我國已經(jīng)確立了力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)。落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，電力行業(yè)任務(wù)重、責(zé)任大，發(fā)展以新能源為主的新型電力系統(tǒng)已成為電力行業(yè)的時(shí)代使命。
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一個系統(tǒng)性工程，需要各個行業(yè)的通力合作，以共同打造良好的低碳生態(tài)。在“雙碳”目標(biāo)下，未來能源系統(tǒng)將以新能源為主體，以電力、熱能等多種能源形式為載體，以能源技術(shù)與信息技術(shù)深度融合為特征，實(shí)現(xiàn)能源的互濟(jì)互補(bǔ)和安全高效利用。以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將是未來能源系統(tǒng)的核心組成部分，將呈現(xiàn)如下特征：
一是分布式資源快速增加，配電、用電形態(tài)發(fā)生巨大變化。隨著政策引導(dǎo)和技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)電、光伏等新能源將大量以分布式的形式并網(wǎng);同時(shí)，在能源消費(fèi)革命和再電氣化進(jìn)程的推動下，電動汽車等分布式資源必將迎來大規(guī)模的發(fā)展。這使得電源與負(fù)荷不再單純是電力系統(tǒng)的始末兩端，而是雜糅共陳。一方面，配電網(wǎng)的潮流將更為多變，運(yùn)行控制和安全防護(hù)的邏輯將更為復(fù)雜;另一方面，我國資源與負(fù)荷逆向分布的矛盾將得到一定程度的緩解，電力的大規(guī)模轉(zhuǎn)移需求持續(xù)下降。
二是負(fù)荷側(cè)實(shí)現(xiàn)廣泛而深度的供需互動。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，用戶可借助信息技術(shù)智能調(diào)整自身用能特性，參與供需互動，降低了用戶參與的專業(yè)性要求和時(shí)間成本要求。更為廣泛的用戶參與和更完善的信息支撐，將促成更為有效的供需互動，從而更大程度地打破“源隨荷動”的運(yùn)行限制。
三是超高比例新能源接入，系統(tǒng)面臨的不確定性進(jìn)一步增加，電力、電量平衡壓力大。減少化石能源的使用是降低碳排放的根本性措施，風(fēng)、光等新能源的開發(fā)將是實(shí)現(xiàn)清潔替代的關(guān)鍵。然而新能源具有很強(qiáng)的不確定性，其出力的隨機(jī)性和波動性將給電力系統(tǒng)的電力與電量平衡帶來巨大的壓力。從中期來看，2030年全國風(fēng)、光裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上，同時(shí)火電機(jī)組有序退出，將給系統(tǒng)帶來嚴(yán)峻的新能源消納壓力;從長期來看，碳中和目標(biāo)要求電力系統(tǒng)演化為“零碳電力系統(tǒng)”，電力電量平衡必須借助于儲能等技術(shù)突破來實(shí)現(xiàn)，并需要新能源和負(fù)荷側(cè)提供主動支撐能力。
四是大量電力電子設(shè)備入網(wǎng)，系統(tǒng)慣量大幅降低，安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著常規(guī)火電機(jī)組的有序退網(wǎng)和大規(guī)模新能源電源的并網(wǎng)，以及大量含高比例電力電子元件輸電設(shè)備的投運(yùn)，未來電力系統(tǒng)的慣量必然大幅降低，將顛覆現(xiàn)有的系統(tǒng)控制運(yùn)行模式，威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
五是氫能、儲能、可控核聚變等新技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)突破，并規(guī)模化應(yīng)用到電力系統(tǒng)，從而革新現(xiàn)有電網(wǎng)形態(tài)。隨著全球范圍內(nèi)持續(xù)高強(qiáng)度的科研投入，氫能、儲能、可控核聚變等新技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，并達(dá)到商用化程度，從而對電力系統(tǒng)帶來顛覆性的革新，很大程度上解決超高比例新能源接入給電力系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。然而值得注意的是，新技術(shù)的突破具有強(qiáng)不確定性，現(xiàn)今上述任一新技術(shù)都難以成為解決能源領(lǐng)域問題的可靠方案。
新型電力系統(tǒng)的上述特征既給電力行業(yè)的發(fā)展注入新的活力，也給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)時(shí)，除了挖掘能源領(lǐng)域本身的技術(shù)潛力外，非常有必要博采其他領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。
近年來，信息領(lǐng)域的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)快速發(fā)展，已經(jīng)深入到社會的方方面面。電力系統(tǒng)作為一個具有海量數(shù)據(jù)的復(fù)雜系統(tǒng)，有望通過數(shù)字化建設(shè)，借助新興信息技術(shù)提升資源配置效率、提高風(fēng)險(xiǎn)管控水平，助力突破新型電力系統(tǒng)高比例新能源與高比例電力電子裝置的“雙高”困境帶來的技術(shù)難題。
當(dāng)前，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界高度重視電力系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的價(jià)值，正積極探索基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的新模型和新方法在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。未來，隨著“數(shù)字新基建”的開展，電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)價(jià)值將進(jìn)一步提升，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)科學(xué)與數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，必將極大促進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展，這將體現(xiàn)在以下四個方面：
