構建新型電力系統，需要什么樣的數字能源底座?

　　在邁向“碳中和”的進程中，全球能源產業變革已經進入了關鍵時期，其中電力系統的價值從未像今天這樣重要。

　　國際能源署數據顯示，2022年全球與能源相關的二氧化碳排放量超過368億噸，創下歷史新高。其中，電力領域碳排放占比最大，約占全球總碳排放量的39%。而且，電能將成為未來能源消費的主體，根據預測，電力占能源消費的比例將由現在的21%增至2050年的51%。

　　作為碳排放“大戶”，電力領域要實現凈零排放目標，通過清潔能源逐步取代化石能源發電，構建以新能源為主體的新型電力系統是必經之路。

　　不久前，在2023國際數字能源展上，華為數字能源技術有限公司總裁侯金龍提出融合Bit、Watt、Heat、Battery等4T技術，打造三新能源基礎設施的舉措，即新型電力系統能源基礎設施、新型電動出行能源基礎設施、新型數字產業能源基礎設施。三新能源基礎設施，為融合數字技術和電力電子技術，推動能源變革探索了新方向。其中，新型電力系統能源基礎設施，就是加速電力系統能源變革的數字化底座。

　　跨越拐點，新型電力系統未來已來

　　最新數據顯示，當前我國非化石能源發電裝機容量占比達到50.9%，歷史性超過化石能源發電裝機容量。在清潔能源逐步取代化石能源發電的過程中，這是一個重要的里程碑，也標志著我國向以新能源為主體的新型電力系統又邁進了一步。

　　隨著新能源發電滲透率不斷提升，新能源發電正處在從跟隨電網到主動增強電網跨越的關鍵節點，這對于現有的電力系統將帶來不少挑戰，同時也是正在構建的新型電力系統的新機遇。

　　根據2023年6月國家能源局組織發布的《新型電力系統發展藍皮書》，安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合是新型電力系統的四大特征。其中安全高效是基本前提，清潔低碳是核心目標，柔性靈活是重要支撐，智慧融合是基礎保障。

　　在供給側，并網安全與運營安全是新型電力系統需要解決的首要問題。在并網方面，新能源出力具有間歇性、波動性的特點，比如光伏、風電對地理氣候條件和天氣的依賴性大，導致發電出力曲線難以與用電曲線相匹配。同時，高比例的清潔能源發電并網給電力系統調峰帶來較大壓力，對電網穩定性也將帶來沖擊。在運營方面，新型電力系統因為電力電子裝備多、運維難度大、電站應用環境復雜多樣，在運營安全和效率方面面臨大量挑戰。

　　在消費側，能源消費依然面臨高碳化、高能耗、低效率等挑戰。比如，現有的城市能源系統具有能源結構不合理、電力供需矛盾突出、整體耗能高、效率低等問題。家庭用電領域則面臨高峰期電力供應不足、對綠色電力需求猛增等挑戰。

　　為了讓“綠電”突破供給屏障，并深入越來越多應用場景，華為數字能源聚焦三大場景打造面向新型電力系統的能源基礎設施：以新能源為主體的清潔能源大基地，面向城市的“源網荷儲”協同的能源系統，以及家庭能源管理系統，為新型電力系統的全場景、全生命周期提供數字化底座。

　　供給側：“智能光儲發電機”加速光伏成為主力能源

　　在電力供給側，清潔能源大基地是華為新型電力系統能源基礎設施的主要場景。

　　根據《“十四五”可再生能源發展規劃》，“十四五”期間，我國可再生能源發電量增量在全社會用電量增量中的占比超過50%，風電和太陽能發電量實現翻倍。目前，以九大清潔能源基地、五大海上風電基地為代表的多個大基地規劃建設正在加快推進，對實現我國“碳達峰、碳中和”的目標具有十分重要的意義。

　　清潔能源大基地的特點是“兩高一大”，“兩高”是指高比例可再生能源與高比例電力電子裝備應用，比如青海和甘肅新能源容量裝機已經分別超過60%和50%。“一大”是指基地面積超大且地處偏遠，比如雅礱江多能互補基地海拔超4千米，場站群跨度超過100公里。“兩高一大”的特點讓前述新型電力系統的挑戰更加突出。

