二氧化碳排放不断增加，气候变暖日益加剧，是当今国际社会共同面对的重大挑战，已深刻影响到人类的生存与发展。数据显示，2024年全球平均气温较工业化前（1850~1900年）上升1.55摄氏度。当前，绿色低碳发展已成为全球共识，多国及国际组织出台了中长期清洁能源发展规划。我国也提出了明确发展目标：二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和。
作为碳减排的“主战场”，我国能源活动碳排放中电力行业占比达40%左右。同时，随着电能替代的深入推进，电力系统还将承接工业、交通、建筑等领域转移的碳排放，电源结构的清洁化转型势在必行。新能源的清洁低碳优势是实现减排目标、应对气候变化的重要支撑。且由于我国油气对外依存度高，大力发展新能源也是破解能源安全难题的重要举措。
在国家有关政策的大力支持下，我国新能源发展取得了举世瞩目的成就。2024年，我国新能源新增装机容量突破3亿千瓦，超过全球新增装机的一半。截至2024年底，总装机容量达14.1亿千瓦，占全国发电总装机比重升至42%。2025年6月底，全国新能源装机容量进一步增至16.72亿千瓦，超过火电成为我国第一大电源。
但与此同时，随着新能源渗透率不断增加，部分电网新能源发电渗透率已接近或超过50%，对电网安全稳定运行和电力可靠供应的影响日益突出，电力系统清洁转型正面临多重挑战。
首先是基础理论方面的三大挑战：一是系统稳定运行理论。新能源高比例接入导致常规电源占比下降，维持系统稳定运行的转动惯量持续降低（Tm-Te-Td=J×dω/dt），低惯量、低阻尼、弱电压支撑等问题凸显，系统抗干扰能力下降。传统电力系统稳定理论难以适应“双高”（高比例新能源、高比例电力电子设备）系统特性。二是发用同时完成的铁律。大规模储能在电力系统各环节的接入，改变了传统“发、输、用”同时完成且无法大规模储存的铁律，系统平衡与调度理论面临重构。三是配电网进入有源化转型期。大量分布式电源（含微电网、虚拟电厂等）的接入，推动传统“单向潮流、无源受电”的配电网向“双向潮流、有源互动”转变，面临电压调节难度增加、保护系统适应性不足、电能质量恶化、可靠性管理复杂等多维度挑战。
在运行层面也面临三大挑战：一是电网调节难度持续加大。电网负荷变化规律性强，用电高峰、低谷明显。但新能源出力具有随机性、波动性和间歇性，且预测难度大，常规电源不仅要跟踪负荷变化，还需平衡新能源波动，大幅增加了电网平衡压力。二是电力可靠供应风险上升。随着新能源逐渐成为主力电源，其“大装机小电量”“极热无风”和“傍晚无光”的特性愈发突出，与电网连续运行、实时平衡的要求不匹配，对保障电力稳定供应提出了新课题。如2024年1月寒潮期间，东北电网新能源出力降至10%左右。三是电力系统的稳定形态更加复杂。新能源、直流输电、FACTS以及变频器、储能设备的广泛应用，使得发电、输电、用电各环节电力电子设备占比不断提高，传统电力系统进入大规模电力电子化新时代。由于电力电子装置的快速响应特性，在传统同步电网以工频为基础的稳定问题之外，出现了中频带的新问题。
面对能源转型的诸多挑战，一方面要强化基础理论研究：一是“双高”电力系统稳定理论。研究低惯量或无惯量电力系统广域同步稳定机理，探索建立“乐队理论”（所有新能源电源像不同的乐器演奏者一样跟随乐队指挥，同步演奏音乐）等创新体系（首次提出）。目前重点要攻关构网型技术，提升新能源与储能的主动快速功率支撑与电压暂态支撑能力。二是完善调度平衡体系。在“统一调度、分级管理”原则下，建立“统一平衡+分散平衡”相结合的新电网运行机制，适应源网荷储一体化、虚拟电厂、微电网等新业态发展。三是深化新型配电网运行理论研究。通过高精度感知（“四可”能力）、智能预测与优化控制，实现配电网从“被动适应”到“主动掌控”的转型；培育规范负荷聚合商、虚拟电厂以及源网荷储等新型主体发展，协同支撑配电网安全运行。
另一方面要加强运行层面管理和技术研究：一是加强智能电网建设，为大规模新能源接入和大范围资源优化配置构建坚强的物理基础。二是加快电力系统调节资源建设。在加快传统抽水蓄能电站建设的同时，深入推进新型储能建设。以电化学储能为代表的新型储能具备双向毫秒级快速调控能力，在电力系统灵活性调节、紧急功率支撑、事故备用等方面作用突出，是应对电力电量平衡与安全稳定难题的有效手段。此外还要同步构建负荷侧的调节能力。三是保障电力可靠供应。要充分发挥煤电在电力供应和长时调节方面的“压舱石”作用，同时研究新型长时储能，逐步替代煤电的长时调节作用，保障电力的可靠供应。四是加强储能电站安全管理，包括电池、电器和消防安全，建立和完善储能电站消防安全标准，树立储能电站全生命周期安全理念（覆盖电池本体、设计、施工、运维等环节）。五是强化标准建设与引领作用。落实新版《电力系统安全稳定导则》《风电场接入电力系统技术规定》及《电化学储能电站接入电网技术规定》等标准，加快《构网型变流器通用技术标准》等标准制定。六是深化电力市场改革。结合国家发展改革委与国家能源局《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》，深入研究新能源和储能系统参与电力系统调峰、调频、备用等辅助服务市场的市场主体定位、价格形成机制和交易模式，逐步完善新能源和储能商业模式。七是深化新型电力系统支撑技术研究。融合人工智能和5G等先进技术，不断完善新型电力系统自动化系统功能，提高电力系统调度运动支撑和保障能力。
在能源转型的道路上，有机遇，也有挑战，必须强基固本、守正创新、勇毅前行，破解新型电力系统面临的问题与挑战，着力构建新型能源体系，保障“双碳”目标顺利实现。
（作者系国家电网有限公司调度控制中心原副总工程师）
