在邁向“碳中和”的進(jìn)程中，全球能源產(chǎn)業(yè)變革已經(jīng)進(jìn)入了關(guān)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(shù)據(jù)顯示，2022年全球與能源相關(guān)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(lǐng)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(jù)預(yù)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(lǐng)域要實現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，通過清潔能源逐步取代化石能源發(fā)電，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是必經(jīng)之路。
不久前，在2023國際數(shù)字能源展上，華為數(shù)字能源技術(shù)有限公司總裁侯金龍?zhí)岢鋈诤螧it、Watt、Heat、Battery等4T技術(shù)，打造三新能源基礎(chǔ)設(shè)施的舉措，即新型電力系統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施、新型電動出行能源基礎(chǔ)設(shè)施、新型數(shù)字產(chǎn)業(yè)能源基礎(chǔ)設(shè)施。三新能源基礎(chǔ)設(shè)施，為融合數(shù)字技術(shù)和電力電子技術(shù)，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(chǔ)設(shè)施，就是加速電力系統(tǒng)能源變革的數(shù)字化底座。
跨越拐點，新型電力系統(tǒng)未來已來
最新數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量占比達(dá)到50.9%，歷史性超過化石能源發(fā)電裝機(jī)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(biāo)志著我國向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)又邁進(jìn)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(wǎng)到主動增強(qiáng)電網(wǎng)跨越的關(guān)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(gòu)建的新型電力系統(tǒng)的新機(jī)遇。
根據(jù)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(lán)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(biāo)，柔性靈活是重要支撐，智慧融合是基礎(chǔ)保障。
在供給側(cè)，并網(wǎng)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(wǎng)方面，新能源出力具有間歇性、波動性的特點，比如光伏、風(fēng)電對地理氣候條件和天氣的依賴性大，導(dǎo)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(wǎng)給電力系統(tǒng)調(diào)峰帶來較大壓力，對電網(wǎng)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(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多樣，在運營安全和效率方面面臨大量挑戰(zhàn)。
在消費側(cè)，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(jié)構(gòu)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(lǐng)域則面臨高峰期電力供應(yīng)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(yīng)用場景，華為數(shù)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(chǔ)設(shè)施：以新能源為主體的清潔能源大基地，面向城市的“源網(wǎng)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(shù)字化底座。
供給側(cè)：“智能光儲發(fā)電機(jī)”加速光伏成為主力能源
在電力供給側(cè)，清潔能源大基地是華為新型電力系統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施的主要場景。
根據(jù)《“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(fēng)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(fēng)電基地為代表的多個大基地規(guī)劃建設(shè)正在加快推進(jìn)，對實現(xiàn)我國“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)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(yīng)用，比如青海和甘肅新能源容量裝機(jī)已經(jīng)分別超過60%和50%。“一大”是指基地面積超大且地處偏遠(yuǎn)，比如雅礱江多能互補(bǔ)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(wǎng)穩(wěn)定性方面，華為創(chuàng)新地推出基于Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型儲能技術(shù)的光儲解決方案，也被稱作“智能光儲發(fā)電機(jī)”，被業(yè)內(nèi)認(rèn)為是引領(lǐng)未來十年并網(wǎng)技術(shù)趨勢的創(chuàng)新。“智能光儲發(fā)電機(jī)”基于組串式架構(gòu)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(shè)備，使光儲系統(tǒng)具有類似傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的電網(wǎng)調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)從跟隨電網(wǎng)到主動增強(qiáng)電網(wǎng)，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(shù)，“智能光儲發(fā)電機(jī)”通過Grid Forming構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)可以實現(xiàn)“三大重構(gòu)”，即重構(gòu)電壓穩(wěn)定、重構(gòu)頻率穩(wěn)定、重構(gòu)功角穩(wěn)定，支撐高比例新能源下穩(wěn)定并網(wǎng)。
“智能光儲發(fā)電機(jī)”并非實驗室中的技術(shù)，目前已成功在大型電網(wǎng)項目中完成實際驗證。2023年1月，華為數(shù)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(gòu)網(wǎng)型光儲系統(tǒng)現(xiàn)場測試。該測試充分驗證了構(gòu)網(wǎng)型新能源發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)跟網(wǎng)型新能源發(fā)電系統(tǒng)相比，具備強(qiáng)慣量支撐、瞬時穩(wěn)壓與故障穿越能力，在加強(qiáng)電網(wǎng)運行特性和實現(xiàn)高可再生能源目標(biāo)方面具備很高價值，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)探索了理論和實踐基礎(chǔ)。
2022年開工的沙特紅海新城是全球首個GW級光儲構(gòu)網(wǎng)型項目，也是全球首個100%新能源電力系統(tǒng)標(biāo)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(jī)”技術(shù)，為沙特紅海新城解決大型光儲組網(wǎng)、電網(wǎng)穩(wěn)定性的難題，讓構(gòu)建100%新能源的新型電力系統(tǒng)成為可能。
消費側(cè)：共建綠色低碳城市和家庭能源管理系統(tǒng)
在電力消費側(cè)，華為數(shù)字能源圍繞城市和家庭兩大核心場景，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施。
城市居住著全球50%以上的人口，也占據(jù)了全球70%以上的碳排放量。一方面，傳統(tǒng)電網(wǎng)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(wǎng)整體耗能高，制冷、供熱效率低，浪費嚴(yán)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(shù)字能源的解法是融合數(shù)字技術(shù)和電力電子技術(shù)，融合信息流和能量流，通過“源網(wǎng)荷儲用”智能協(xié)同，構(gòu)建一個基于智能電網(wǎng)、智能微網(wǎng)的城市能源互聯(lián)網(wǎng)。
具體來說，通過分布式能源、虛擬電廠VPP、智能充電網(wǎng)絡(luò)、V2X、綜合智慧能源、智能微電網(wǎng)等創(chuàng)新產(chǎn)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(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)筑“數(shù)字孿生的能源系統(tǒng)”，最終構(gòu)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(chǎn)銷一體的用能模式，既是能源的消費者，又是能源的生產(chǎn)者。這種底層模式的轉(zhuǎn)變，需要構(gòu)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(wǎng)離網(wǎng)無縫切換，提升家庭對各種電網(wǎng)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(diào)度。
當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入全面啟動和加速推進(jìn)的關(guān)鍵階段。數(shù)字技術(shù)是加速構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要驅(qū)動力。在邁向新型電力系統(tǒng)的征程中，華為數(shù)字能源通過核心技術(shù)創(chuàng)新，打造適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展要求的數(shù)字化新能源基礎(chǔ)設(shè)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(jìn)化論
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