绿色之径第6期：打造需求侧转型新能力

前面五期，我们从新型电力系统的应运而生的“双碳”目标出发，引出新型电力系统的四大核心，在新型电力系统的分析中，我们得到与供给侧相比，需求侧涉及的广度与深度更为深刻，且存在着诸多挑战与机遇。

本期也是本系列的最后一期，我们将讨论应对清洁低碳、经济高效、安全可靠的挑战，实现电力需求侧转型，从绿色电力、数字化运营、配电技术三方面需要配备的适配于新型电力系统的新能力。

一、绿色电力，拥抱低碳转型

现阶段电力需求侧可以通过购买绿色电力、绿证等方式完成能源清洁化，但随着不断上升的绿色溢价和不断下降的新能源投资成本，电力用户拥有独立的新能源电站将在未来成为普遍现象。

1. 最大化利用分布式绿电

通过建设分布式新能源，使用自产的清洁能源来取代主电网或本地化石燃料发电机产生的全部或部分能源。通过储能实现可再生能源存储，在新能源出力不足时消耗储存的电力，实现能量的时间转移，进而最大化利用自产绿色电力，实现清洁低碳与用电成本降低的效果。

要实现最大化利用绿色电力，除了硬件设施外，还有两种关键：

① 新能源出力与用电负荷预测。微电网边缘网关通过与云数据交换，获得如光强和风力等气象信息数据，通过数学模型计算并进行中期、短期的发电预测，能源功率预测可以作为能量管理的核心输入。另一方面，电力用户自身的用能规律同样需要精确预测，只有将用电预测与功率预测相结合，才能实现控制清洁电力出力与储能配合，保障电力供需平衡。

② 能量管理。能量管理可以有多种实现手段，如基于出力与负荷预测而进行的能量调度，并通过网电与分布式电源的出力分配，在微网内部将可再生能源渗透率提到最大。能量管理的核心是实现不同用电环节间的负荷分配，以出力和负荷的平衡策略来确保电压和频率稳定。在自身分布式绿电100%利用的基础上，在企业自身用电与储能需求全部满足的条件下，按照并网协议以及电力公司的信号来管理电量的并网送出，实现倒送电管理，在无法满足用电需求的条件下，选择通过分布式能源就近交易、绿电交易等方式进行补充。

2. 更绿色的电气设备

《京都议定书》根据人类活动所产生的温室气体数量以及不同温室气体对气候变暖的影响力，提出了六类需要全人类警惕并严厉控制其排放量的温室气体。在这六种温室气体中，二氧化碳最广为人知，但被忽视的其他温室气体同样有着惊人的破坏力。

此处引入一个全球变暖潜能值GWP（Global Warming Potential）的概念，GWP指的是在限定的 100 年时间框架内，不同温室气体产生的温室效应相对于相同效应的二氧化碳的质量。该指标将二氧化碳的GWP设定为相对衡量标准1，而六氟化硫的GWP竟然达到22800， 1千克的六氟化硫，对全球气候变暖的影响与24个人搭飞机来回伦敦与纽约一趟排放的二氧化碳相当。

                                   多能互补系统示意图（图来源：施耐德电气商业价值研究院《绿色之径——新型电力系统行业洞察》）

实际上，由于六氟化硫具有十分优异的绝缘性和灭弧性，其被广泛的应用于如断路器、高压开关、高压变压器、高压传输线、互感器等各类电气设备中，而且六氟化硫是人工合成气体，具有相当稳定的化学性质，当它排放到空气中后，极不易与其他物质发生反应，更容易形成长期的累积，对全球变暖的影响也就更加严重。

因此，在使用清洁电力的同时，电气设备本身的“绿色”程度同样重要，只有具备了以上的绿色硬件设备与相应的能量管理能力，才能更好的适应新型电力系统的发展。

二、数字运营，实现降本增效

1. 数字化能量管理，实现用电成本降低

完整的能量管理系统，可以实现不同用电环节间的负荷分配，以出力和负荷的平衡策略来确保电压和频率稳定。基于对分布式新能源和需求侧储能进行能量优化整合参与电力市场交易，能够改善能源结构，优化成本。

① 利用峰谷电价差实现电量成本下降。根据分时电价，对分布式电源、用电设备、储能实行经济调度，以获得更低的平均度电电价。

② 售电收益。未来随着电力交易体系的不断完善，能量管理系统可以与周边微电网、电力交易市场及大型分布式发电站共享和联动，通过余电上网或“隔墙售电”的方式获得发电收益。

