摘 要:电力安全关系国计民生，是国家能源安全的重要组成部分。近年来，世界范围内地缘政治风险加剧，能源供求格局不断重构与调整，叠加极端天气频发现象，能源价格波动日益频繁和剧烈，对我国在“双碳”目标下保障电力安全提出了更高的要求。面对复杂多变的国际形势和日益增多的极端天气事件，应进一步强化底线思维，加强各级政府、企业的协同配合，积极主动应对潜在的安全风险。
关键词:电力安全 绿色转型 新型电力系统 电力市场
【中图分类号】X24 【文献标识码】A
中国电力行业发展现状及其新趋势
近年来，世界范围内地缘政治风险加剧，能源供求格局不断重构与调整，叠加极端天气频发现象，能源价格波动日益频繁和剧烈，对我国在“双碳”目标下保障电力安全提出了更高的要求。与此同时，电源建设、电网建设取得突破性进展，为保障电力安全打下了坚实的基础，表现出如下突出特征。
低碳转型升级步伐加快。长期以来，我国电力行业碳排放占国家碳排放总量的40%以上。在“双碳”目标指引下，电力行业绿色低碳转型步伐持续加快，清洁化成为电力行业的主要发展方向。2022年，6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗301.5克/千瓦时，比2005年减少72.5克/千瓦时。同时，我国非化石能源消费占比达17.5%，比2015年累计提高5.4%。截至2022年底，常规水电、抽水蓄能、核电、风电、太阳能、生物质装机容量分别达到了3.7、0.5、0.6、3.7、3.9和0.4亿千瓦，非化石能源发电占总装机容量比例已提升至49.6%。新能源的大规模快速发展，标志着电力行业绿色转型已取得阶段性成效。
装备技术水平显著提升。我国持续加强核能、光伏、清洁火电、风电等关键技术攻关，技术创新能力显著提升。电力行业数字化水平不断提高，电网数字基础设施建设不断推进。业已全面掌握三代核电技术、超超临界发电技术，相关装备制造能力全球领先。光伏电池转换效率、大兆瓦海上风机发电技术取得突破。在电能传输领域，±800千伏特高压直流技术取得国家科技进步奖特等奖，1000千伏特高压交流技术得到广泛应用。目前共营运特高压线路30条，极大缓解了我国东西部电力供需不平衡的问题。
体制机制改革成就斐然。通过持续推进市场化改革，全国统一电力市场建设步伐加快，具备了中央与地方市场联动，电力资源全国范围内共享互济的外部条件。电力中长期、现货和辅助服务市场蓬勃发展，交易规模不断扩大。2022年底全国各电力交易中心交易电量52543.4亿千瓦时，占全社会用电量的比重达60.8%，其中中长期电力直接交易电量为41407.5亿千瓦时，占交易总量的78.8%。市场逐渐发挥其价格发现功能，促进了新能源消纳，在资源配置中的决定性作用进一步凸显。
中国电力安全面临的挑战
新型电力系统建设对电网消纳能力提出更高要求
新型电力系统建设是应对电源结构转型，保障电力系统安全稳定运行的重要举措。大规模新能源接入、交直流高耦合度是新型电力系统的重要特征。在此模式下，电网潮流波动加剧，电网交直流间的耦合关系日趋复杂。此外，可再生能源出力的间歇性将会对系统频率、电网电压产生重大影响。如何增强电网稳定性，如何处理毫秒级的新形态稳定问题是保障电力安全稳定的重要课题。
新能源资源与用电需求的时间错配会进一步拉大峰谷差，加大电网供需平衡的难度。以新能源最为丰富的西北电网为例，晚高峰最小出力不足总装机的1%，相邻日发电量最大相差超4亿千瓦时；资源高峰期弃电、负荷高峰期电力不足的现象并存，实际运行过程中不得不面临“保消纳”与“保供给”的艰难取舍。保障可再生能源的消纳将会对电网的安全稳定造成威胁，难以兼顾我国的绿色发展需要和社会电力安全底线。
发电侧面临能源市场价格波动带来的重大挑战
受地缘政治、极端天气、汇率波动的影响，未来国际能源供应紧张局面将会持续，能源价格仍面临持续高位运行的风险。世界银行发布的大宗商品展望报告中预估2023年主要能源价格将维持在远高于过去五年平均值的水平。传统能源价格上涨为电力企业带来巨大成本压力。在我国目前煤电为主的电源结构下，煤炭价格的波动严重影响了燃煤电厂的发电积极性。
