数字技术加持电力需求侧能效管理-北极星售电网

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需求侧能效管理是以新能源为主体的新型电力系统必不可少的内容，它反映了更加科学的电力系统管理思路。

在新型电力系统中，基于综合智慧能源系统的需求侧能效管理至关重要。其通过优化虚拟电厂、微电网等技术手段，充分发挥多能互补优势，降低综合能源服务成本，充分利用能源数据，提高需求侧能源和设备的利用率，同时满足电动汽车接入带来的新要求，可以有效推动综合能源系统的高效运行。

需求侧资源很重要，发展面临诸多挑战

需求侧资源是实现能效管理的重要基础，主要包括灵活性资源和广义储能资源。灵活性资源是指具备跟随调度指令调整功率的能力的资源，如备用电源、储能系统、电动汽车、传统发电机（包括火力发电机组、燃气轮机、水力发电等）。需求侧资源具有多种形态，包括电、气、冷、热等，且体量庞大，例如家用空调、中央空调、电动汽车、数据中心、电氢耦合等。根据全球知名研究公司Counterpoint发布的数据，预计到2030年，我国电动汽车的电池装车容量将达到57亿千瓦时，集中式储能装机容量也将达到10亿千瓦时。

目前的需求侧资源具有如下特点：一是总体规模大，但单体容量小。其二是需求侧资源的参数参差不齐，行为高度不确定。例如分布式光伏发电、风力发电等分布式电源的出力具有不确定性，电动汽车的使用情况也难以准确预测。三是能量供给偏低，上下调整幅度有限。四是成本结构复杂，物理系统的劳损、人的舒适性等成本难以刻画。五是需求侧资源的管理涉及多学科交叉，复杂性较高。

需求侧资源在快速增长的同时，也面临总体供需不平衡、系统灵活性资源配置与挖掘不足的问题。比如，从整个系统角度来看，在沿海经济发达地区，如广东、江苏、上海等地需求负荷大，在西北地区，如新疆、甘肃、陕西等地则拥有丰富的风光资源，供需矛盾较为突出。

基于此，需求侧能源系统发展也面临以下六个问题。

一是多能互补优势发挥不充分：用户用能多样化，但能源利用效率不高，需促进新能源就地消纳。二是综合能源服务成本较高：用户作为能源受体，无法承受昂贵的综合能源转换、存储等设备成本，阻碍多能耦合发展。三是能源数据难以充分利用：产生的能源小数据没有得到充分利用，缺乏用户侧数据分析和决策支持。四是能源设备利用率不高：需求侧用户缺乏能源互济、闲置资产复用的能源市场机制，存在闲置资产和重复购买设备的现象。五是电动汽车接入提出新要求：电动汽车的快速发展对能源网的调度控制、充能设施规划产生新要求。六是需求侧协同调度理论及优化方法复杂性：主要体现在多能源、多环节、多时间尺度、多目标、大规模、非线性等因素导致求解难度较大。

虚拟电厂和交通电气化领域值得关注

需求侧能效管理是以新能源为主体的新型电力系统必不可少的内容，它反映了更加科学的电力系统管理思路。数字电网将引导用电侧的用户合理用电，积极参与电力系统安全、经济和高效运行，有效汇聚海量可调节资源，支撑电力系统实时动态响应。在这一过程中，虚拟电厂、微电网等技术发挥着重要作用，交通电气化也会助力数字电网的构建。

今年4月，国家发展改革委、国家能源局印发的《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》提出，鼓励虚拟电厂开展业务创新，提供节能服务、能源数据分析、能源解决方案设计、碳交易相关服务等综合能源服务，拓宽收益渠道。

