展工作。新能源的发展和其他能源的关系，就像中医里各种草药之间的君臣佐使关系。新能源是君主，其他主要为君主提供各种功能，从而形成安全、低碳、经济的供电体系。成为新能源之王，并不意味着无序盲目发展。电力系统本身就是一个严格按照物理规律运行的人工系统。无序发展不仅给电力系统带来安全稳定风险，也严重影响新能源的快速健康发展。
二是大电网和分布式微电网共同支撑的供需耦合机制，智能化和市场化。随着新能源发电比例的逐步提高，电力系统中的发电、输电、变电、配电、用电等要素正在逐步发生变化，新问题不断出现，应对新问题的措施不断加强，以解决问题为导向的电力系统也在逐步发生变化。
电能生产、传输和消费方式的重大变革，使得新型电力系统的运行机制与传统电力系统相比发生了巨大变化，传统电力运行控制的渐进规律向非线性、突变性、非典型规律转变。例如，在能源危机和电力供需紧张的时代，电力需求侧(负荷侧)管理手段可以在一定程度上减轻供电侧(源侧)的压力，从而达到节约和配置能源资源的目的。在新能源大力发展的前期和中期，电力需求侧会通过市场手段，针对电力系统安全稳定运行的要求，主动调整或转移负荷，提高新能源利用率。随着新能源普及率的不断提高，电力系统的复杂性越来越大，供需双方不断融合，需求响应机制也发生了显著变化。转化为高智能化、高市场化支撑的源网负荷备用一体化管理机制，也可称为供需耦合机制。
第三，新的风险防范机制。在传统的电力系统中，为了防范电力安全风险，在相关规程中对备用电源有明确的要求，但这些备用电源基本都是指检修备用、应急备用和负荷备用。根据系统的可靠性分析，总备用容量一般为电力系统最大负荷的25%~30%。在新的电力系统发展过程中，这些储备将继续存在，但具体要求应根据系统变化进行调整，以满足变化后的日常电力系统运行的要求。
所谓战略储备是作者为了解决非传统电力安全问题而提出的。例如，在传统电力系统中，长时间、大范围的阴雨天对电力系统的源随负荷机制不构成供电风险(或者风险很小)。但在含有新能源的电力系统中，由于新能源发电与气象要素存在必然关联，如持续、大范围的阴雨天对光伏发电影响极其显著，主要用于解决新能源发电日常周期中储能措施的随机性和波动性，无法应对灰犀牛、黑天鹅等重大供电风险。应对重大新增电力安全风险，需要有战略储备发电能力资源，以及一定的中长期储能设施。
因此，在新电力系统建设中，应分类进行风险防范，确定新电力系统的技术边界、成本边界和责任边界。
一是对电力用户进行电力风险防范分类分级，根据分类分级提供相应级别的电力风险防范。从降低全社会成本的角度来看，一部分电力用户应该比现在有更高的安全要求，但对于另一部分，可以降低安全等级，甚至可以长时间(如几天甚至几个月)中断供电。
二是要研究确定不同主体(各级政府、电力企业、用户)的电力风险防范责任。大电网必须更强大，但必须定义其功能。是解决全局性(区域性)、重大性、节点性、支撑性电力安全的有力保障。应该由中央政府管理，进一步优化电网配置大规模能源资源的能力，绝不能马虎。但中程和地方电力安全的责任将更多由地方政府和分布式微电网承担，安全风险将分级分散到更小的机组。
再次，根据不同的安全等级，确定风险防范措施和相应的电价。新电力体制在一定意义上是分散电力安全风险的体制，使大中小电力安全风险得到经济、有效、快速、协调的解决，对国民经济和人民生活的影响降到最低。
基本功率
创新是建设新型电力体系的基本动力。人类自古以来就在不断地利用太阳能，但真正称太阳能为新能源是以现代综合技术的应用为标志的。所以新能源的新颖性是指新技术的应用而不是能源本身。同时，新电力系统的新不仅仅是指形式上的新，而是电力系统的一系列创新，包括传统供电、电网、用电、储能的创新，不仅是技术创新，也是管理创新。
新电力系统要求的技术创新面临新的挑战。一方面，如何在新的电力系统中应用现有技术，解决当前的实际问题；另一方面，要为新的电力系统运行构建新的理论体系，在新的理论体系下推动更大的技术创新。面对碳中和的伟大历史使命，现有的成熟技术不足以支撑碳中和的全面实现，这需要电力系统不断的技术创新，特别是呼唤颠覆性技术的诞生。
基本过程
新电力系统的建设必须贯穿二氧化碳排放峰值和碳中和的全过程。因为新的电力系统建设是和各种要素协调的，不会出现先建设新的电力系统，然后各要素各归其位的情况。所以在这个过程中，新的电力体系会逐渐从化石能源为主的电力体系，转变为化石能源和新能源占国家主体功能半壁江山的电力体系，再转变为新能源为主的新的电力体系。从时间上看，2035年左右，作为智能电网主要特征的新能源和化石能源将各占半壁江山。此后，电力系统转变为基于新能源的形式，到碳中和时，新的电力系统实际上已经成为高度智能的能源互联网系统。
基本保证
深化电力体制改革是建设新型电力体制的基本保证。不深化电力体制改革，就难以推进新的电力体制建设。总体思路是回归电能商品属性的主导地位，包括电能质量属性(时空特性和物理特性)，同时划清电能商品属性和公共属性的界限。在充分发挥市场配置资源的决定性作用的同时，政府之手也要发挥更好的作用。实现中国的碳中和目标必然是一个压缩的过程。如果政府没有发挥好作用，要么政策迟缓，要么政策激进，都会影响转型的进程和质量。
中国新动力体系的发展就像一个朝气蓬勃的年轻人，而政策(包括规划和标准)就像鞋子。太小太大都做不到。解决问题的办法一定是经常更换合适的新鞋，这就要求政策的制定在方向和原则上要稳定，在具体内容和时机上要灵活和立竿见影。要充分发挥政策对新动力体系发展的推动作用而不是冲动作用，发挥阻尼作用而不是阻力作用。
