時間：2023-05-05 09:30:27
導語：在新型電力系統的六要素分析的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
引言:在應對氣候變化、全球能源產業鏈遭受嚴重沖擊、世界能源格局動蕩等百年未有之大變局形勢下，能源電力系統向安全高效、綠色低碳轉型已經成為全球發展趨勢。2020年9月，我國在聯合國大會上承諾宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”[1]。2021年3月，習總書記在中央財經委員會第九次會議上提出構建新型電力系統[2]。2021年10月，國務院印發《2030前碳達峰行動方案》提出“構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統”[3]。2023年1月，國家能源局發布《新型電力系統發展藍皮書(征求意見稿)》，描繪了新型電力系統的內涵特征與發展路徑[4]。總體來說，構建新型電力系統已成為我國實現碳中和目標的關鍵抓手[5]。我國資源稟賦與能源需求呈現逆向分布，為支撐經濟社會發展和快速增長的用電需求，我國建成了世界上規模最大、遠距離輸送能力最強的電力系統。截至2022年底，我國各類電源總裝機規模23.8億kW，西電東送規模達到2.9億kW。煤電一直是我國電力供應安全的重要支撐，但近年來電力綠色低碳轉型不斷加速，可再生能源裝機規模達12.13億kW，占比達到47.3%，首次超過煤電裝機規模；其中，風光發電裝機7.58億kW，累計規模與新增裝機多年來持續居世界第一[6]。新能源的快速發展與大規模發電并網給電力系統帶來了隨機性、波動性與不確定性。為了支撐新能源當前的大規模并網以及未來的高比例消納，電力系統迫切需要構建多元技術多時間尺度的儲能體系，電力系統結構形態逐步由“源網荷儲”四要素體現。從“低碳化”出發，能源碳排放約占全社會碳排放的88%，電力行業碳排放占比超過40%，是碳排放與煤炭消費占比最大的單一行業[7]。面向雙碳目標，能源是主戰場，電力是主力軍。為實現碳達峰、碳中和目標，未來40年需要大力發展風電、光伏等新能源技術，提升電力系統的新能源消納能力，通過統籌發展與安全，逐漸提高電力系統的新能源占比，實現從化石能源為主體向新能源為主體的重大轉變，成為我國構建新型電力系統的當務之急與必由之路。簡而言之，碳中和目標是建設新型電力系統的核心動因。從“數字化”出發，數字技術與能源電力基礎設施的融合是實現產業智能化轉型升級，把握新一輪科技革命和產業變革新機遇的戰略選擇。2022年10月，黨的二十大報告明確提出加快發展數字經濟，促進數字經濟和實體經濟深度融合[8]。2023年3月，十四屆全國人大提出組建國家數據局，統籌推進數字中國、數字經濟、數字社會規劃和建設等[9]。新型電力系統的數字化轉型體現為：在電力系統源網荷儲各環節廣泛推廣應用“云大物移智鏈邊”等先進數字化技術與人工智能技術，構建信息物理深度融合的數字化、信息化和智能化新型電力系統，實現多能互補的高效轉化利用與源網荷儲協同互動。一言蔽之，數字化轉型是建設新型電力系統的關鍵途徑。綜上所述，構建新型電力系統是實現碳中和目標的關鍵抓手，需要依托數字化技術，統籌源、網、荷、儲資源，以源網荷儲互動及多能互補為支撐，滿足綠色消費、安全供應、經濟高效的綜合性目標。因此，本文認為新型電力系統結構形態將由“源網荷儲”四要素拓展為“源網荷儲碳數”六要素。