隨著“雙碳”政策的持續(xù)推進(jìn)，構(gòu)建以新能源體系為主題的新型電力系統(tǒng)迎來了新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。近年來，我國的能源發(fā)展呈現(xiàn)著新格局，新能源的間歇性、波動性、隨機(jī)性以及發(fā)電設(shè)備的低抗擾性和弱支撐性特點(diǎn)，加快了能源電力的安全可靠供應(yīng)需求與清潔低碳能源的轉(zhuǎn)型，低碳能源轉(zhuǎn)型作為助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重大戰(zhàn)略任務(wù)，更加明確了電力數(shù)字化、智能化在實(shí)現(xiàn)能源高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎作用和主體地位。

電力數(shù)字化的發(fā)展背景

電力數(shù)字化技術(shù)支撐體系包含采集、傳輸、儲存、應(yīng)用四大體系。在新型電力系統(tǒng)建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)的引領(lǐng)下，電子技術(shù)通用、安全防護(hù)和綠色環(huán)保等方面的要求日益增進(jìn)，這也要求數(shù)字化技術(shù)，需要打通源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)信息，使電網(wǎng)具備超強(qiáng)感知能力、智慧決策能力和快速執(zhí)行能力。

目前，新能源發(fā)電的季節(jié)性偏差、能源出力波動大、復(fù)合高峰電力支撐不足、日前功率誤差大等特性造成了電力系統(tǒng)具備很大的消納挑戰(zhàn)和安全挑戰(zhàn)，除此之外，新能源清潔綠色、低邊際成本、高輔助服務(wù)需求的特性也對市場機(jī)制設(shè)計帶來挑戰(zhàn)，因此，在原有電子技術(shù)支撐的體系基礎(chǔ)上，加入基礎(chǔ)通用、安全防護(hù)、碳管理等分支體系，以數(shù)字電力為載體，通過數(shù)字化、綠色化、協(xié)同化統(tǒng)籌發(fā)展的方式，可以促進(jìn)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，同時助力能源清潔低碳、安全高效利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的”可測、可觀、可控”。

電力數(shù)字化的核心目標(biāo)

利用云計算、大數(shù)據(jù)、5G、數(shù)字孿生數(shù)字技術(shù)，提高風(fēng)能、太陽能等電力的消納能力，推動電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性以及靈活性，構(gòu)建適應(yīng)高比例新能源的新型電力系統(tǒng)，進(jìn)而助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

發(fā)展穩(wěn)定的控制技術(shù)

新能源電廠、分布式電源和電子設(shè)備已經(jīng)逐漸代替老設(shè)備，然而，電力系統(tǒng)復(fù)雜多變，大規(guī)模新能源基地的建設(shè)，使得棄風(fēng)、棄光以及新能源脫網(wǎng)的現(xiàn)象層出不群，如何克服這些分布廣、數(shù)量多、不確定性強(qiáng)等方面的難題，需要在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上突破原有的技術(shù)，結(jié)合極端天氣現(xiàn)象，采用“大云物移智鏈”等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高比例新能源新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行控制，進(jìn)而提高安全性和運(yùn)行效率。

發(fā)展高效的消納技術(shù)

隨著大量新能源電站的建設(shè)，出現(xiàn)了網(wǎng)架限電、供電復(fù)核增長緩慢等問題，新能源的消納應(yīng)該結(jié)合能源的發(fā)電監(jiān)測、預(yù)測技術(shù)，通過對新配備的新能源電站采取邊配件邊共享的形式進(jìn)而最大化的對能源棄電進(jìn)行高效利用，此外，通過監(jiān)測不斷采取能源通道的能源外送，進(jìn)而提高通道的利用率。

發(fā)展數(shù)字電網(wǎng)與人工智能技術(shù)

新型電力系統(tǒng)的發(fā)展離不開數(shù)字化的應(yīng)用，通過大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)設(shè)備以及電力系統(tǒng)仿真和調(diào)度等技術(shù)，加大5G基站、物聯(lián)網(wǎng)、電動汽車充電樁等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)配套投入。此外，結(jié)合數(shù)字化的智能分析優(yōu)勢，制定優(yōu)質(zhì)的用戶用能計劃，有助于構(gòu)建適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的現(xiàn)代供電服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)全流程節(jié)能降碳，進(jìn)而助力全球雙碳目標(biāo)達(dá)成。

電力數(shù)字化的應(yīng)用場景

電力數(shù)字化應(yīng)用無處不在，體現(xiàn)在電網(wǎng)數(shù)字監(jiān)測、跨域電力調(diào)度、賦能綠色低碳等方方面面。

電網(wǎng)數(shù)字監(jiān)測

數(shù)字化監(jiān)控對提高用電管理水平、優(yōu)化電能質(zhì)量、提升電網(wǎng)配備等方面有重要作用。冀北電力利用數(shù)字化技術(shù)，通過對電網(wǎng)平臺的資源、圖形、拓?fù)涞确?wù)的分析，構(gòu)建出了“電網(wǎng)一張圖”，完成主配網(wǎng)開關(guān)變位、實(shí)時負(fù)荷量測等83類量測數(shù)據(jù)接入，同時利用人工智能平臺，結(jié)合圖像視屏智能識別，研發(fā)了173類圖像模型。山東青島利用智能巡檢系統(tǒng)的監(jiān)測功能，對管轄的49座變電站進(jìn)行巡檢，通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管技術(shù)以及環(huán)境傳感器等，全方位的監(jiān)控了室內(nèi)環(huán)境、消防安防監(jiān)控、照明措施等設(shè)備，不僅減少可現(xiàn)場巡檢頻次，同時還提高變電運(yùn)維效率和供電可靠性。