对于新能源发电而言，虽然装机容量大，成本低，但目前尚无法克服出力间歇性的影响。电力系统需要配备大量储能、天然气等灵活性电源，以提高电力系统柔性，保障系统安全。新能源发电成本降低难以覆盖调节性成本的增加，资源投入加大的同时单位运行成本面临上涨风险，难以维持电力稳定供应。
极端天气频发影响电力稳定供应
受全球气候变暖影响，世界范围内极端天气频发，所引发的自然灾害严重威胁电力的安全稳定供应。我国幅员辽阔，低温、雨雪、地震和台风等自然灾害频发，预警难度大，枢纽变电站、大型发电厂和核心输配电网络受损风险高。近年来屡次出现因极寒或高温天气、地质灾害、强降雨等因素造成的停限电现象，无疑对极端天气下的电网设施安全韧性、发电机组出力稳定性提出了更高的要求。迎峰度冬、迎峰度夏供电压力与低碳转型目标叠加，保障电力安全的复杂、艰巨程度明显提升。
除基础设施外，雷暴、大风等极端天气充分考验全国各级电力系统的应急响应能力。面对极端天气威胁，部分重要输电线路及电力基础设施的预防预警能力尚显不足，应急保障、救援处置和故障恢复能力存在短板，严重威胁了电力系统安全稳定运行。此外，电力安全保障体系建设仍不完善，尚未形成应对极端天气的长效机制，存在较大的电力供应安全隐患。
经济波动、国际供应链重构影响电力供需
经济发展是影响电力需求的根本性因素。电力消费与经济增长周期间的强相关性进一步印证了电力供需与经济发展水平之间的紧密联系。在全球供应链重构与经济复苏背景下我国制造业订单激增，用电量快速增长，适逢我国化石能源新增装机核准量降低，叠加持续高温和清洁能源出力不足等多重因素的影响，2021年秋季多地出现时段性缺电，背后均存在着经济波动造成的电力需求非常规扰动的影响。
2022年以来，我国季度国内生产总值同比增长率波动幅度超过2%，对电力系统的调峰能力、应急储备电源建设提出了新的挑战。可以预见，经济发展带动的电力需求波动未来将会更加频繁影响我国电力系统安全。全球产业链重构叠加地缘政治冲突，国际能源产业供需版图发生深度调整，我国所面临的外部环境更加复杂，能源供应链安全面临重大考验。尤其是以锂、钴、镍为代表的关键矿物供应安全问题愈发突出，电气装备核心零部件供应风险加剧，将在一定程度上制约电力系统低碳转型和电力安全稳定供应。
保障国家电力安全的对策建议
坚持底线思维，筑牢电力安全防线
面对复杂多变的国际形势和日益增多的极端天气事件，应进一步强化底线思维，加强各级政府、企业的协同配合，积极主动应对潜在的安全风险。一是坚持电力保供“全国一盘棋”，通过充分发挥特高压、超高压输电线路通道作用，优化电力布局，做好跨省跨区电力调度应急保障预案，在关键时刻做到各省、各区域电力余缺互济，提高电力系统韧性；二是将统筹中长期规划与适度超前规划结合，建立负荷预警机制，有效提高突发情况下的电力供应能力；三是坚守民生和重点产业的用电保障底线，合理控制高耗能产业用电；四是推动可调节负荷、电动汽车、虚拟电厂等新业态新商业模式的规模化、产业化发展，提高需求侧管理水平和实时需求响应能力，引导用户合理错峰用电，提升电力系统资源裕度。
推动煤电清洁化进程，以市场机制引导煤电重新定位
结合以煤为主的资源禀赋特点，进一步优化煤炭产业布局，以煤炭行业提质增效为核心，强化智能化安全高效煤矿建设，加快落后产能改造及退出机制，保证煤炭供给充足。在建设山西、蒙东、蒙西、陕北、新疆五大煤炭供应保障基地的同时，应加强区域间煤炭资源互通和跨区域运输及应急保障能力建设，建立区域煤炭开采、储备体系。
短期内，煤电作为电源供给主体的地位很难改变，仍将扮演保障电力持续可靠供应“压舱石”的角色。未来应持续完善顶层设计，加强煤炭清洁高效利用技术攻关，搭建煤电清洁化技术创新平台；加快出台配套政策，提升发电企业清洁化改造的动力和积极性；努力兼顾保障电力供应和清洁高效生产诉求；加强煤电机组灵活性改造，提升煤电调峰调频能力、促进清洁能源与煤电的协调发展。