其中，源網荷儲是新型電力系統的物理架構；碳中和目標是建設新型電力系統的核心動因，數字化轉型是建設新型電力系統的關鍵途徑。本文的結構如下：首先從國家宏觀戰略層面探討了能源革命對建設新型電力系統的要求；其次，從電力行業視角出發，探析了不同階段電力系統的關鍵要素；在此基礎上，分析了新型電力系統的六要素及其之間的關聯耦合關系；最后，分別針對“碳”與“數”2個關鍵要素，展望了關鍵技術發展方向。此外，需要說明的是，本文主要從技術要素角度出發，探討提出由“源網荷儲”四要素拓展為“源網荷儲碳數”六要素，其中對“數字化”的理解廣義包含了數字化、智能化、信息化等范疇。
1從能源革命到新型電力系統
在新的時代背景下，中國能源革命不斷向縱深挺進，正譜寫能源高質量發展新篇章，對建設新型電力系統的要求探析如下。
1.1能源革命對新型電力系統的要求
為實現碳達峰、碳中和目標，到2030年非化石能源消費占比需提升至25%以上，風光發電裝機需提升至18億kW左右，新能源逐步成為發電量增量主體；到2060年非化石能源消費占比需跨越式提升至80%以上，新能源逐步成為發電主體，發電裝機增長至50億kW以上，實現電力系統脫碳[10]。從能源消費革命角度，引導綠色能源消費，提升終端電氣化率是推動能源消費模式轉型、實現能效提升與保障能源安全的必然選擇。從能源技術革命角度，構建新型電力系統是從“0”到“1”的技術突破創新，需要通過源網荷儲各環節的關鍵核心技術創新和重大裝備攻關著力提升綠色能源技術和產業競爭力。從能源機制革命角度，電力系統發展逐漸向跨行業、跨領域協同轉變，一方面需要構建適應新能源高占比的電力市場體系與成本疏導機制，另一方面需要統籌考慮能源成本與環境價值，推動電碳市場協同發展。
1.2新型電力系統的內涵與特征
根據能源革命對建設新型電力系統的要求，立足我國能源資源稟賦的基本國情，需要以低碳電力技術創新為驅動力，統籌能源安全、經濟與低碳，推動構建適合中國國情的新能源占比逐漸提高的新型電力系統。具體而言，新型電力系統是以堅強、智能、柔性電網為樞紐平臺，以技術創新突破和體制機制創新為基礎保障，以源網荷儲互動與多能互補為堅強支撐，以保障能源電力安全為基本前提，以消納高比例新能源為主線任務，以滿足經濟社會高質量發展的電力需求為首要目標的新一代電力系統。低碳、安全、高效是新型電力系統的3個核心內涵，安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合是四大重要特征。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[4]。
1.3碳中和目標是新型電力系統的核心動因
碳中和目標將驅動能源電力產業各環節低碳發展[5]。在電源側，碳中和目標不僅將助力風電、光伏等成熟新能源技術與產業規劃化跨越式發展，還將驅動海上風電、太陽能光熱發電、鈣鈦礦太陽能電池、火電碳捕集等新興低碳電力技術的創新與推廣應用，構建新能源占比逐漸提高的電源結構。在電網側，碳中和目標將促使電網由電力傳輸平臺轉型為電碳平臺樞紐，構建大電網–配電網–微電網兼容互補的電網結構，支撐火電與新能源跨時空的協同配置與互濟，實現對電力流–碳排放流的協同優化管理。在負荷側，碳中和目標將推動終端能源消費結構和產業結構的調整，電動汽車、智能電器、數據中心、電制氫等新型負荷廣泛接入，驅動電力負荷綠色用能與柔性用電。在儲能側，碳中和目標將驅動新能源與儲能的協同高質量發展，構建多元多尺度的儲能體系，提升低碳電力系統的靈活性。
1.4數字化轉型是新型電力系統的關鍵途徑
