構建新型電力系統(tǒng)，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(yè)變革已經進入了關鍵時期，其中電力系統(tǒng)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(chuàng)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(xiàn)在的21%增至2050年的51%。

　　作為碳排放“大戶”，電力領域要實現(xiàn)凈零排放目標，通過清潔能源逐步取代化石能源發(fā)電，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)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?zhí)岢鋈诤螧it、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(tǒng)能源基礎設施、新型電動出行能源基礎設施、新型數字產業(yè)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(tǒng)能源基礎設施，就是加速電力系統(tǒng)能源變革的數字化底座。

　　跨越拐點，新型電力系統(tǒng)未來已來

　　最新數據顯示，當前我國非化石能源發(fā)電裝機容量占比達到50.9%，歷史性超過化石能源發(fā)電裝機容量。在清潔能源逐步取代化石能源發(fā)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(tǒng)又邁進了一步。

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

　　根據2023年6月國家能源局組織發(fā)布的《新型電力系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(fā)電并網給電力系統(tǒng)調峰帶來較大壓力，對電網穩(wěn)定性也將帶來沖擊。在運營方面，新型電力系統(tǒng)因為電力電子裝備多、運維難度大、電站應用環(huán)境復雜多樣，在運營安全和效率方面面臨大量挑戰(zhàn)。

　　在消費側，能源消費依然面臨高碳化、高能耗、低效率等挑戰(zhàn)。比如，現(xiàn)有的城市能源系統(tǒng)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(zhàn)。

　　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(tǒng)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(xié)同的能源系統(tǒng)，以及家庭能源管理系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)的全場景、全生命周期提供數字化底座。

　　供給側：“智能光儲發(fā)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(tǒng)能源基礎設施的主要場景。

　　根據《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，“十四五”期間，我國可再生能源發(fā)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(fā)電量實現(xiàn)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(guī)劃建設正在加快推進，對實現(xiàn)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(tǒng)的挑戰(zhàn)更加突出。

　　在電網穩(wěn)定性方面，華為創(chuàng)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(fā)電機”，被業(yè)內認為是引領未來十年并網技術趨勢的創(chuàng)新。“智能光儲發(fā)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(tǒng)、儲能控制器(PCS)等核心設備，使光儲系統(tǒng)具有類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機的電網調節(jié)功能，實現(xiàn)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(fā)電機”通過Grid Forming構網型技術可以實現(xiàn)“三大重構”，即重構電壓穩(wěn)定、重構頻率穩(wěn)定、重構功角穩(wěn)定，支撐高比例新能源下穩(wěn)定并網。

　　“智能光儲發(fā)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(xié)作，在中國青海完成全球首次構網型光儲系統(tǒng)現(xiàn)場測試。該測試充分驗證了構網型新能源發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)跟網型新能源發(fā)電系統(tǒng)相比，具備強慣量支撐、瞬時穩(wěn)壓與故障穿越能力，在加強電網運行特性和實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)標桿項目，建成后將為100萬人提供穩(wěn)定、清潔的電力。華為通過基于Grid Forming的“智能光儲發(fā)電機”技術，為沙特紅海新城解決大型光儲組網、電網穩(wěn)定性的難題，讓構建100%新能源的新型電力系統(tǒng)成為可能。

　　消費側：共建綠色低碳城市和家庭能源管理系統(tǒng)

　　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(tǒng)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(tǒng)電網系統(tǒng)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(qū)，傳統(tǒng)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(xié)同，構建一個基于智能電網、智能微網的城市能源互聯(lián)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(chuàng)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(tǒng)智能互聯(lián)，以AI、云、大數據、5G、物聯(lián)網等技術構筑“數字孿生的能源系統(tǒng)”，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(tǒng)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(tǒng)。

　　華為從四大維度助力家庭能源管理系統(tǒng)的打造：首先，通過光儲充用一體化，提升綠電自發(fā)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(xiàn)家庭用能與整個城市能源智能體的智能互聯(lián)、高效調度。

　　當前，新型電力系統(tǒng)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(tǒng)的重要驅動力。在邁向新型電力系統(tǒng)的征程中，華為數字能源通過核心技術創(chuàng)新，打造適應新型電力系統(tǒng)發(fā)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(yè)、千家萬戶的道路。

　　來源：智能進化論