绿色之径：新型电力系统行业洞察--施耐德电气.pdf

施耐德电气商业价值研究院出品 www.se.com/cn 绿色之径 新型电力系统行业洞察 新型电力系统“势”与“融” 2 施耐德电气商业价值研究院成立于2021年5月。遵循严格 的 方法和 为 社 会 做 贡 献 的 使 命，我 们 通 过 对 中国 经 济、产业和 商业进行严谨、实用和创造性的研究，为公众和商界提供融合 全球智慧的专业洞见，致力于成为推动中国经济、社会和企业 可持续发展的领先智库。 我们的研究团队汇集了绿色智能制造、绿色能源管理领域 的一线专家、深耕前沿技术的研发工程师、参与行业政策和标 准制定的专家学者，也聚集了来自业界各科研院所的学术界领 袖、为企业掌舵的管理层，以及来自于通讯、信息安全、互联 网、管理咨询、市场研究等领域的生态伙伴专家。 我们的研究内容涵盖行业、技术、宏观等方面，同时基于 自身发展以及所提供的企业咨询服务中的积累，将深入探讨企 业战略、研发管理、供应链管理、营销、财务人力资源、品牌 推广等话题，并与社会积极分享研究成果。 我们的研究方法结合定性和定量分析，通过一线调研，以 数据驱动分析，实现深层价值提炼，进而帮助企业中高管理层 把脉宏观，见微知著，助力企业探索可持续发展之道，把握时 代机遇，加速变革转型。 施耐德电气 商业价值研究院介绍 目录 CONTENTS 序 1 高管之声 2 新型电力系统愿景图 3 1应运而生 “双碳”目标与新型电力系统  5 1.1清洁电力，能源脱碳的核心 6 1.2清洁电力，需要新型电力系统 8 2大势所趋 新型电力系统展望 9 2.1清洁低碳，以新能源为主体是核心 11 2.2安全灵活，新能源大规模应用的基础 14 2.3数字化，为新型电力系统注入灵魂 17 2.4市场化，辅助电力系统运转的新动力 19 3融为一体电力需求侧重塑 21 3.1 迎接新挑战  22 3.2描绘新画像 25 3.3践行新理念 26 3.4打造新能力 30 4上下求索探索经验分享 36 4.1欧瑞府欧洲首个零碳园区 37 4.2施耐德电气北京工厂全国首家“碳中和”工厂 39 结语 道阻且长行则将至 41 关于作者 42 指导单位 42 致谢 43 1 序 注 [1]由施耐德电气提出，强调智能制造与绿色制造的融合、IT 技术与 OT 技术的融合，通 过渐进式的数字化转型，实现高生产力、高质量、高效率、高柔性、高安全的企业核心竞争力， 推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展 当前，我们正处在一个新的变革时代，也在共同创造一个新的变革时代。碳排放水平已经成为衡 量经济社会发展质量的一个核心考核指标，围绕着构建碳中和社会，中国正在进行一场深刻的能源 革命。 “十四五”是中国能源转型的关键期，在这个时我们需要为能源低碳发展奠基，我们要完成能 源系统的多元化迭代的政策架构，要全面推进能源产业的智能化升级，要营造更好的能源技术创新 环境，要在能源供需多极化格局中重新构建能源体系的平衡稳定。能源转型的关键在电力，一方面 电力行业二氧化碳排放量占我国能源行业排放总量的近50，是减排的重点领域；另一方面，电力 是非化石能源最重要的应用模式，电力行业是最具深度低碳潜质的行业。根据IEA的研究成果，超 过90的能源排放可以通过终端高比例电气化、发展可再生能源以及提高能效加以解决，因此电力 低碳转型成为能源， 甚至是全社会低碳发展的一个最核心环节。 很高兴看到这个时期整个能源行业都在积极的应变，特别是一些龙头企业对于发展的深度思考 是推动技术进步、商业模式创新的内生动力，这将为行业发展提供良好的指引。绿色之径 新型 电力系统行业洞察即是这样的一份研究成果。报告分析了未来电力发展的需求，并描绘了“新型电 力系 统”的图景，同时也 对 构建 新 型电力系 统中存 在 的 一 些问题做了分析阐述，最 后将 关 注 点锁 定在 需求侧，提出了需求侧发力对于构建新型电力系统的重要性，一方面，这能够带动更多的社会资源 推动电力转型，另一方面配电和用电两个环节存在巨大的潜力，这是行业发展中的重要机遇。 施耐德电气作为电气行业的全球领军企业之一，近年来基于其在能源和自动化领域的基础，深 度推进数字化在能源领域中的应用，我们很期待看到通过其推动技术进步和商业模式创新，能够 将“电力需求侧“这个“不听话的孩子”的潜力挖掘出来，推进电力转型、能源转型，助力碳达峰、中 和目标的实现。 