利用数字技术在线组建虚拟电厂，将分散的电源和柔性负荷聚少成多，可以促进发电侧与负荷侧的双向互动。这是传统物理电网做不到的，数字电网却可以实现。虚拟电厂可以进行组合优化与容量配置，通过优化调度实现内部和外部的协同优化。虚拟电厂通过先进的信息通信技术和软件，将分布式发电机组、可控负荷、储能系统、电动汽车等结合起来，作为一个独立的特殊电厂进行操作运行，用于参与电力市场或提供聚合辅助服务。

通过虚拟电厂的运行机制，可以实现传统能源和新能源互补协同调度与电网的优化运行，以最大限度地平抑新能源电力的强随机波动性，提高新能源的利用率。在交易过程中，虚拟电厂可以根据实时的系统状态和预测数据进行滚动优化调度，从而更好地适应实际系统的运行需求，提高系统的鲁棒性。

交通电气化是实现“双碳”目标的重要手段之一。电动汽车的发展不仅推动了电网建设的数字化转型，还促进了电网结构的优化。含电动汽车的调度控制体系在满足电动汽车充电需求的前提下，基于合理有效的经济激励和技术支撑，控制电动汽车进行充放电，进而参与电网经济运行与辅助服务，改善配电网电能质量，为微电网提供调频服务，提高可再生能源利用率。电动汽车规模化增长将促进路网与电网的深度融合，为适应日益增长的交通电气化需求，未来将打造电动汽车+数字电网深度互动的智慧能源网络。

建智能微电网需“共享+互补”

综合智慧能源系统可以有效地提高能源利用效率，实现可再生能源的规模化开发，实现能源的可持续供应，提高能源供应的灵活性与安全性。

微电网是综合智慧能源系统中的重要组成部分。随着数字化技术与微电网技术的进一步结合，微电网清洁化、多能化、微型化和开放化成为可能。如今的配电网呈现交直流混合柔性电网与微电网等多种形式协同发展态势。微电网技术结合数字技术创新，以及平台经济、共享经济、网络协同、产业互联等新模式新业态，有助于提高服务效率和用户体验，支撑业务创新，帮助用户不断释放需求潜能。智能微电网能够提高供电可靠性，解决高渗透率分布式电源并网问题，有望逐步在工业园区、偏远地区等推广应用。

目前微电网发展面临三方面挑战，我们也在研究应对方案。

第一个挑战是源荷双侧功率波动。解决技术与方案有两个：一是互补混合储能，能量型蓄电池参与经济调度，平缓并网功率波动，功率型超级电容实时抑制高频功率波动。二是滚动优化调度，每一步调度都会根据最新系统状态和预测数据进行反馈校正，以更好地适应实际系统。

第二个挑战是分布式新能源消纳。出路是通过能源互联网共享实现新能源消纳。作为一种新兴商业模式，共享能源机制要求使用权和所有权分离。市场的关键在于赋予供需双方自由竞争、自由选择的权利，通过闲置资产和服务的再分配、共享以及重复利用实现资源优化。

华南理工大学爱思科团队提出“能源共享云”的概念，定义为一个由云平台和云用户群构成的开放式能源共享环境，兼顾区域微电网与能源产消者的优势。基于这种微电网概念的共享模式或将具有以下特点：降低用户对设备的投资成本，引导其他用户改变用电行为；促进剩余能源在用户之间的互济，提高能源设备的利用率；用户在共享能源/设备的同时，可以获得相应的收益，进一步提高用能经济性。

第三个挑战是多能源互补难度大。发展多能互补系统协调优化运行技术对于经济发展和环境保护都具有重要意义。构建高效的多能源系统可以实现多能协同供应和能源梯级利用，极大提高能源系统的综合利用效率。风光储优化配置和需求侧多能互补优化技术是推动多元化能源生产与消费、开展综合能源服务的重要支撑。随着新型电力系统与综合智慧能源系统的不断发展，未来将会有更多的新思路、新技术应用于新型电力系统。

（作者系华南理工大学教授、华南理工大学综合智慧能源系统优化运行与控制研究中心主任，欧洲科学与艺术院院士）

原标题：数字技术加持需求侧能效管理

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