清研智谈 | “双碳”背景下电力数字化的发展路径
随着“双碳”政策的持续推进，构建以新能源体系为主题的新型电力系统迎来了新机遇和新挑战。近年来，我国的能源发展呈现着新格局，新能源的间歇性、波动性、随机性以及发电设备的低抗扰性和弱支撑性特点，加快了能源电力的安全可靠供应需求与清洁低碳能源的转型，低碳能源转型作为助力实现“双碳”目标的重大战略任务，更加明确了电力数字化、智能化在实现能源高质量发展的重要引擎作用和主体地位。
电力数字化的发展背景
电力数字化技术支撑体系包含采集、传输、储存、应用四大体系。在新型电力系统建设和“双碳”目标的引领下，电子技术通用、安全防护和绿色环保等方面的要求日益增进，这也要求数字化技术，需要打通源网荷储各环节信息，使电网具备超强感知能力、智慧决策能力和快速执行能力。
目前，新能源发电的季节性偏差、能源出力波动大、复合高峰电力支撑不足、日前功率误差大等特性造成了电力系统具备很大的消纳挑战和安全挑战，除此之外，新能源清洁绿色、低边际成本、高辅助服务需求的特性也对市场机制设计带来挑战，因此，在原有电子技术支撑的体系基础上，加入基础通用、安全防护、碳管理等分支体系，以数字电力为载体，通过数字化、绿色化、协同化统筹发展的方式，可以促进新型电力系统的发展，同时助力能源清洁低碳、安全高效利用，进而实现电网的”可测、可观、可控”。
电力数字化的核心目标
利用云计算、大数据、5G、数字孪生数字技术，提高风能、太阳能等电力的消纳能力，推动电力系统的安全性、稳定性以及灵活性，构建适应高比例新能源的新型电力系统，进而助力碳达峰、碳中和目标的实现。
发展稳定的控制技术
新能源电厂、分布式电源和电子设备已经逐渐代替老设备，然而，电力系统复杂多变，大规模新能源基地的建设，使得弃风、弃光以及新能源脱网的现象层出不群，如何克服这些分布广、数量多、不确定性强等方面的难题，需要在电网结构上突破原有的技术，结合极端天气现象，采用“大云物移智链”等新技术，实现高比例新能源新型电力系统安全稳定的运行控制，进而提高安全性和运行效率。
发展高效的消纳技术
随着大量新能源电站的建设，出现了网架限电、供电复核增长缓慢等问题，新能源的消纳应该结合能源的发电监测、预测技术，通过对新配备的新能源电站采取边配件边共享的形式进而最大化的对能源弃电进行高效利用，此外，通过监测不断采取能源通道的能源外送，进而提高通道的利用率。
发展数字电网与人工智能技术
新型电力系统的发展离不开数字化的应用，通过大数据、人工智能等先进设备以及电力系统仿真和调度等技术，加大5G基站、物联网、电动汽车充电桩等新型基础设施建设配套投入。此外，结合数字化的智能分析优势，制定优质的用户用能计划，有助于构建适应新型电力系统的现代供电服务体系，实现全流程节能降碳，进而助力全球双碳目标达成。
电力数字化的应用场景
电力数字化应用无处不在，体现在电网数字监测、跨域电力调度、赋能绿色低碳等方方面面。
电网数字监测
数字化监控对提高用电管理水平、优化电能质量、提升电网配备等方面有重要作用。冀北电力利用数字化技术，通过对电网平台的资源、图形、拓扑等服务的分析，构建出了“电网一张图”，完成主配网开关变位、实时负荷量测等83类量测数据接入，同时利用人工智能平台，结合图像视屏智能识别，研发了173类图像模型。山东青岛利用智能巡检系统的监测功能，对管辖的49座变电站进行巡检，通过物联网监管技术以及环境传感器等，全方位的监控了室内环境、消防安防监控、照明措施等设备，不仅减少可现场巡检频次，同时还提高变电运维效率和供电可靠性。
跨域电力调度
电力调度为电网的安全运行、工作开展等方面带来了重要作用，大规模的收集、筛选信息，通过模型训练、图像处理等方式，进而提供高性能、高精准度的计算分析。
可以进行模型训练、图像处理，进而推动电网建设。中国白鹤滩—浙江直流工程、陕北—湖北直流配套电源等工程陆续投产，“西电东送”输电能力已超过3亿千瓦，同时跨省跨区直流通道度夏期间最大输电能力可达1.8亿千瓦涵盖蓄热式电采暖、可调节工商业、智能楼宇、智能家居、储能、电动汽车充电站、分布式光伏等11类对象，通过设备数据和互动信息的计算与存储，集成了能源运行管理、交易、服务等多项功能。
赋能绿色低碳
数字化技术为绿色低碳发展持续赋能。目前，碳配额、国家核证自愿减排量（CCER）、绿色电力等三种商品形态构成了中国的碳交易的主要体系。三类商品的互相补充促进了电力系统的低碳化运作。绿色交易是以风能、太阳能等新能源为主要对象设置的交易品种。截止到上半年，国家电网的绿色交易电量为389亿千瓦时，超全年目标30%，由此可见，绿电交易呈现上升趋势。
电力数字化的发展路径
大力发展新型能源
随着全球资源的不断增长，风能和储能协同互补发展成为趋势所在，其可以改善电力系统的稳定性和灵活性。首先，应该大力发展抽水储能。抽水储能作为当前技术最成熟、最可靠、最清洁、最经济并且最巨大规模开发条件的电力系统，不仅用于电力系统的调峰填谷、调频、调相等方面，还对紧急事故备用有重要作用，应通过健全电费分摊疏导等方式对完善电价机制，进而促进其发展；其次，应该大力发展太阳能；太阳能发电不受地域限制且无枯竭危险，还兼具能源质量高的优势，既可以在新型电力系统中承担基荷、调峰、调频的功能，也可作为电网侧的储能电站发挥作用，与光伏、风电充分互补运行，需大力支持太阳能热发电核心原创性技术研发，不断提升在太阳能热发电站集成技术水平、第二代太阳能热发电技术方面的总体设计能力和运维水平，以及核心部件装备和关键配件制造能力。
灵活调节资源调用
灵活调节资源不仅分布在发电侧、电网侧、用户侧的储能外，还分布在传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充换电设施、负荷聚合商、虚拟电厂等，对维护电力系统安全稳定运行、保证电能质量有重要作用。首先，要提高储能和电动汽车将在高比例新能源新型电力系统电力电量平衡中起到重要的灵活调节作用，支撑供需双侧动态匹配，促进新能源有效利用；其次，要依托大数据、云计算、人工智能、区块链等技术，持续完善新能源柔性并网和分布式新能源开放接入的储能配置。
推进市场机制建设
电力系统面临着能源结构的重大调整，要根据市场情况，构建与市场相配套的产业政策、合约市场、绿证市场。首先，要明确分布式电源、负荷聚集商、源网荷储一体化、虚拟电厂、储能等市场主体地位，鼓励新型市场主体参与市场交易；其次，要不断完善电价机制，引导用户优化用电模式；此外，要建立电力市场与绿证市场、碳市场协调统一机制，促进新能源消纳的现货电能量市场；最后，要充分调动灵活调节资源的市场机制，依托省间市场统筹，实现全网电力平衡。
撰稿 | 陈启玉 清研集团能源电力研究部研究员
编辑 | 陈泽玺 费风铃
图片 | 网络