李俊峰 国家应对气候变化战略研究和国际合作中心首任主任 中国能源研究会常务理事 绿色之径 新型电力系统行业洞察 2 高管之声 高管之声 “构建新型电力系统过程的本质，就是适应新能源大规模接入的过程。基于施耐德电气的 EcoStruxure TM 架构，将机器学习、智能算法、云技术与传统配电技术、深度行业经验相融合，辅以数 字化管理工具，助力各行业保障配电可靠性的同时，实现节能增效，迅速融入新型电力系统，从而获得 更大成长空间。” 任婧，施耐德电气高级副总裁、能源管理低压业务中国区负责人 “包括微网、储能系统等在内的新型电力系统新应用，将助力来自工业、建筑、数据中心、交通设施、 园区等行业中的企业更有效地使用绿电，在 “双碳” 目标的实现道路上，成为引领行业发展的先行者。” 朱文沁，施耐德电气高级副总裁、关键电源业务中国区负责人 “在 ‘双碳’ 目标引领下，随着以新能源为主体的新型电力系统的推进，供给侧新能源比例大幅增加， 需求侧能源消费电气化快速提升，电网需要更灵活、更有弹性。施耐德电气绿色、数字化方案可以赋能 电网提升新能源消纳，赋能需求侧能源消费电气化，在确保能源电力安全的同时，满足经济社会的可持 续发展需要。” 徐韶峰，施耐德电气高级副总裁、能源管理中压业务中国区负责人 “以数字化的产品、解决方案和服务赋能新型电力系统实现可持续发展。依托电力系统中海量数据 的采集和分析，结合行业应用场景和领域专长，为客户在全生命周期中持续提升能源使用效率，助力绿 色低碳、安全可靠、灵活高效的新型电力系统。“ 魏嗣哲，施耐德电气副总裁、数字能效业务中国区负责人 “所有的 ‘运动式’ 减碳，都是源于标准的缺失，希望通过我们这份报告，可以让您及企业找到减碳 的核心价值所在。” 张磊，施耐德电气副总裁、数字化服务业务中国区负责人 “实现碳中和，电气化是载体，而数字化为其注入了灵魂。” 高深，施耐德电气副总裁、中国研究院院长、施耐德电气商业价值研究院首席技术顾问 “通过能源管理将数字化、清洁能源和传统电力技术深度融合，助力企业可持续发展。” 董杏丽，施耐德电气数字配电业务、全球研发与创新副总裁 新型电力系统“势”与“融” 3 新型电力系统 愿景图 达成碳达峰、碳中和目标，构建清洁低碳、安全高效的能 源体系是第一要务，而清洁电力则是能源转型的“牛鼻子”。在 能源转型的过程中，电力系统的安全性是保障中国能源安全的 重中之重，为适应新能源的大规模接入，保障电力系统安全可 靠，新型电力系统应运而生。 为了保障电力系统安全稳定运行、适应新能源发电比例和 终端电气化率的快速提升，提升电力系统灵活性至关重要，每 一个环节都将在构建的过程中发挥重要作用。通过多能互补 和多类型多层级储能装置的结合，可以更好的平抑新能源出力 的波动性。通过特高压输电工程、数字化技术应用、电力市场 化体系改革，可以实现电力流、信息流和价值流的打通。最后， 电力需求侧作为电力系统中的重要环节，通过构建源网荷储一 体、产消一体、能源综合利用的新型需求侧结构，也将助力电 力系统转型，达成安全、绿色、经济的最终目标。 作为实现”双碳”目标的重要载体之一，新型电力系统成为 过去一年来的热门话题，在电力行业乃至全社会都引起了广泛 热议。施耐德电气商业价值研究院基于施耐德电气长久以来在 电力行业的深耕，我们希望通过这份报告，描绘中国的新型电 力系统愿景，分析其发展趋势和对需求侧的影响，发现其中的 挑战与机遇，以期为中国电力需求侧转型提供借鉴。 施耐德电气商业价值研究院 4 供给侧 电网侧 需求侧 新能源为主体 多能互补 安全灵活 特高压 电力市场化 数字化改造 源网荷储一体 综合能源服务 网荷互动 风电 分散式 风电 分布式 光伏 冷热电 三联供 新型储能 抽水蓄能 生物质 制氢 H2 / NH3 火电 水电 太阳能 智能变电 智能配电 网侧储能 DC DC 核电 新能源 分布式能源 分布式储能 交直流 混联 配网 主负荷 柔性负荷 特高压输电 灵活调节电源 储能 H 2 氢气炼钢 燃料电池 氢电耦合 分布式储能 虚拟电厂 能源管理 智慧楼宇工业 电动汽车 V2G 新型基础设施 其它可调节 负荷 源网互动 网荷互动 新型电力系统愿景图 陆运 / 管道 电力市场 能量流 价值流信息流 图 1来源施耐德电气商业价值研究院 5 1 应运而生  “双碳”目标与新型电力系统 6 应运而生 “双碳”目标与新型电力系统 能源消费 ,89其它 [2] ,11 二氧化碳等温室气体的过度排放是引起气候变化的主要因素，可导致全球变暖、加剧气候系 统的不稳定性。