數字化轉型將賦能能源電力產業各環節轉型升級[11]。在電源側，數字化技術將助力新能源發電與傳統火電機組的高效運行，依托數字孿生電廠建設與智慧能量管理，提升新能源預測精度、提高火電發電能效等。在電網側，數字化技術將助力構建以新型傳感技術為支撐的電力大數據與人工智能平臺，實現信息–物理–能量融合的智慧電網全景感知，助力電力系統實現調度運行與控制的智能決策，實現源網荷儲協同優化，挖掘與提升可再生能源消納能力，提升電力系統安全穩定性。在負荷側，通過數字化與人工智能技術，實現海量分布式負荷的柔性互聯與協同管理，助力虛擬電廠建設，釋放需求側響應潛力，實現源荷柔性互聯、雙向互動。在儲能側，通過數字化儲能運維技術提升儲能安全性，通過數字化儲能調控技術提升儲能經濟性，依托云共享儲能技術，構建儲能應用新業態。通過源網荷儲全環節數字化轉型，賦能電力系統全景信息感知與智慧高效調控，助力電力低碳高質量發展。
2不同階段電力系統的關鍵要素
回顧電力系統的發展歷程，對電力系統的認知可根據發展特點與組成要素初步分為3個階段。第一階段是以化石能源主導的傳統電力系統：此時新能源仍處于小規模，電力系統整體以“發–輸–變–配–用”5個環節單向布局，主要包含“源網荷”3個關鍵要素。第二階段是大規模新能源并網的電力系統：此時電力系統將逐步呈現以新能源高占比與電力電子裝備高占比的“雙高”特點，電力系統靈活性資源日益稀缺，迫切需要構建多元技術多時間尺度的儲能體系，電力系統結構形態逐步由“源網荷儲”四要素體現。第三階段是面向雙碳目標的新型電力系統，在“源網荷儲”關鍵要素的基礎上，進一步融入了“碳中和目標”的核心動因與“數字化轉型”的關鍵途徑，形成“源網荷儲碳數”的六要素協同發展模式。
2.1化石能源主導的傳統電力系統
第一階段，電力系統以“大機組–超高壓–大電網”為發展模式，以“源隨荷動”為主要運行形態。由于負荷特性相對規律性較強，新能源并網規模小，因此電力系統運行方式與電力潮流分布相對固定。電力規劃與運行，通常采用確定性的分析方法，通過預留裝機容量備用與運行容量備用等應對負荷需求的不確定性，整體形成了“發–輸–變–配–用”的電力系統架構[12]，如圖所示。
2.2新能源大規模并網的雙高電力系統
“十三五”期間，隨著以風電、光伏為代表的新能源技術快速發展，以及直流輸電技術的成熟與普及，電力系統中的新能源裝機占比不斷提升，系統電力電子化程度逐步加劇。行業普遍認為，電力系統將逐漸過渡至高比例新能源、高比例電力電子化的“雙高”電力系統，如圖2所示[13]。在該階段，“源”側新能源裝機占比顯著提升，電網運行方式與潮流分布將呈現復雜化、多元化與隨機化的特點[14]。在“網”側，傳統的“輸–變–配”統一整合為“網”的要素，電網將在承擔電能傳輸的基本職能外，轉型為電力供需平衡跨區互濟、備用共享的平臺樞紐。在“荷”側，隨著分布式新能源、需求響應、電動汽車雙向互動在需求側的不斷普及，將出現電力產消者，使得電力系統呈現源荷界限模糊化的特點[15]。此外，面向新能源大規模并網，儲能的作用不斷凸顯，其將作為一個新的電力系統要素，與源、網、荷各個環節深度融合。
2.3面向雙碳目標的新型電力系統
