目前的一种常见思维是，当建设了足够多的可再生能源发电设备后，碳排放问题就自然而然的得到了解决，我们就能实现“碳中和”。这显然不可能。

事实上，大量的新能源发电设备的接入，会对当前的电网造成很大影响。如果不理解，可以参考看看能源结构中高占比的风光电如何恶化了我国东北与美国得州的用电危机。因此，关于新能源并网，绝不是一个简单的“越多越好”的二元问题。 针对新能源发电的管理，2021年3月，中央财经委员会第九次会议上指出“要着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统”——这正是解决方案。

01.什么是以新能源为主体的新型电力系统

目前，新型电力系统仍然没有官方的明确定义，但各方共识基本集中于“新能源为主体”，这意味着我国电力系统的新能源占比未来将达到50%以上。

从发展阶段来看，“以新能源为主体”将分为两个主要阶段：· 新能源装机占50%以上；· 新能源发电量占50%以上。

02.新型电力系统建设面临的挑战

一、不确定性带来的平衡难题

新能源有很强的波动性，出力忽大忽小；同时新能源天然也具有不确定性，你用电的时候不一定有风吹、有光照。当前电网中，新能源的占比还不高，火电机组就全权负责承受这种波动和不确定性：风光发电少了，火电就多发电。风光发电多，火电就少发电。

但是未来呢？如果新能源成为了我们最主要的电源，又该如何解决问题？

二、调节能力缺陷干扰电网稳定性

电力系统想正常运行，就涉及了两个重要的稳定概念：频率稳定，电压稳定。而传统的同步发电机是维持这两个稳定性的最大支柱。但风、光等新能源并不具备传统发电机维持电压和频率的能力，甚至接入会消耗大量无功，还可能破坏电力系统的稳定，为电力系统的安全带来风险。

频率稳定：是指电力系统受到严重扰动后，发电和负荷需求出现大的不平衡，系统仍能保持稳定频率的能力，主要由同步发电机中的调频装置负责。

频率与发电机的转速息息相关，一般的电机一般会维持3000转/分钟（1对极，50转/s），或1500转/min（2对极，25转/s）的转速，对应的则是电网供电的50Hz交流电。当供电的功率比用电功率低的时候，发电机的转速就会下降，将发电机巨大转子（可参考下图）里储存的一部分动能转化为电能供给到电网里，转速下降带来的就是电压频率的下降，例如降低到49.8Hz，此时频率调节机构就会开始启动，对于火电厂就加大蒸汽的流量、对于水电厂就增加水流的流量，来输出更多的功率，让发电机加速，继而维持50Hz的频率。

然而，风电、光伏往往靠天吃饭，当频率下降的时候，没有额外的方式可以让他们输出更多的功率，其频率调节能力远远低于传统火电机组。

电压稳定：是指处于给定运行点的电力系统在经受扰动后，维持所有节点电压为可接受值的能力。它依赖于系统维持或恢复负荷需求和负荷供给之间平衡的能力。

发电机组在发电时，除了输出有功功率外，还会输出无功功率，而无功功率则是维持电力系统电压的核心。然而，风电、光伏基本上不具备为电网提供无功功率的能力，或者只能提供非常少的无功功率，在很多时候可能还需要从电网吸收无功才能维持运行，这就降低了电网电压的稳定性。同时，风、光发电的输出功率波动很大（由于风、光资源不稳定），功率发生变化也就会带来电压的波动，这会让电网电压更加的不稳定。

无功功率：在电网中，需要构建交变的磁场来搭起能量的桥梁，他们一部分从电源吸收能量，另一部分时间则释放能量，这个过程平均功率为0，但为建立这些磁场所需的功率，就是无功功率。

三、电力电子设备接入的系统性问题

传统的电力系统及其分析理论建立在所有电源都是同步发电机的基础上，也就是说我们的分析与调控手段都是基于发电机转速下降/上升，线圈的磁场如何变化来制定的。

但新能源作为电源，他们依托了大量电力电子设备进行发电，比如双馈异步风力发电机、永磁直驱风力发电机里面都含有电力电子部件，而光伏的逆变器更是纯电力电子设备，当这些设备成为主流后，建立在“发电机转子转动惯量”“线圈磁通磁导”这样概念上的分析理论将不再适用，以往的调控方式也将难以应用于这样的新型电力系统。

例如我们前面说过，发电机拥有巨大的转子，里面在正常转动时储存了大量的动能，也就是所谓的“惯性”。当功率不足时，发电机转速下降，但损失的动能会变成电能继续供电，这就为调节争取了时间，但像光伏这样的新能源根本就没有“转子”，更无从谈起所谓的“惯性”了，所以原来的调节方式将不再适用，这也让新能源占比很高的电力系统变得异常脆弱。