气候变化是当前人类面临的全球性问题，需要全世界共同应对。 以二氧化碳为代表的温室气体排放量与化石能源消耗量直接相关，要想实现碳中和，就要减 少化石能源的消耗。因此，非化石能源占一次能源消费比重是量化我国碳达峰、碳中和进程的重 要指标，而非化石能源消费的最主要形式是由非化石能源转化而成的清洁电力 [1] 。清洁电力在未 来全球低碳转型的进程中，将扮演非常重要的角色。 1.1清洁电力，能源脱碳的核心 非化石能源发电 电能替代 能效改善 化石能源 发电 , 45 其他化石 能源排放， 44 2020 年中国温室气体排放来源构成及能源脱碳路径示意 图 2）数据来源IEA国际能源署 AnEnergySectorRoadmaptoCarbonNeutralityinChina 注 [1]清洁电力，这里指利用非化石能源转化而成的电能，包括太阳能发电、风电、水电、核电、生物质发电等。 注 [2]其它，包括非二氧化碳排放和非能源相关活动 如农业、林业 的温室气体排放。 7 2020 年和 2060 年我国非化石能源消费主要指标对比 注 [3]摘自国际可再生能源机构（IRENA） GlobalRenewablesOutlook2020 电能是替代化石能源重要方式。 电能通过电锅炉、电动机等设备能够转换成为热能、 机械能，可以替代部分传统化石能源的终端需求。 电能可以大范围可靠配置非化石能源。 通过发展太阳能发电、风电、水电、核电和生物 质发电，可以提高电能的清洁化程度。 电能是串联其他能源的重要媒介。 电能能够连接冷热电三联供、储能、热泵等综合能源 系统中关键要素，有效串联水、气、热等能源的使用，是实现多能互补的关键媒介。 根据国际可再生能源机构（ IRENA）的测算，按照“1.5℃ 场景”考虑，到 2050 年全球 能源相关碳排放将比当今水平下降 70，其中一半以上的减排贡献来自可再生能源（包括发电 和终端用能部门），约 1/4 来自能效改善，加上直接和间接电气化（例如绿色氢能和电动汽车 等技术），共可贡献 90 以上的减排量 [3] 。 因此，清洁电力是能源脱碳的核心。通过终端能源消费电气化，实现化石能源消费替代， 通过电力生产清洁化，提升非化石能源发电比例，可以实现能源消费脱碳，助力我国实现碳达峰、 碳中和目标。 80 90 33.9 15.9 非化石能源占一次 能源消费比重 非化石能源发电量 占全部发电量比例 2020 年 2060 年 图 3）数据来源 中国电力企业联合会中国电力统计年鉴 2021，中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰 碳中和工作的意见，国网能源研究院中国能源电力发展展望2021 64.1 56.1 绿色之径 新型电力系统行业洞察 8 1.2清洁电力，需要新型电力系统 非化石能源转化而来的清洁电力是能源脱碳的核心。然而，以太阳能发电、风电为代表的清 洁电力，具有天然的随机性、波动性和间歇性特征，需要电力系统维持短时的功率平衡和长时限 的电量平衡，给电力系统的安全稳定运行带来多重挑战。 从电力供给端来看，风电存在白天低、晚上高的逆负荷特性，光伏存在白天有、晚上无 的特性，往往无法保持稳定的出力。随着以风电、光伏为代表的新能源装机渗透率的提升， 将极大增加电网的稳定性风险，在时间和空间上的电力、电量平衡挑战增大。 从电力需求端来看，我国电网负荷峰谷差逐年加大。随着城市的发展、电气化程度的加深， 工业领域中的电能替代，将进一步放大现有需求侧的峰谷差。交通领域中电动汽车保有 量的增加，将打破原有以工业和居民用电为主的相对稳定的电能需求规律，这将进一步 放大新能源接入对电力系统稳定性的冲击。 在新能源成为主体能源的过程中，电力系统的运行平衡机制和统筹规划机制将出现质变。 现有电力系统“源随荷动”，以计划性调度为主的运行逻辑将面临根本性挑战。因此，必须解决 高比例新能源并网条件下，应对源 - 荷强不确定性的电力系统灵活性和运行稳定性问题。然而， 现有电力系统并不能很好的解决这些挑战，一个可以适配以新能源为主体的新型电力系统应运 而生。 