雙碳目標提出后，構建新型電力系統成為能源低碳轉型的關鍵抓手，依托數字化技術，統籌源、網、荷、儲資源，以源網荷儲互動及多能互補為支撐，滿足電力安全供應、綠色消費、經濟高效的綜合性目標。新型電力系統結構形態將由“源網荷儲”拓展為“源網荷儲碳數”六要素，如圖3所示。在該階段，電力系統基本框架仍由源、網、荷、儲四方面組成。源側以新能源為主體，網側大電網–配電網–微電網多種形態并存，荷側與工業–建筑–交通等跨行業跨領域融合互動，儲能遍布網絡各個環節，依托多元多尺度儲能體系為源、網、荷提供靈活性支撐。在此基礎上，“碳”和“數”加入到新型電力系統的組成要素中。其中，碳中和目標是新型電力系統的核心動因，引導新型電力系統源網荷儲各環節協同脫碳，最終實現以新能源為主體的遠景目標；數字化轉型是新型電力系統的關鍵途徑，通過數字化技術賦能電力系統的全景信息感知與智慧靈活調控，為新型電力系統源網荷儲協同互動與安全高效運行提供技術支撐[16]。綜上，3個階段的電力系統在“源網荷儲碳數”各個要素層面的關鍵特征對比如表1所示。
3新型電力系統的六要素
面向未來的新型電力系統，結構形態將由“源網荷儲”四要素拓展為“源網荷儲碳數”六要素。本節將詳細介紹新型電力系統各要素的組成特點及六要素之間的關聯關系。
3.1新型電力系統的六要素
1）源：清潔電源為主體，多類型電源共同支撐。首先，清潔電源成為主體，扮演電力系統的主要供能角色，發電量占比達到90%以上。其中風電、光伏等強隨機性清潔電源發電量占比提升至50%以上，成為發電主體電源；水電、核電、生物質、光熱等靈活可控清潔電源作為重要組成部分協同支撐高比例新能源消納；傳統火電機組定位從“發電主體”向“靈活性資源”轉變，近期通過靈活性改造，提供包括調峰、調頻、爬坡、電壓支撐等輔助服務，遠期加裝碳捕集裝置實現深度脫碳，作為應急備用電源，保障能源電力安全[17]。
2）網：電碳平臺樞紐定位不斷凸顯。新型電力系統電網將呈現明顯的平臺樞紐特性，主要體現為多層次、強互動、多元化的特點[18]。在多層次方面，將形成跨區域大電網+省級堅強電網+主動配電網+多能微網兼容協同模式，多層級電網分別實現資源互濟、安全支撐、靈活響應、就地平衡等多種職能[19]；在強互動方面，電網將在承擔電能傳輸的基本職能外，轉型為電力供需平衡跨區互濟、備用共享、源荷互動的平臺樞紐；在多元化方面，未來電網將不僅是電力流的優化配置平臺，還將包括碳排放流、成本流、信息數字流在內的信息-能量-價值融合的管理平臺。
3）荷：終端用能彈性化、多樣化與多能融合化。新型電力系統的負荷要素未來將呈現彈性化、多樣化與多能融合化的特點。在彈性化方面，通過數字化技術聚合海量分布式用戶，構建虛擬電廠與主動配電網，實現深度廣泛的源荷互動。在多樣化方面，將涌現大量新型的負荷主體，例如數據中心、電動汽車等，部分負荷主體帶有儲能設備和分布式發電設備，成為產消者。在多能融合化方面，依托電制熱、電制冷、電制氣等多能轉化技術，實現電–熱–冷–氣在內的多能協同優化，實現不同能源負荷在時序上的彈性替代；此外，還將依托電制氫制氨等電制非電能源技術，實現電–氫–氨等異質能源的融合發展。
4）儲：跨時空多元融合的儲能體系。新型電力系統的儲能將從多個環節、多個時間尺度構成跨時空多元融合的儲能體系[20]。在長時間尺度，通過儲氫、儲氣、儲熱等手段實現廣義季節性儲能，提供跨季節的能量互補；在中時間尺度，配置抽水蓄能、壓縮空氣等儲能技術，用于提供日間日內時間尺度的備用與調峰能力，通過聚合海量分布式的用戶側電動汽車來提供日內需求響應能力；在短時間尺度，配置以電化學為主的短時儲能，提供包括虛擬慣量、調頻、爬坡等輔助服務[21]。