　　在電網穩定性方面，華為創新地推出基于Grid Forming構網型儲能技術的光儲解決方案，也被稱作“智能光儲發電機”，被業內認為是引領未來十年并網技術趨勢的創新。“智能光儲發電機”基于組串式架構與智能算法，融合光伏逆變器、組串式儲能系統、儲能控制器(PCS)等核心設備，使光儲系統具有類似傳統同步發電機的電網調節功能，實現從跟隨電網到主動增強電網，大幅提升清潔能源消納能力，助力光伏成為主力能源。

　　具體來說，基于智能組串式光伏控制器(逆變器)和智能組串式儲能兩大核心技術，“智能光儲發電機”通過Grid Forming構網型技術可以實現“三大重構”，即重構電壓穩定、重構頻率穩定、重構功角穩定，支撐高比例新能源下穩定并網。

　　“智能光儲發電機”并非實驗室中的技術，目前已成功在大型電網項目中完成實際驗證。2023年1月，華為數字能源與中國電科院、青海電科院、華潤電力協作，在中國青海完成全球首次構網型光儲系統現場測試。該測試充分驗證了構網型新能源發電系統與傳統跟網型新能源發電系統相比，具備強慣量支撐、瞬時穩壓與故障穿越能力，在加強電網運行特性和實現高可再生能源目標方面具備很高價值，為構建新型電力系統探索了理論和實踐基礎。

　　2022年開工的沙特紅海新城是全球首個GW級光儲構網型項目，也是全球首個100%新能源電力系統標桿項目，建成后將為100萬人提供穩定、清潔的電力。華為通過基于Grid Forming的“智能光儲發電機”技術，為沙特紅海新城解決大型光儲組網、電網穩定性的難題，讓構建100%新能源的新型電力系統成為可能。

　　消費側：共建綠色低碳城市和家庭能源管理系統

　　在電力消費側，華為數字能源圍繞城市和家庭兩大核心場景，構建新型電力系統能源基礎設施。

　　城市居住著全球50%以上的人口，也占據了全球70%以上的碳排放量。一方面，傳統電網系統下，城市電力供需矛盾日漸突出。另一方面，從家庭、建筑、交通到工廠、園區，傳統電網整體耗能高，制冷、供熱效率低，浪費嚴重的問題普遍存在，消費端亟待使用更多清潔高效的綠色電力。

　　如何讓城市從高碳走向低碳，并最終走向零碳，華為數字能源的解法是融合數字技術和電力電子技術，融合信息流和能量流，通過“源網荷儲用”智能協同，構建一個基于智能電網、智能微網的城市能源互聯網。

　　具體來說，通過分布式能源、虛擬電廠VPP、智能充電網絡、V2X、綜合智慧能源、智能微電網等創新產品與解決方案，將分布于城市各個角落的千千萬萬個分布式能源系統智能互聯，以AI、云、大數據、5G、物聯網等技術構筑“數字孿生的能源系統”，最終構建綠色低碳的城市能源智能體。

　　過去，家庭是單一的能源消費者，在新型電力系統下，家庭將升級為產銷一體的用能模式，既是能源的消費者，又是能源的生產者。這種底層模式的轉變，需要構建一個智能的家庭能源管理系統。

　　華為從四大維度助力家庭能源管理系統的打造：首先，通過光儲充用一體化，提升綠電自發自用比例;其次，通過全屋備電提升用電安全，通過綠電自用降低用電成本;第三，依托并網離網無縫切換，提升家庭對各種電網場景的適用性;最后，通過將家庭融入虛擬電廠(VPP)，實現家庭用能與整個城市能源智能體的智能互聯、高效調度。

　　當前，新型電力系統建設已經進入全面啟動和加速推進的關鍵階段。數字技術是加速構建新型電力系統的重要驅動力。在邁向新型電力系統的征程中，華為數字能源通過核心技術創新，打造適應新型電力系統發展要求的數字化新能源基礎設施，加速清潔能源成為主力能源，探索出一條讓綠色電力惠及千行百業、千家萬戶的道路。

　　來源：智能進化論