应运而生 “双碳”目标与新型电力系统 9 2 大势所趋 新型电力系统展望 10 2021 年 3 月 15 日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议，首次提出新型电 力系统的概念，“要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能， 实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。” 概念提出以后，业内龙头企业、行业专家纷纷对其内涵进行了探索性解读。虽然尚无官方定 义，但社会各界对其认识已趋于一致。基于多方观点和对电力系统的独立认知，我们认为 发展新型电力系统的过程，就是适应新能源大规模接入的过程。“以新能源为主体”是新型 电力系统的核心特征。为了适应新能源发电比例和终端电气化率的快速提升，保障电力系统安全， 需要提升电力系统灵活性，而数字化技术、电力市场化改革将有效促进电力流、信息流和价值 流的打通。一个绿色低碳、安全灵活、多元互动及高度市场化的新型电力系统，将支撑“双碳” 目标的达成。 大势所趋 新型电力系统展望 11 在新型电力系统的构建过程中，将迎来四大趋势，这些趋势将深刻影响电力系统中的每一个 环节。 2.1清洁低碳，以新能源为主体是核心 目前，我国的电力生产仍以煤电为主。2020 年，我国全口径煤电发电量 4.63 万亿千瓦时， 占全口径发电总量的比重为 60.8％。新能源装机比重约 26，发电量占比仅 11.2 [4] 。 随着我国碳达峰、碳中和进程的推进，以风电、光伏为代表的新能源装机量、发电量将逐步 增加，我国电力清洁化程度也将大幅度提升。而在这个进程中，新能源的发电成本与发展布局将 成为影响其发展的关键因素。 58 49 29 48 69 78 风电太阳能装机比例 风电太阳能发电比例 2030 年 2050 年 2060 年 风电、太阳能装机及发电量比例预测 （图 4）数据来源国家发展和改革委员会委能源研究所新能源发电政策和市场发展展望 注 [4]摘自 国家能源局2020 年度全国可再生能源电力发展监测评价报告 绿色之径 新型电力系统行业洞察 12 中国不同电源 LCOE 预测 图 5 数据来源 Wood Mackenzie Battle for the future 2021 Asia Pacific power and renewables competitiveness report Analysis of power technology and generation cost trends LCOE 1. 新能源发电成本快速下降 经济性是新能源大规模发展的先决条件。随着技术进步和规模化发展，以光伏、风电为代表 的新能源发电 LCOE [5] 正在逐年下降。目前中国的集中式光伏和陆上风电的 LCOE 已经低于超 超临界 [6] 煤电，新能源 储能电源形式的 LCOE 可能在 2030 年低于化石能源。 注 [5] 平准化度电成本， Levelized Cost of Energy，简称 LCOE，是用于评估和比较不同能源生产方法的衡量标准。能源生产资产的 LCOE 可以 被认为是在假定的生命周期内每单位总发电量建造和运营资产的平均总成本。 注 [6]超超临界，指的是锅炉内工质的温度或压力，一般来讲，蒸汽温度不低于 593℃或蒸汽压力不低于 31 MPa 被称为超超临界。 大势所趋 新型电力系统展望 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 2020 超超临界煤电 气电 集中式光伏 陆上风电 光伏 储能 风电 储能 20352025 20402030 2045 2050 L COE 元/ kWh 13 2. 集中式与分布式并重 “三北”地区是我国风能、太阳能资源最丰富的地区，而我国的负荷中心则集中于中东部地区， 负荷中心与资源中心逆向分布的地域特征，是制约我国新能源发展的主要矛盾。为解决这个矛盾， 需要从多方面着手 多 能 互 补 的 大 基 地 。 由于新能源发电存在明显的波动性和间歇性特点，特高压线路全部 输送新能源电力难以实现。我国“十四五”规划中指出，“要建设一批多能互补清洁能 源基地”，通过搭配一定比例的可调节电源，如火电、水电等，实现多能互补，促进新 能源消纳。 