构建新型电力系统，需要什么样的数字能源底座?

在迈向“碳中和”的进程中，全球能源产业变革已经进入了关键时期，其中电力系统的价值从未像今天这样重要。

国际能源署数据显示，2022年全球与能源相关的二氧化碳排放量超过368亿吨，创下历史新高。其中，电力领域碳排放占比最大，约占全球总碳排放量的39%。而且，电能将成为未来能源消费的主体，根据预测，电力占能源消费的比例将由现在的21%增至2050年的51%。

作为碳排放“大户”，电力领域要实现净零排放目标，通过清洁能源逐步取代化石能源发电，构建以新能源为主体的新型电力系统是必经之路。

(资料图)

不久前，在2023国际数字能源展上，华为数字能源技术有限公司总裁侯金龙提出融合Bit、Watt、Heat、Battery等4T技术，打造三新能源基础设施的举措，即新型电力系统能源基础设施、新型电动出行能源基础设施、新型数字产业能源基础设施。三新能源基础设施，为融合数字技术和电力电子技术，推动能源变革探索了新方向。其中，新型电力系统能源基础设施，就是加速电力系统能源变革的数字化底座。

跨越拐点，新型电力系统未来已来

最新数据显示，当前我国非化石能源发电装机容量占比达到50.9%，历史性超过化石能源发电装机容量。在清洁能源逐步取代化石能源发电的过程中，这是一个重要的里程碑，也标志着我国向以新能源为主体的新型电力系统又迈进了一步。

随着新能源发电渗透率不断提升，新能源发电正处在从跟随电网到主动增强电网跨越的关键节点，这对于现有的电力系统将带来不少挑战，同时也是正在构建的新型电力系统的新机遇。

根据2023年6月国家能源局组织发布的《新型电力系统发展蓝皮书》，安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合是新型电力系统的四大特征。其中安全高效是基本前提，清洁低碳是核心目标，柔性灵活是重要支撑，智慧融合是基础保障。

在供给侧，并网安全与运营安全是新型电力系统需要解决的首要问题。在并网方面，新能源出力具有间歇性、波动性的特点，比如光伏、风电对地理气候条件和天气的依赖性大，导致发电出力曲线难以与用电曲线相匹配。同时，高比例的清洁能源发电并网给电力系统调峰带来较大压力，对电网稳定性也将带来冲击。在运营方面，新型电力系统因为电力电子装备多、运维难度大、电站应用环境复杂多样，在运营安全和效率方面面临大量挑战。

在消费侧，能源消费依然面临高碳化、高能耗、低效率等挑战。比如，现有的城市能源系统具有能源结构不合理、电力供需矛盾突出、整体耗能高、效率低等问题。家庭用电领域则面临高峰期电力供应不足、对绿色电力需求猛增等挑战。

为了让“绿电”突破供给屏障，并深入越来越多应用场景，华为数字能源聚焦三大场景打造面向新型电力系统的能源基础设施：以新能源为主体的清洁能源大基地，面向城市的“源网荷储”协同的能源系统，以及家庭能源管理系统，为新型电力系统的全场景、全生命周期提供数字化底座。

供给侧：“智能光储发电机”加速光伏成为主力能源

在电力供给侧，清洁能源大基地是华为新型电力系统能源基础设施的主要场景。

根据《“十四五”可再生能源发展规划》，“十四五”期间，我国可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比超过50%，风电和太阳能发电量实现翻倍。目前，以九大清洁能源基地、五大海上风电基地为代表的多个大基地规划建设正在加快推进，对实现我国“碳达峰、碳中和”的目标具有十分重要的意义。

清洁能源大基地的特点是“两高一大”，“两高”是指高比例可再生能源与高比例电力电子装备应用，比如青海和甘肃新能源容量装机已经分别超过60%和50%。“一大”是指基地面积超大且地处偏远，比如雅砻江多能互补基地海拔超4千米，场站群跨度超过100公里。“两高一大”的特点让前述新型电力系统的挑战更加突出。

