世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，推動(dòng)了世界能源消費(fèi)的不斷增長(zhǎng)。近年來(lái)，由于人類對(duì)化石能源的過(guò)度開(kāi)采和使用，化石能源走向枯竭，同時(shí)大量碳排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)日益加重。為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和全球變暖，世界各國(guó)紛紛作出承諾，將加強(qiáng)對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)，降低二氧化碳排放量。碳中和是指?jìng)€(gè)體或系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)，直接或者間接回收的碳氧化物量大于或等于其所排放的碳氧化物量，即碳氧化物的靜排放量小于或者等于零。碳中和聯(lián)盟（Carbon Neutrality Coalition，CNC）的國(guó)家和地區(qū)作為碳中和社會(huì)的探索先驅(qū)者，通過(guò)制定法律或政策以盡早實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的碳中和目標(biāo)。中國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在9月22日召開(kāi)的第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上表示：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”

隨著工業(yè)生產(chǎn)及交通行業(yè)的電氣化程度增高，電力能源在終端能源消費(fèi)的占比日益增大，電力行業(yè)在節(jié)能減排上承擔(dān)主要責(zé)任。為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，電力系統(tǒng)需要在發(fā)電側(cè)對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改革，淘汰或改造已存碳排放量高的化石能源熱發(fā)電機(jī)組，加大對(duì)水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源的投資和開(kāi)發(fā)。自21世紀(jì)以來(lái)，風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等無(wú)污染、可再生、環(huán)境友好的新能源吸引了各國(guó)研究人員對(duì)其開(kāi)采和發(fā)電技術(shù)的研究，其中風(fēng)能、太陽(yáng)能尤甚。自然界蘊(yùn)含豐富的風(fēng)能和太陽(yáng)能，開(kāi)采潛能足以滿足未來(lái)人類對(duì)能源的需求。對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)在一定程度上降低了世界碳排放量的增長(zhǎng)速度，但是短時(shí)間內(nèi)仍無(wú)法彌補(bǔ)人類對(duì)能源需求快速上漲所造成的碳排放增長(zhǎng)。對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的改造是另一條節(jié)能減排的渠道，通過(guò)對(duì)燃料所產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行回收和封存，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組整體的碳零排放。

清潔能源的大量開(kāi)發(fā)以及舊煤電機(jī)組的淘汰推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)向碳中和電力系統(tǒng)發(fā)展的同時(shí)，也面臨著一些社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)難題。特別是風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電屬于不可控發(fā)電，具有極強(qiáng)的隨機(jī)性，使得在電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中的功率平衡問(wèn)題呈現(xiàn)概率化。另外，風(fēng)力、光伏發(fā)電機(jī)組通過(guò)電力電子設(shè)備并入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析和控制趨向復(fù)雜化。而火力發(fā)電機(jī)組的改造則需要有大量資金投入，相關(guān)技術(shù)難題也還沒(méi)有被完全攻克。