特 高 压 输 电 。 2020 年，22 条特高压线路年输送电量 5318 亿 kWh，其中可再生能源电 量 2441 亿 kWh，同比提高 3.8，可再生能源电量占全部输送电量的 45.9 [7] 。打 通了资源优势与经济优势的转换通道，在一定程度上缓解了我国负荷中心与资源中心的 不平衡性。 分 布 式 新 能 源 。 分布式能源具有布置灵活、能源利用效率高等优势。理论上，发展接近 负荷中心的分布式新能源经济性最优，是除特高压工程和多能互补大基地方式外，有效 解决逆向分布矛盾的另一种重要方法。 “我国东部地区城市应优先开发和使用‘身边来’的能源，同时再加上西电东送的“远方来” 的能源，东部能源自给和西电东送相结合，不应坐等西部供应东部，而应转变思路，进行能源自 产自销，持续提高能源自给比例。” [8] 未来我国将通过多能互补的大基地建设、跨区域特高压外送和分布式新能源建设等方式，构 建集中式与分布式并重的可再生能源发展格局，促进新能源发展。 注 [7]数据来源  国家能源局2020 年度全国可再生能源电力发展监测评价报告 注 [8] 摘自国家电网报作者中国工程院院士、中国工程院原副院长杜祥琬 绿色之径 新型电力系统行业洞察 14 2.2安全灵活，新能源大规模应用的基础 新能源发电的波动性和间歇性要求电力系统必须具备灵活性。若电力系统欠缺灵活性，当常 规电源的调节能力不足，无法满足系统净负荷的变化时，为了保证电力系统安全稳定运行，需要 在用电需求不足时削减新能源出力，或是在用电高峰时期切除负荷，分别对应“弃风弃光”和“有 序用电”的情况。这将会直接影响新能源的消纳，制约新能源的发展。 德国是新能源渗透率最高的国家之一。2010 年德国弃风率仅 0.33，但随着可再生能源发 电量占比接近30，弃风率开始呈上升趋势，到 2016 年，德国弃风率已经上升至 4.3。 2020 年，我国风电 光伏发电量占比约 9.5，弃风率 3.5，弃光率 2。随着我国新能 源发电量占比的提升，弃风弃光压力将持续增大，对电力系统灵活性的需求将愈发强烈。因此， 需要从多个方面提高电力系统的安全性和灵活性。 2010-2016 年德国弃风率变化趋势 图 6数据来源国家发展和改革委员会能源研究所京津冀与德国电力系统灵活性定量比较研究 17 23 24 26 29 29 4.36 4.95 2.80 0.92 0.70 0.83 0.33 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 可再生能源在发电量占比 弃风率 20 大势所趋 新型电力系统展望 15 1. 扩大调节电源规模 现有技术手段中，火电的灵活性改造能大幅改善系统灵活性。已建成的煤电机组通过热电解 耦、低压稳燃等技术改造可将最小稳定出力降至 20-30 的额定容量，且单位千瓦投入仅高 于需求侧管理。在改善系统可靠性的同时，能够促进可再生能源的大规模消纳。 2. 增加储能容量 未来以新能源为主体的电力系统，仅依靠火电的灵活性改造无法充分满足灵活性需求。储能 作为一种柔性电力调节资源，可以改善和增强电力系统灵活性。在“供过于求”情景下，可以储 存多余的风电、光伏出力；在“供不应求”情景下，可以放电缓解短时电力短缺。 储能系统在不同场景均发挥着重要作用 电源侧 新能源 储能、可再生能源制氢的模式有利于平抑新能源的出力波动，从而促 进集中式新能源并网消纳； 电网侧 抽水蓄能 新型储能可以辅助电网实现调峰、调频需求，提高稳定性； 负荷侧 可以利用市场机制（如分时电价、电力现货交易、需求响应等）和分布式新 能源结合提升电能清洁化水平，降低用电成本，也有利于保障负荷侧供电的可靠性和 连续性。 Time 储能灵活性调节示意图 用电功率 发电功率 充电 放电 kW 图 7 数据来源 SolarPower Europe 通过充放电调节功率差 绿色之径 新型电力系统行业洞察 16 3. 挖掘需求侧资源 电力系统要时刻保持供需平衡。传统的做法是在负荷需求高时增加发电机组出力，但负荷高 峰时段往往持续时间较短，为了满足这部分需求而增加的发电和输配电投资利用率很低，因此减 少或者延迟需求侧的电力负荷来实现供需平衡，这便是需求侧响应的核心。 通过固态技术实现数据采集，数据处理，终端控制一体化，可以预测并防止负荷激增。