跨域電力調(diào)度

電力調(diào)度為電網(wǎng)的安全運(yùn)行、工作開展等方面帶來了重要作用，大規(guī)模的收集、篩選信息，通過模型訓(xùn)練、圖像處理等方式，進(jìn)而提供高性能、高精準(zhǔn)度的計算分析。

可以進(jìn)行模型訓(xùn)練、圖像處理，進(jìn)而推動電網(wǎng)建設(shè)。中國白鶴灘—浙江直流工程、陜北—湖北直流配套電源等工程陸續(xù)投產(chǎn)，“西電東送”輸電能力已超過3億千瓦，同時跨省跨區(qū)直流通道度夏期間最大輸電能力可達(dá)1.8億千瓦涵蓋蓄熱式電采暖、可調(diào)節(jié)工商業(yè)、智能樓宇、智能家居、儲能、電動汽車充電站、分布式光伏等11類對象，通過設(shè)備數(shù)據(jù)和互動信息的計算與存儲，集成了能源運(yùn)行管理、交易、服務(wù)等多項功能。

賦能綠色低碳

數(shù)字化技術(shù)為綠色低碳發(fā)展持續(xù)賦能。目前，碳配額、國家核證自愿減排量（CCER）、綠色電力等三種商品形態(tài)構(gòu)成了中國的碳交易的主要體系。三類商品的互相補(bǔ)充促進(jìn)了電力系統(tǒng)的低碳化運(yùn)作。綠色交易是以風(fēng)能、太陽能等新能源為主要對象設(shè)置的交易品種。截止到上半年，國家電網(wǎng)的綠色交易電量為389億千瓦時，超全年目標(biāo)30%，由此可見，綠電交易呈現(xiàn)上升趨勢。

電力數(shù)字化的發(fā)展路徑

大力發(fā)展新型能源

隨著全球資源的不斷增長，風(fēng)能和儲能協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展成為趨勢所在，其可以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活性。首先，應(yīng)該大力發(fā)展抽水儲能。抽水儲能作為當(dāng)前技術(shù)最成熟、最可靠、最清潔、最經(jīng)濟(jì)并且最巨大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)，不僅用于電力系統(tǒng)的調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相等方面，還對緊急事故備用有重要作用，應(yīng)通過健全電費(fèi)分?jǐn)偸鑼?dǎo)等方式對完善電價機(jī)制，進(jìn)而促進(jìn)其發(fā)展；其次，應(yīng)該大力發(fā)展太陽能；太陽能發(fā)電不受地域限制且無枯竭危險，還兼具能源質(zhì)量高的優(yōu)勢，既可以在新型電力系統(tǒng)中承擔(dān)基荷、調(diào)峰、調(diào)頻的功能，也可作為電網(wǎng)側(cè)的儲能電站發(fā)揮作用，與光伏、風(fēng)電充分互補(bǔ)運(yùn)行，需大力支持太陽能熱發(fā)電核心原創(chuàng)性技術(shù)研發(fā)，不斷提升在太陽能熱發(fā)電站集成技術(shù)水平、第二代太陽能熱發(fā)電技術(shù)方面的總體設(shè)計能力和運(yùn)維水平，以及核心部件裝備和關(guān)鍵配件制造能力。

靈活調(diào)節(jié)資源調(diào)用

靈活調(diào)節(jié)資源不僅分布在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)的儲能外，還分布在傳統(tǒng)高載能工業(yè)負(fù)荷、工商業(yè)可中斷負(fù)荷、電動汽車充換電設(shè)施、負(fù)荷聚合商、虛擬電廠等，對維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、保證電能質(zhì)量有重要作用。首先，要提高儲能和電動汽車將在高比例新能源新型電力系統(tǒng)電力電量平衡中起到重要的靈活調(diào)節(jié)作用，支撐供需雙側(cè)動態(tài)匹配，促進(jìn)新能源有效利用；其次，要依托大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)，持續(xù)完善新能源柔性并網(wǎng)和分布式新能源開放接入的儲能配置。

推進(jìn)市場機(jī)制建設(shè)

電力系統(tǒng)面臨著能源結(jié)構(gòu)的重大調(diào)整，要根據(jù)市場情況，構(gòu)建與市場相配套的產(chǎn)業(yè)政策、合約市場、綠證市場。首先，要明確分布式電源、負(fù)荷聚集商、源網(wǎng)荷儲一體化、虛擬電廠、儲能等市場主體地位，鼓勵新型市場主體參與市場交易；其次，要不斷完善電價機(jī)制，引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電模式；此外，要建立電力市場與綠證市場、碳市場協(xié)調(diào)統(tǒng)一機(jī)制，促進(jìn)新能源消納的現(xiàn)貨電能量市場；最后，要充分調(diào)動靈活調(diào)節(jié)資源的市場機(jī)制，依托省間市場統(tǒng)籌，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電力平衡。

撰稿 | 陳啟玉 清研集團(tuán)能源電力研究部研究員

編輯 | 陳澤璽 費(fèi)風(fēng)鈴

圖片 | 網(wǎng)絡(luò)