在电网稳定性方面，华为创新地推出基于Grid Forming构网型储能技术的光储解决方案，也被称作“智能光储发电机”，被业内认为是引领未来十年并网技术趋势的创新。“智能光储发电机”基于组串式架构与智能算法，融合光伏逆变器、组串式储能系统、储能控制器(PCS)等核心设备，使光储系统具有类似传统同步发电机的电网调节功能，实现从跟随电网到主动增强电网，大幅提升清洁能源消纳能力，助力光伏成为主力能源。

具体来说，基于智能组串式光伏控制器(逆变器)和智能组串式储能两大核心技术，“智能光储发电机”通过Grid Forming构网型技术可以实现“三大重构”，即重构电压稳定、重构频率稳定、重构功角稳定，支撑高比例新能源下稳定并网。

“智能光储发电机”并非实验室中的技术，目前已成功在大型电网项目中完成实际验证。2023年1月，华为数字能源与中国电科院、青海电科院、华润电力协作，在中国青海完成全球首次构网型光储系统现场测试。该测试充分验证了构网型新能源发电系统与传统跟网型新能源发电系统相比，具备强惯量支撑、瞬时稳压与故障穿越能力，在加强电网运行特性和实现高可再生能源目标方面具备很高价值，为构建新型电力系统探索了理论和实践基础。

2022年开工的沙特红海新城是全球首个GW级光储构网型项目，也是全球首个100%新能源电力系统标杆项目，建成后将为100万人提供稳定、清洁的电力。华为通过基于Grid Forming的“智能光储发电机”技术，为沙特红海新城解决大型光储组网、电网稳定性的难题，让构建100%新能源的新型电力系统成为可能。

消费侧：共建绿色低碳城市和家庭能源管理系统

在电力消费侧，华为数字能源围绕城市和家庭两大核心场景，构建新型电力系统能源基础设施。

城市居住着全球50%以上的人口，也占据了全球70%以上的碳排放量。一方面，传统电网系统下，城市电力供需矛盾日渐突出。另一方面，从家庭、建筑、交通到工厂、园区，传统电网整体耗能高，制冷、供热效率低，浪费严重的问题普遍存在，消费端亟待使用更多清洁高效的绿色电力。

如何让城市从高碳走向低碳，并最终走向零碳，华为数字能源的解法是融合数字技术和电力电子技术，融合信息流和能量流，通过“源网荷储用”智能协同，构建一个基于智能电网、智能微网的城市能源互联网。

具体来说，通过分布式能源、虚拟电厂VPP、智能充电网络、V2X、综合智慧能源、智能微电网等创新产品与解决方案，将分布于城市各个角落的千千万万个分布式能源系统智能互联，以AI、云、大数据、5G、物联网等技术构筑“数字孪生的能源系统”，最终构建绿色低碳的城市能源智能体。

过去，家庭是单一的能源消费者，在新型电力系统下，家庭将升级为产销一体的用能模式，既是能源的消费者，又是能源的生产者。这种底层模式的转变，需要构建一个智能的家庭能源管理系统。

华为从四大维度助力家庭能源管理系统的打造：首先，通过光储充用一体化，提升绿电自发自用比例;其次，通过全屋备电提升用电安全，通过绿电自用降低用电成本;第三，依托并网离网无缝切换，提升家庭对各种电网场景的适用性;最后，通过将家庭融入虚拟电厂(VPP)，实现家庭用能与整个城市能源智能体的智能互联、高效调度。

当前，新型电力系统建设已经进入全面启动和加速推进的关键阶段。数字技术是加速构建新型电力系统的重要驱动力。在迈向新型电力系统的征程中，华为数字能源通过核心技术创新，打造适应新型电力系统发展要求的数字化新能源基础设施，加速清洁能源成为主力能源，探索出一条让绿色电力惠及千行百业、千家万户的道路。

来源：智能进化论

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