通过 植入需求管理功能实时响应负载变化，可以提高电力系统的灵活性。 2020 年浙江省通过工厂、商场、电动汽车充电设施等电力用户参与需求调节，运用市场手 段汇聚了 577 万千瓦削峰负荷、322 万千瓦填谷负荷的“资源池”，实现削峰填谷。相当于少 建一座 500 万千瓦级的大型电站。 [9] 总而言之，在新能源替代传统化石能源的低碳转型进程中，扩大调节电源规模，对燃煤、燃 气电厂进行灵活性改造；增加储能容量，包括抽水蓄能和新型储能；挖掘需求侧潜力，如需求侧 响应和虚拟电厂技术。将共同成为构建电网系统灵活性和稳定性的基础，保障新能源大规模应用。 注 [9]摘自中国电力网国网浙江电力发布高弹性电网需求响应三年行动计划 大势所趋 新型电力系统展望 17 2.3数字化，为新型电力系统注入灵魂 数字化浪潮正在影响各行各业，传统汽车行业在电动化和数字化的双重推动下，正发生颠覆 性的革命； BIM [10] 技术正在成倍提升建筑行业的工作效率；在生活中， IoT [11] 技术的应用将生 活起居中的照明、冷暖、家电等设施实现互联互通，极大的提升了生活品质。 同样，以新能源为主体的新型电力系统需要大量的信息采集和运行分析，以确保电网的安全 稳定和可靠供电。数字化技术，如人工智能、云计算、5G 等，将在发、输、变、配、用、储等 各个环节实现全方位应用，推动电力系统数字化转型。 “数字化是重要趋势。例如数字孪生技术、可视化技术，可以对配电网的运行品质和 管理提升提供很大帮助。未来，在电力交易环节，随着虚拟电厂技术的应用，也需要很 多数字化技术，来支撑电力交易。” 国网上海能源互联网研究院技术研发总监 吴鸣 注 [10] 建筑信息化模型， Building Information Modeling，简称 BIM。 注 [11]物联网， Internet of Things，简称 IoT。 绿色之径 新型电力系统行业洞察 18 1. 数字化技术助力保障电网安全性 电力设备的数字化为数据采集、分析及更高级别的控制和管理提供了基础，是实现整个电力 系统智能化的基础。升级改造传统电力设备，不仅是在传统电力设备基础上叠加一些数字化功能， 而是完全以适应数字化电网的环境、流程和要求作为产品开发的出发点，这种设计理念叫作“数 字化原生”或“数字化原生设计”。 在整个生命周期和项目流程内，采用数字化原生设计的设 备都能够更好地响应数字化环境下各种应用场景的需求。 同时应用输电线路智能巡视、智能变电站技术、智能配电站、微电网、智能网关等先进技术， 提升输变电数字化水平，从而实现智能化运维。利用智能化手段替代人工进行高效资产运维，实 现对状态的感知、监控和自动处理，最终实现电力资产的全面检测、实时在线、科学管理和智能 运维，提升电网防范安全风险能力。 [12] 2. 数字化技术支撑电网灵活性提升 过去的电力体系具有“源随荷动”的特点，高度依赖电力调度，具有较强的计划性。未来， 在分布式电源发展、传统电力用户向产消者转型、需求侧深度电气化趋势下，电力的供需随机性、 互动性大大提高，源网荷储各个环节相互耦合并深度互动。 I.源网互动 在电力系统中，利用先进数字化和电力电子技术，加快智能、主动、柔性交直流混合配电网 的发展，提高新能源与负荷的“可观、可测、可控”水平，提升馈线自动化水平，能够提高电网 对分布式新能源的主动消纳能力。 II.网荷互动 以分布式电源和储能为核心，打造微电网或虚拟电厂。通过分布式能源管理系统，将配网 中的分布式电源、可控负荷和储能系统进行整合调控，作为特殊电厂参与电力市场和电网运行， 可以更好的协调电网与分布式能源间的矛盾，挖掘分布式能源和储能对电网和用户带来的价值。 以 V2G [13] 技术为例。我国是全球最大的电动汽车市场，随着电动汽车保有量的快速攀升， 车辆充电带来的电网供电压力将进一步增加。在 V2G 双向充电技术运用下，可以达到减缓电网 压力、节省充电成本、助力电网智能化转型等优势。 因此，发展数字化技术，以数据为核心生产要素，推进能量流和信息流的深度融合，将为新 型电力系统的运行注入灵魂。 注 [12] 摘自电力“新基建”发展模式和路径研究施耐德电气，中国科学院科技战略咨询研究院，华北电力大学，中国能源网 注 [13] 车辆到电网 Vehicle-to-grid，简称 V2G，指电动汽车给电网送电的技术，其核心是利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源 的缓冲。 