5）碳：從電視角轉向電碳耦合視角。未來電力系統的發展趨勢與形態演化將轉變為節能減排、低碳發展的“外力驅動”倒逼機制[5]。首先，低碳轉型的宏觀發展環境與政策機制，包括碳稅、碳配額、碳交易機制等，將為電力行業構建全新的發展機遇與挑戰，助力低碳技術的突破創新與蓬勃發展；其次，在碳減排目標倒逼下，將對電力系統源網荷儲各個環節引入“碳約束”，驅動面向低碳化的電力系統結構形態演化；在此基礎上，低碳電力技術的推廣應用將使得電力行業呈現明顯的低碳發展與運營模式，廣泛影響電力系統計量、調控、規劃、市場等各個環節。
6）數：全景信息感知與智慧靈活調控。依托數字化轉型，新型電力系統將呈現能源-信息–物理系統深度融合特點。在物理系統層面，首先，電力系統通過低功耗、芯片化、智能化微型傳感器件實現電力裝備全景信息感知及設備健康狀態評價與預測；然后，建立廣域、分布式電網全景信息實時采集的傳感網絡，構建信息-能量-物理融合的數字孿生體；在此基礎上，依托電力系統大數據以及人工智能平臺對電力系統源網荷儲各個環節的協同互動運行與優化控制進行智能決策[22]。在賦能轉型層面，電力系統數字化轉型升級將推動建設數字化的能源基礎設施，構建支撐源網荷儲協同互動的新型智慧調度運行體系，實現以電為核心的跨能源跨行業的柔性互聯與靈活互動，助力電網向能源互聯網升級，構建高質量新型電力系統[23]。
3.2六要素之間的關聯與耦合關系
首先，“源–網–荷”三要素自始至終是電力系統核心的物理構成要素，實現電力能源的生產、傳輸與消費。在傳統的電力系統中，電力能量是從源到荷的單向流動與調控；在新型電力系統中，源網荷之間由“源隨荷動”向“源荷互動”的雙向流動與協同互動轉變。在“儲”要素方面，新能源占比逐漸提升將使得電力系統靈活性資源日益稀缺，需要在源–網–荷全環節部署儲能多元多尺度儲能。不同環節儲能配置的功能效益不同：在電源側，儲能通過與新能源合理配置與協同運行，可提升新能源電站的并網主動支撐能力、提高置信容量、平抑出力波動性；在電網側，儲能可提供調頻、調峰、備用等服務，助力延緩輸變電投資改造、降低電網損耗、提升電力安全可靠性、緩解電網阻塞、提升電網新能源消納能力等；在用戶側，儲能接入后能提供經濟和安全兩方面的效用，其一是提升網荷互動能力，降低用能成本；其二是作為后備電源，提升用電安全可靠性[24]。在“碳”要素方面，雙碳目標作為建設新型電力系統的核心動因，將分別作用在源、網、荷、儲4類要素上。在電源側，雙碳目標驅動構建新能源占比逐漸提高的電源結構；在電網側，雙碳目標驅動電網由電力傳輸平臺向電碳樞紐平臺轉型，統籌源、網、荷、儲資源，實現源網荷儲協同互動；在用戶側，雙碳目標驅動用戶行為優化，實現終端多能互補與科學用能；在儲能側，雙碳目標驅動新能源與儲能的協同高質量發展，構建多元多尺度的儲能體系，提升低碳電力系統的靈活性。在“數”要素方面，數字化轉型作為建設新型電力系統的關鍵途徑，將與源、網、荷、儲4類要素全面融合[25]。在電源側，數字化技術通過全景數據采集與分析，提升了電源側的可觀、可測、可控能力；在電網側，數字化技術通過態勢感知與控制，實現了電網韌性、安全性與運行效率的有效提升；在用戶側，依托電力大數據的非侵入式辨識與分析，實現對用戶行為的感知與分析，引導用戶深度互動；在儲能側，通過數字化運維與管理，將助力提升儲能系統的安全性與經濟性，賦能構建儲能新模式與新業態[26]。綜上所述，新型電力系統六要素的關聯與耦合關系可見圖4。
4碳中和目標是新型電力系統的核心動因
從“碳視角”出發，碳中和目標作為新型電力系統建設的核心動因，將作用于源–網–荷–儲全環節，促使電力系統轉向以低碳目標引導、低碳技術驅動的倒逼發展模式。本節將探析“碳視角”下新型電力系統的變革發展趨勢，并展望未來相關的關鍵技術研究方向。