一是數(shù)據(jù)驅(qū)動，助力破解新型電力系統(tǒng)“雙高”難題。在規(guī)劃層面，數(shù)據(jù)驅(qū)動的規(guī)劃技術(shù)可以考慮多維復(fù)雜因素，與實(shí)際模型相結(jié)合，使規(guī)劃更具科學(xué)性。在運(yùn)行層面，基于數(shù)據(jù)的分析技術(shù)，可以提高新能源電站的“可觀、可測、可控”水平，有助于解決新型電力系統(tǒng)中的電力和電量平衡問題，提高電網(wǎng)對新能源的消納能力;與基于物理模型的電力系統(tǒng)安全防護(hù)體系結(jié)合，數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)可以提高控制保護(hù)對低慣量系統(tǒng)的適應(yīng)性，有助于解決新型電力系統(tǒng)中大量電力電子設(shè)備帶來的安全穩(wěn)定控制隱患。
二是數(shù)據(jù)賦能，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)運(yùn)營的提質(zhì)增效。基于圖像識別的故障診斷技術(shù)等智能運(yùn)維技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展，在節(jié)省更多人才和物力的同時(shí)，增加對電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的感知能力，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)，可以增加數(shù)據(jù)資源的復(fù)用和減少管理成本，為打破電力企業(yè)內(nèi)部的壁壘提供了可行的方案。另外，數(shù)字化營業(yè)廳的建設(shè)也將節(jié)省大量人力成本，提升電力企業(yè)對終端用戶的服務(wù)水平。
三是數(shù)據(jù)搭橋，激發(fā)能源市場活力。以數(shù)據(jù)共享共通為核心構(gòu)建共享開放的電力交易平臺，可以減少市場信息差，有利于市場出清結(jié)果回歸電力的商品價(jià)值。同時(shí)，也提高了零售端的分布式電源和需求響應(yīng)參與市場的積極性，進(jìn)一步釋放需求側(cè)的活力。
四是數(shù)據(jù)透明，推進(jìn)社會公平與公正。電網(wǎng)的物理特性決定了其必然具有一定的壟斷性。電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)可以通過公開部分非密數(shù)據(jù)以提高電網(wǎng)運(yùn)營的透明度，增加電網(wǎng)上下游企業(yè)參與電力業(yè)務(wù)的公平性。
電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)，可以為新型電力系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)賦能，助力“雙高”問題的解決。但是，電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)必須要遵循其客觀規(guī)律，尤其要注意以下三點(diǎn)：
一是要守好數(shù)據(jù)安全防線。電力系統(tǒng)是關(guān)乎國計(jì)民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)中，必須高度重視網(wǎng)絡(luò)安全，構(gòu)建有效的數(shù)據(jù)安全防護(hù)體系，以保障國家安全、維護(hù)電力企業(yè)利益。
二是要注重標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。在電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)中，必須要注重?cái)?shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性，形成體系化的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以減少非技術(shù)性的壁壘，促進(jìn)行業(yè)的良性發(fā)展。
三是要注意數(shù)據(jù)隱私的保護(hù)。電力用戶數(shù)據(jù)的隱私性和電力企業(yè)需求側(cè)管理的數(shù)據(jù)需求具有天然的矛盾，如何防范電力企業(yè)對電力用戶和上、下游企業(yè)的超額數(shù)據(jù)索求，構(gòu)建中小電力企業(yè)和電力用戶隱私的有效保護(hù)，是電力行業(yè)和社會公眾需要共同面對的問題。
有效的電力系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的賦能，挖掘新能源電力系統(tǒng)分布式資源和供需互動的潛力，突破新型電力系統(tǒng)“雙高”帶來的技術(shù)難題。同時(shí)，開放、共享的電力數(shù)據(jù)平臺，也將為調(diào)動電力系統(tǒng)參與者的積極性提供有效手段，有利于搭建良好的電力產(chǎn)業(yè)生態(tài)，從而保障電力行業(yè)“雙碳”目標(biāo)任務(wù)的順利達(dá)成。
總之，借助數(shù)字新基建的東風(fēng)，通過電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)，以及海量數(shù)據(jù)對新型電力系統(tǒng)運(yùn)行水平的賦能，以數(shù)據(jù)為紐帶的低碳電力產(chǎn)業(yè)生態(tài)，必將促進(jìn)電力行業(yè)的蓬勃發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)增添強(qiáng)大動力。
(作者別朝紅系西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長;馬溪原系南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院新型電力系統(tǒng)數(shù)字化技術(shù)研究所負(fù)責(zé)人。)