大势所趋 新型电力系统展望 19 2.4市场化，辅助电力系统运转的新动力 [14] 在新型电力系统的电力供需平衡过程中，电价政策和机制将成为市场配置资源的基础，可以 有效调动各环节的积极性，提升系统灵活性。改革完善现有电价机制和政策，促进实现以新能源 为主体、“源网荷储”一体化协同发展，是构建新型电力系统的重要动力。 理论上，完整的电力市场包括三大部分电能量市场、辅助服务市场和容量市场。前两者与 电力系统运行相关，最后者与电力规划相关。未来还将与绿电、绿证、碳排放交易等市场联动， 共同发挥作用，服务“双碳”目标。 电力市场架构和电价体系 图 8数据来源施耐德电气商业价值研究院 1. 容量市场激励，促进电力系统灵活性建设 随着新能源的大规模接入，为应对新能源出力不稳定、随机性大的特点，我国将开展大规模 的火电灵活性改造，建设抽水蓄能电站和新型储能，以保障电网稳定性。容量市场激励，将有效 分摊电力投资企业的建设和改造成本、提高其盈利性和建设积极性，进而吸引更多的社会资本参 与其中，以更高的效率实现新型电力系统的建设。 上网电价 输配电价 销售电价 统购统销 辅助服务费用 调节电源 抽水蓄能 新型储能 需求响应负荷 容量补偿电价 计划轨 电能量 市场 发电 企业 电网 企业 居民 / 农业用户 工商业用户 辅助服务 市场 容量 市场 市场轨 市场化交易电价 中长期市场 现货市场（试点） 分时销售电价 直接调整 间接影响 注 [14] 本小节内容来源落基山研究所 绿色之径 新型电力系统行业洞察 20 目前，我国现行电力市场体系下，对有效容量激励不足，容量价值无法最大化发挥。截至 2019 年底，仅完成火电灵活性改造 5775 万千瓦 [15] ，不足“十三五”规划目标的 30。 以英国为例。容量市场是英国第三次电力市场改革的重要组成部分，于 2014 年开始运行， 通过增加发电商未来收益的确定性，从而保证电力供应的安全，同时还降低了用电高峰时期的电 价，通过补偿灵活容量为间歇式低碳能源的并网提供支持，在满足电力需求和电网可靠性运行之 间达到了良好的平衡。 随着电力市场化改革的深入，相应政策正在逐步完善。目前，抽水蓄能的两部制电价政策已 经落地，山东等部分地区已探索构建容量补偿电价机制。未来随着容量市场激励政策的不断完善， 将有效促进电力系统的灵活性提升。 2. 辅助服务市场，挖掘需求侧潜力 电能的生产与消费需要实时平衡，维持平衡的方法无外乎“开源”、“节流”。由于新能源 的置信容量较低，当装机总量进入平台期，社会的电气化水平仍然持续提升，电力系统不可能永 远单方面“开源”。换一个角度来看，即使此时仍然通过新增发电机组来满足最高峰的需求，这 些机组在非高峰时段也会面临利用率低的问题，并非经济的解决方式。 这类似于在黄金周期间，高速公路往往不足以承载出游车辆，容易导致全国大规模堵车。但 如果按照黄金周的车流量规划高速公路的建设，则会造成大部分时段的资源浪费以及高速公路投 资回收期过长等问题。 当电力系统面临高峰需求持续增长、可调度机组增速滞后的难题，迫切需要系统提高尖峰负 荷管理能力。此时，“节流”势在必行，而需求侧的灵活性具备可迅速到位、成本较低的优势， 是辅助电力系统平衡的重要方式之一。就如同引导民众合理出游、错峰出行一样，电力系统同样 需要通过错峰、避峰、轮休、让电、负控限电等一系列措施，实现“有序用电”。 未来，随着电力市场改革的完善，通过现货市场、需求侧响应激励等多种市场化手段，动态 管理需求侧灵活性资源，用电企业主动调整用电活动，减少或增加用电，或者向电网反送电，以 促进电力供需平衡，同时最大化自身利益。从而推动需求侧灵活性大规模、高效率、可持续地发展。 总而言之，清洁低碳、安全灵活、数字化和市场化四个大趋势，将影响到未来新型电力系统 中的每一个环节。而与此同时，每一趋势也都与需求侧息息相关。通过分布式新能源和用户侧储 能的建设，可以有效改善我国能源布局，更高效的利用可再生能源，也有利于保障电网供电的可 靠性和连续性。伴随对配网和用户侧的数字化升级，以及电力市场化改革的深入，与分布式新能 源、储能系统结合还可以更加充分的调动需求侧响应资源，支撑电力系统稳定，保障国家能源安 全。因此，重塑需求侧将是未来新型电力系统中的关键一环。 