4.1“碳視角”下的新型電力系統
在傳統的“電視角”下，電力系統的研究主要圍繞“電視角”下的潮流分析、調度運行、電力規劃、電力交易等環節展開。雙碳目標下，電力系統低碳轉型是一項系統性工程，由“碳視角”串聯起來的一系列關鍵問題已廣泛受到學術界和工業界的關注。從碳排放的產生方面，準確、全面、精細化地計量與核算電力行業碳排放是構建新型電力系統的重要基礎；從低碳運行方面，伴隨新能源占比的逐漸提高，兼顧低碳轉型發展與電力安全保供，實現源網荷儲互動運行與協同減碳將為構建新型電力系統提供技術保障；從戰略規劃方面，由于電力行業具有明顯的“碳鎖定效應”，探析電碳耦合約束下新型電力系統的結構形態與演進路徑，為源網荷儲資源的優化配置與布局提供決策支撐；從市場機制方面，考慮碳排放的外部性成本，設計激勵相容的電碳協同交易市場機制，是激勵低碳技術創新、引導低碳產業發展的機制保障。圖5展示了“碳視角”下新型電力系統的研究框架。從電力系統全環節精準“碳計量”出發，研究電力系統“碳優化”方法，開展源網荷儲協同的“碳規劃”，構建電碳耦合的“碳市場”，形成技術–戰略–機制全環節協同的電力系統低碳轉型解決方案[5]。
4.2關鍵技術探析與展望
1）碳計量：電力系統的全面精準碳計量技術。完善碳計量技術和管理方法，促進碳計量統一標準體系構建，已成為我國實現“碳達峰、碳中和”目標作出的重要戰略部署之一。我國當前廣泛采用的電力碳排放計量方法存在計量時空分辨率不足、計量結果精準度較低等問題，已難以適應高比例新能源接入趨勢下的精準用電碳計量需求，無法支撐電–碳–綠證耦合市場的建設發展，亟需完善[27]。因此，需要開展研究各類型電源與儲能的碳排放精準建模方法；研究計及電力潮流與電力交易的電力系統全環節碳排放分布與轉移機理；研究計及用電行為的實時精準用電碳計量技術；研究綠電消費的追蹤與減排認證方法；研發面向電力系統全環節實時、精準碳排放計量的電力碳表系統。
2）碳優化：電力系統的低碳優化運行技術。“碳視角”下電網調度方式將發生顯著的轉變。首先調度模式由傳統以最低發電成本為目標的經濟調度轉變為綜合考慮經濟–安全–環保等因素的多目標調度；其次，對電力系統調度運行中的多元低碳技術進行深入研究，根據不同地域、不同季節、不同電源結構的特點，提出相應的低碳調度對策；同時，需要考慮碳交易、碳價、碳稅等不同減排機制[28]；此外，基于低碳需求響應，引導用戶側綠色用能同樣是實現電力系統降碳減排的重要手段[27]。因此，需要開展研究新能源高占比下考慮安全穩定約束的電力系統低碳運行方法；研究送端電網極高比例清潔能源外送的安全可控運行方法；研究受端電網新能源與碳捕集電廠協同運行方法；研究面向用戶側碳減排的低碳需求響應機制及網荷互動技術，挖掘用戶側減碳潛力。
3）碳規劃：電碳耦合的源網荷儲協同規劃技術。電力能源基礎設施具有明顯的碳鎖定效應。相對較短時間內完成能源體系與能源基礎設施的轉換挑戰極大。如何協調電源發展與碳減排之間的目標矛盾，如何權衡近期的經濟成本與遠期的環境成本，如何優化電力系統的低碳化轉型路徑等，是電力系統低碳轉型規劃所帶來的新問題和挑戰[29]。因此，需要研究開展電碳耦合約束驅動下的源網荷儲協同規劃技術；研究支撐新能源高占比的多時間尺度靈活性資源優化配置技術；研究雙碳目標下新能源占比逐漸提高的新型電力系統演進路徑優化技術；研究碳軌跡、技術成本、電氣化、電氫融合等關鍵因素對結構形態與演進路徑的影響。