③ 负荷管理降低需量电费。运用储能在用电高峰时段发电，大工业用户可以降低最大用电负荷，从而节省两部制下的需量电费。

④ 需求响应赚取收益。通过微电网辅助主网运行，或通过虚拟电厂技术参与需求响应，获得额外收益。

2. 数字能效优化，节能增效的新阶段

在碳中和的大背景下，高效的利用能源意味着在电力尚未完全脱碳的情况下降低碳排放。一般来说，节能增效的过程分为三个阶段：被动节能增效、主动节能增效、数字化节能增效。目前大部分的企业已完成或正在经历前两个过程，而最后一个阶段由于人或企业的用能习惯以及工艺流程不合理所造成的能效问题往往最难改变，需要通过数字化技术重组用能成本结构，重新定义效率和可持续发展。

① 被动型节能增效。通过减少热损失的装置、使用低功耗设备等手段，实现节能增效，常见的包括楼宇的外墙保温、节能灯、高效变频器等。

② 主动节能增效。最主要的特点是通过自动化优化装置和设备的使用，在不需要时关闭设备，或将电机或供热装置调节到最优化水平等，常见的包括变频和自动化电机系统、声光感应楼宇照明等。

③ 数字化节能增效。通过数字化技术帮助企业和组织约束并改变用能习惯、发现工艺流程中的改进点，完成节能增效的最后一步，利用数字化实现节能增效。在这个阶段，企业或组织的能耗数据全面计量、集中化可视监测，支持数据分析，多形式呈现水电气的不同介质能耗数据。并在此基础上，对未来用能趋势的预测，将实际能耗与能源管理目标进行实时比较和跟踪。通过机器学习进行智能诊断，对覆盖空调、供热、水系统、动力、空气压缩、生产等多种能源设备，归类显示诊断问题，确保电能的最大使用效率以及设备的最优使用，给出节能方案建议和完整的节能方案。

三、配电升级，保护用电安全和质量

传统配电网潮流只能从变电站单方向流向用户，随着越来越多的分布式新能源发电建设，传统配电网面临的重大挑战，急需馈线升级实现潮流双向流动，满足终端分布式能源上网需要。

配电网向智能化过渡的同时，还需要为电动汽车与电网的友好互动提供接口，使其成为未来配电网运行调度的重要手段。

1. 新型电力电子技术

新型电力电子设备通过DVR实现电压骤升/骤降、功率因数、谐波等条件下的动态补偿，保障供电连续性，提升电能质量，为高精度行业等关键负荷用户保驾护航。

2. 数字孪生技术

利用仿真建模、物联网、大数据及人工智能等技术，数字孪生技术通过打造配电网络的孪生体，为电网辅助规划设计、运维管理、调度指挥、故障处理、智能干预等提供数字化支撑。在微电网场景下，数字孪生技术可以对微电网各发电设备尤其是分布式电源进行实时状态管理。在变电站场景下，应用数字孪生技术可以实现电站漫游、IoT设备状态信息监测、设备详细信息管理、运维管理、设备故障排查、智能巡检管理等。

随着相关技术和规范进一步发展和完善，数字孪生技术还有望越来越多地融入到电网设计规划、建设及运维等全生命周期内的各个环节，不断提高配网弹性。

3. 智能电网技术

未来电力系统将呈现微电网、有源配电网、局部直流电网等新形态电网与大电网协同发展格局。其中，局部直流电网可以更高效可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷，而且随着数字化技术的不断发展，直流配电技术高效、可靠、敏捷的优势也将逐步显现。而微电网则作为可定制电源或智能负载，满足用户如增强局部供电可靠性、降低馈电损耗、利用废热提高效率、作为不可中断电源服务等多样化需求，并适时向大电网提供有力支撑。

中国作为世界上最大的发展中国家，最大的碳排放国，最大的原油和煤炭进口国，三重身份让经济发展、清洁低碳、能源安全三大难题交织在一起，使我国的能源转型之路充满挑战。

电力作为目前唯一可以实现规模化脱碳的能源类型，必须承担起实现“双碳”目标的重任。展望2060年的碳中和社会，新型电力系统如同未来社会的血脉，而遍布各行各业的、源网荷储一体的微型电力生态系统，则成为新型电力系统的“血液末梢”。远方清洁能源基地的电力通过特高压网络源源不断的输送，就近的分布式能源与之相辅相成；电化学储能、氢能、热储能等各种类型的储能系统以丰富的层次、敏捷的响应速度支撑着局域配电网的平稳运行；数字化终端时刻采集着海量的数据，通过能量管理系统将电、水、冷、热、气综合管理，与能源市场实时互动，合理调度能源使用，实现清洁、经济、安全的最优控制。

（本文内容为笔者对施耐德电气商业价值研究院《绿色之径——新型电力系统行业洞察》报告的部分摘录以及笔者阅读过程中的个人观点，欢迎大家批评指正。）