注 [15]数据来源煤电灵活性改造为啥这么慢中国能源报 2020.06 大势所趋 新型电力系统展望 21 3 融为一体 电力需求侧重塑 22 在全社会低碳转型的大背景下，构建新型电力系统的过程中，新能源电站投资、特高压输 电工程等环节得到了更多关注。而作为电力系统中重要的一环，需求侧涉及的面更广，社会各个 行业的电力用户也将参与到这场变革中来。在配电与用电两个环节，存在着诸多转型的迫切需求 和潜在机遇。 3.1迎接新挑战 1. 愈发强烈的低碳需求 应对全球气候变暖，是全人类共同面临的挑战。在碳达峰、碳中和的社会进程中，企业自身 除了履行社会责任，多重外部因素也共同促使其参与其中 “ 有 序 用 电 ”困 局 2021 年下半年，能耗双控政策，叠加能源供应紧张、产业结构变化、 极端天气等多重因素迫使许多企业因有序用电而停产。 “碳税” 欧盟提出“碳边境调整机制”，2023 年起将对欧盟进口的部分商品征收碳关税， 这一机制将会涉及中国的钢铁、电解铝、水泥等行业，极大地影响出口企业的产品竞争力。 融 入 零 碳 产 业 链 ，拓 展 业 务 合 作 伙 伴 全球越来越多的大型企业宣布了各自的碳中和计划， 除了产品本身的品质和性价比外，供应商的碳管理能力也将左右下游企业的选择。以苹 果公司为例，其宣布到 2030 年在整个业务、制造业供应链和产品生命周期中实现碳中 和的目标。作为苹果产业链上最大的零部件生产组装国，中国的苹果供应商同样会受到 苹果碳中和目标的影响。 在减碳这个长期“指挥棒”的引导下，需求侧急需通过低碳转型破解以上难题，清洁电力的 作用将加速显现，进一步推动需求侧加速电气化替代、电能生产清洁化。 以青海电解铝行业为例，从能耗双控的角度来看，青海同时进入了能耗强度降低和能源消费 总量控制的一级预警名单，亮起了“两盏红灯” [16] ，行业将面临限电限产。但青海是国家清洁 能源示范省，2020 年，青海全年清洁能源发电量为 847 亿 kWh，占比超过 80。高耗能企业 通过使用更多的可再生能源，既实现了低排放，又促进了当地可再生能源的消纳，将有助于实现 地方经济和清洁发展的双赢，在经济发展和生态环境质量改善之间寻找到结合点。 融为一体 电力需求侧重塑 注 [16]来源国家发展与改革委员会2021 年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表 23 2. 不断上升的碳排放成本 在碳达峰、碳中和的大背景下，为引导全社会共同努力达成“双碳”目标，企业乃至个人所 面对的碳排放成本，都将逐步增加。 未来，企业用能成本除了常规的电量电费、容量（需量）电费外，还可能会面临惩罚性电价、 绿色溢价（绿电溢价 / 绿证 / 碳排放配额）等碳排放成本，并且这部分成本有持续增加的趋势。 I.惩罚性电价 从全国范围来看，为推动节能减排、优化产业结构、淘汰落后产能、促进企业进行低碳转型， 高耗能企业的用电成本正不断增加。以浙江省为例，2021 年 10 月 3 日，浙江省发布浙江省 关于建立健全高耗能行业阶梯电价和单位产品超能耗限额标准惩罚性电价的实施意见（征求意见 稿），针对八大高耗能行业和数据中心等九个行业的高耗能重点用能企业征收惩罚性电价。如 连续两年整改不到位，最高将加价 0.35 元 /kWh。 II.绿色溢价 越来越多的用电企业为满足自身低碳转型的需求，会通过单独购买绿电、绿证或参与碳交易 市场而达到碳抵消的效果，绿色溢价已经显现。 在电力行业纳入碳排放权交易市场后，未来石化、化工、建材、钢铁、有色金属、造纸、航 空行业也将陆续纳入全国碳市场，碳排放配额成本可能进一步升高。推高的碳配额交易价格将传 导至绿证和绿电交易市场，进一步推高企业的综合用能成本。 今年以来，欧盟的碳价一度高达 34 欧元 / 吨左右，约合人民币 260 余元 / 吨。而预计到 2030年，我国碳排放配额成本也将增长至 160200 元 / 吨 [20] 。 成本 折合度电成本 绿电溢价 [17] 0.030.06 元 /kWh 0.030.06 元 /kWh 绿证 [18] 价格 2550 元 /MWh 0.0250.05 元 /kWh 碳排放交易 [19] 41.12 元 / 吨 0.04 元 /kWh 表 1绿色溢价成本 注 [17] 数据来源2021 年 9 月 7 日，我国绿色电力交易试点首次交易完成 79.35 亿千瓦时，成交