4）碳市場：電碳協同的新型電力市場交易機制。電力系統實現低碳經濟轉型，不僅需要解決技術問題，也需要構建合適的市場機制，計及碳排放的外部性成本，為市場主體提供碳減排的激勵，引導減排技術與資源的優化配置[30]。目前，我國正處于電力市場改革的深水區，面臨電力市場與碳市場同步建設與推進的新形勢。在此背景下，如何在考慮電力市場運行特點的基礎上，設計激勵相容的碳交易市場機制，通過電碳價格信號推動電力系統碳減排，是電力系統低碳化研究不可或缺的部分。因此，需要開展研究電碳協同新型市場機制設計；研究電碳市場協同驅動下的供需互動模式；研究市場主體同時參與電碳多元市場的決策行為，提出電碳交易市場協同模擬方法；研究多主體參與、全流程覆蓋、電碳市場協同的基于區塊鏈的分布式碳交易技術。
5數字化轉型是新型電力系統的關鍵途徑
從“數字化”出發，數字化轉型作為建設新型電力系統的關鍵途徑，將與源、網、荷、儲4類要素全面融合，賦能電力系統全景信息感知與智慧高效調控，助力電力低碳高質量發展。本節將探析數字化賦能新型電力系統的變革發展趨勢，并展望未來相關的關鍵技術研究方向。
5.1數字化賦能新型電力系統建設
以云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術為核心驅動力，以數據為關鍵生產要素，構建數字與物理系統深度融合的新型電力系統數字化基礎平臺，將為高效承載高比例新能源的安全、可靠、高效接入，為海量異構負荷的廣泛接入、柔性交互與聚合調控提供基礎保障，實現數字化技術與源、網、荷、儲、碳等其他核心要素的全面融合。在電源側，通過全景數據采集與分析，提升隨機電源的可觀、可測、可控能力；在電網側，通過態勢感知與控制，提升電網韌性、安全性與運行效率；在用戶側，實現對用戶行為的感知與分析，引導用戶深度互動；在儲能側，助力提升儲能系統的安全性與經濟性，賦能構建儲能新模式與新業態；在碳減排方面，發揮電力大數據實時性強、準確度高、分辨率高和采集范圍廣等優勢，構建電–碳分析模型，支撐全尺度范圍的碳排放統計核算。圖6展示了數字化技術賦能“源網荷儲碳”各要素高效分析決策的研究框架。
5.2關鍵技術探析與展望
1）電源側：提升電源可觀、可測、可控能力。數字化技術將助力新能源發電與傳統火電機組的高效運行，依托數字孿生電廠建設與智慧能量管理，提升新能源預測精度、提高火電發電能效，從而顯著提升電源側的可觀、可測、可控性[31]。因此，亟需研究新能源出力的人工智能高效預測技術；研究基于數據驅動的新能源時空相關性建模與制技術；以國網新能源云為典型實踐，研究新能源規劃、建設、并網等全環節的數字化基礎平臺，促進新能源的科學規劃、合理開發、高效建設、安全運營與充分消納；研究火電智慧電廠的建設與運營技術，提升發電能效。
2）電網側：電網態勢感知與大數據分析決策。隨著新能源占比的逐漸提高，電力系統不確定性和隨機性大量增加；此外，分布式資源、電動汽車、需求響應等的發展，使電網的分析和控制更加復雜。海量數據量測裝置的應用將有效提升電網的態勢感知能力，并在此基礎上，基于大數據分析技術助力電力系統的高效分析與決策[32]。因此，依托數字化技術賦能，需要開展研究數據–物理驅動的復雜電力系統拓撲辨識與狀態估計技術，增強復雜大系統可觀性；研究數據驅動的雙高電力系統安全規則提取技術，辨識電網安全運行邊界；研究海量復雜電網運行方式的大數據分析技術，實現典型與極端運行方式的自適應辨識與提取。