长期而言，构建完善的电力市场体系，通过政策引导和稀缺资源的价格传导机制，鼓励煤电企业合理安排发电计划；通过完善辅助服务市场体系，鼓励煤电参与调峰调频，在促进清洁能源消纳的同时保障电力供应；通过电力容量市场机制建设，确保煤电装机容量维持在安全水平；完善煤炭交易机制，推动区域性和全国性煤炭市场的协调发展，保障煤电企业的可持续发展。通过以上多方面举措，优化煤电产业结构，提升电力应急保障水平。
推进电力基础设施管控，加强风险防治和应急管理
优化电网架构，加强电力互联网络建设和能源设施安全防护，完善联防联控机制，提升应急状态下电网互济支撑能力。对于密集线路、变电站、换流站等重要设施定期开展隐患排查，强化巡视维护制度。完善应急预案体系，为可能出现的极端天气，建立电力安全应急指挥平台，提升快速响应能力。重点关注氢能、电化学储能等高风险设施，建立健全严格、完善的生产标准和安全防护制度准则。
坚持技术创新，推进电力安全新技术的攻关与应用，提升电网及关键电力设施状态的实时监测能力；充分利用信息技术完善电力系统安全防控体系，推动电力行业安全研究和预警平台建设，对于潜在的风险做到早发现、早处理；大力推进故障定位技术，提升故障修复速度；推进智能巡检机器人的应用，提升电力系统日常安全监测能力，降低人力成本及安全风险；建立专家库和决策支持系统，提升风险研判和预警能力。此外，为适应国际竞争新形势对关键能源基础设施建设的要求，还应提高关键信息的加密级别，保障信息安全；提高电力系统特别是分布式电源在应对网络攻击时的韧性，避免因网络攻击而影响用电安全。
加强电力供求预测，提高发电容量充裕性保障能力
复杂经济形势叠加极端天气影响，电力需求波动长期客观存在。未来应加强对供应链重构和极端天气造成潜在冲击的预测与分析，深度考虑超预期冲击对于宏观经济形势的影响，科学识别二者波动的相关性与规律性。其中，尤其应区分短期和中长期电力需求波动的特性，提高需求预测的准确性，对于潜在的负荷增长做到早准备、早防范，切实保障电力安全。
发电机组及相关设施投资周期长，难以应对电力需求的频繁波动，需要提高发电容量充裕性保障能力，降低短时供给失衡所引发的电力安全风险。一方面，制定并出台备用机组建设相关政策，在电网关键节点及负荷波动频繁的区域推进战略备用机组建设，保障燃料供应渠道畅通；另一方面，设计应对电力需求波动的容量市场机制，加强与辅助服务市场、电能量市场和中长期市场的耦合协同，以市场手段建立稀缺资源价格形成机制，最终形成保障发电容量充裕性的长效机制。
守住“存量”着眼“增量”，推动能源替代与储能发展
坚持先立后破，在用好现有资源存量的同时，大力推动能源替代与储能技术发展，提升增量；提高区域电网消纳能力，统筹推进陆上风电和光伏发电基地建设；推进清洁能源制氢，促进煤电与清洁能源多能互补发展；加强青海、甘肃、内蒙等沙漠、戈壁区域大型风光基地建设，充分利用特高压输电线路和超高压跨省输电线路，在保障电力供应的同时提升清洁能源占比。
着重推进山东半岛、长三角、闽南、粤东、北部湾等千万千瓦级海上风电基地建设；完善顶层设计，促进配套政策落地，优化海上风电开发及管理模式，积极推动近海海上风电规模化发展；促进多能互补与资源转化，大力推进海水淡化、储能、海洋能等多种资源利用的配套设施建设，提高海上风电利用率；完善海上风电上网电价机制，鼓励其申领绿证，参与市场化交易，打造电力资源新增长极。
作为挖掘资源潜力、促进电源结构清洁化的重要抓手，分布式风电及光伏发电基地的建设对于提升电力资源存量具有重要意义。充分利用属地优势，一方面，应在矿区、工业园区、经济技术开发区等重点用电区域积极推进风电、分布式光伏建设；另一方面，以整县为单位有序推进屋顶光伏和“千乡万村驭风计划”，鼓励分布式能源与其他能源设施的互补发展。
【本文作者为天津大学管理与经济学部教授；本文系国家社会科学基金重大项目（项目编号：22&ZD104）和国家自然科学基金项目（项目编号：72243009）的阶段性研究成果；天津大学管理与经济学部博士研究生杨演燊对本文亦有贡献】
责编：周素丽 蔡圣楠／美编：石 玉