3）負荷側：柔性互動與配用電大數據分析。廣泛用戶的柔性互動可以給電力系統提供大量靈活性，是建設新型電力系統的關鍵特征與主要抓手之一。電力用戶行為具有多樣性、不確定性、高維復雜性等特點。伴隨智能電表等信息渠道的建設以及主動配網、虛擬電廠等技術的推廣應用，電力用戶側正逐步形成“社會–物理–信息”的深度耦合。數字化技術正逐步支撐實現對電力用戶行為的深入感知與分析，引導用戶與電網深度互動。因此，亟需開展研究基于配用電大數據的電力用戶行為建模理論與方法；研究基于電力大數據的非侵入式用戶行為辨識與分析方法；研究基于深度學習的負荷預測技術；研究海量分布式異構資源的聚合調控技術。
4）儲能側：云儲能模式與數字儲能技術。儲能系統的安全管理與經濟性一直是限制儲能規模化推廣應用的主要制約因素。數字化轉型為儲能技術的智慧管理與新商業模式創造了新的契機。需要開展研究數字儲能技術，通過對電池能量流進行離散化和數字化處理，實現能量信息化，進一步實現儲能系統的數字化定義與動態電池網絡重構，顯著提升儲能安全水平與經濟性[33]；研究云共享儲能[34]商業模式與調控技術，通過對海量分布式儲能系統的協同管控與多元儲能需求服務的供需匹配，極大降低儲能系統的建設與運維成本，顯著提升了儲能的經濟效益。
5）碳視角：基于高頻電力大數據的碳計量技術。加快建立統一規范的碳排放統計核算體系，對夯實碳排放數據基礎、支撐實現碳達峰碳中和目標具有重要意義。依托電力行業與能源活動、經濟生產消費之間的關聯性，構建電碳分析模型，發揮電力大數據實時性強、準確度高、分辨率高和采集范圍廣等優勢，實現碳排放精準分析與動態監測，是新型電力系統中“數”與“碳”2個要素融合支撐的創新實踐。因此，需要研究電碳數據的關聯機制分析技術；研究基于高頻電力大數據的碳排放分析與監測模型方法；研究構建分區域、分行業、多時間尺度的電碳分析與監測模型方法庫。
6結語
構建新型電力系統是實現碳中和目標的關鍵抓手，需要依托數字化技術，統籌源、網、荷、儲資源，以源網荷儲互動及多能互補為支撐，滿足電力安全供應、綠色消費、經濟高效的綜合性目標。在碳中和目標的宏觀戰略與數字化賦能的轉型機遇下，本文認為新型電力系統結構形態將由“源網荷儲”四要素拓展為“源網荷儲碳數”六要素。其中，源網荷儲是新型電力系統的物理架構；碳中和目標是建設新型電力系統的核心動因，數字化轉型是建設新型電力系統的關鍵途徑。本文針對“碳”與“數”2個關鍵要素進行了探析與展望。從“碳視角”出發，電力系統全環節精準碳計量技術將成為支撐電力系統低碳轉型的重要基礎，電力系統碳優化技術、電碳耦合的源網荷儲協同規劃技術、電碳協同的市場交易機制將協同構成技術–戰略–市場協同的電力系統低碳化全方位解決方案。從“數字化”出發，數字化技術將與源、網、荷、儲4類要素全面融合，在電源側，通過全景數據采集與分析，提升隨機電源的可觀、可測、可控能力；在電網側，通過態勢感知與控制，提升電網韌性、安全性與運行效率；在用戶側，實現對用戶行為的感知與分析，引導用戶深度互動；在儲能側，助力提升儲能系統的安全性與經濟性，賦能構建儲能新模式與新業態。總體而言，低碳化和數字化是新型電力系統把握新一輪能源革命和產業升級新機遇的戰略選擇。希望本文對于新型電力系統關鍵六要素的思考與探析能夠為新型電力系統的低碳化和數字化轉型研究與實踐提供參考。
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作者:康重慶 杜爾順 郭鴻業 李姚旺 方宇晨 張寧 鐘海旺 單位:清華大學電機工程與應用電子技術系 清華大學低碳能源實驗室 清華四川能源互聯網研究院 天府永興實驗室新型電力系統研究中心