券商中國(guó)
周樂(lè)
2025-12-14 15:25
在《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第三十次締約方大會(huì)（COP30）上，我國(guó)宣布新一輪國(guó)家自主貢獻(xiàn)（NDC）目標(biāo)：到2035年，中國(guó)全經(jīng)濟(jì)范圍溫室氣體凈排放量比峰值下降7%—10%，力爭(zhēng)做得更好；非化石能源消費(fèi)占能源消費(fèi)總量的比重達(dá)到30%以上，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到2020年的6倍以上、力爭(zhēng)達(dá)到36億千瓦。
36億千瓦，這一令世人矚目的數(shù)字，是中國(guó)向世界作出的“綠色承諾”。優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行控制體系是提高國(guó)家能源安全和保障能力的題中應(yīng)有之義。數(shù)字孿生技術(shù)的探索與應(yīng)用以其精準(zhǔn)推演、全局仿真、智能調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，有望成為有效支撐36億千瓦綠色裝機(jī)目標(biāo)落地的關(guān)鍵舉措之一。
新能源“成長(zhǎng)的煩惱”
據(jù)測(cè)算，未來(lái)十年，我國(guó)將每年新增超2億千瓦的新能源裝機(jī)。電力系統(tǒng)向“新”而行，新能源大規(guī)模并網(wǎng)，帶來(lái)了波動(dòng)性大、支撐力弱、互動(dòng)性強(qiáng)等考驗(yàn)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制體系的挑戰(zhàn)與日俱增。
國(guó)家能源局公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2025年8月底，我國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)約17億千瓦，風(fēng)光裝機(jī)占比超過(guò)了46%。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，新能源裝機(jī)容量占比超過(guò)50%時(shí)，電網(wǎng)將面臨出力波動(dòng)性、間歇性等系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，平衡難度大。
而現(xiàn)在，我國(guó)西北青海、甘肅等地電網(wǎng)新能源最大出力占比已經(jīng)超過(guò)80%。若要在2035年實(shí)現(xiàn)36億千瓦的目標(biāo)，未來(lái)十年需新增約19億千瓦，相當(dāng)于100多座三峽電站的總裝機(jī)。在新型電力系統(tǒng)加快建設(shè)的背景下，新能源裝機(jī)比例必將繼續(xù)攀升，電網(wǎng)安全面臨前所未有的挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)保障電網(wǎng)安全的關(guān)鍵在于“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”，這是風(fēng)光發(fā)電所不具備的能力。新能源場(chǎng)站并網(wǎng)需要變流器、逆變器等大量電力電子設(shè)備，這些電力電子設(shè)備以微秒級(jí)速度開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致發(fā)電出力驟升驟降，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定帶來(lái)嚴(yán)重威脅。
這一本質(zhì)差異讓電網(wǎng)出現(xiàn)故障的形式和故障連鎖反應(yīng)的特點(diǎn)發(fā)生根本改變。系統(tǒng)抗干擾能力變差，頻率、電壓的穩(wěn)定性弱，小故障可能引發(fā)快速的連鎖反應(yīng)，傳統(tǒng)安全防御體系面臨失效，在部分實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)景下，現(xiàn)有穩(wěn)定分析與控制理論及技術(shù)體系的有效性邊界已逐漸顯現(xiàn)。
36億千瓦的裝機(jī)推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，除了大規(guī)模集中式新能源場(chǎng)站之外，分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能設(shè)備等也將快速增長(zhǎng)。這直接導(dǎo)致電網(wǎng)的調(diào)度對(duì)象從過(guò)去的幾百個(gè)大型電廠，變成了千萬(wàn)級(jí)分散的電力設(shè)備。配電網(wǎng)從“只用電不發(fā)電”的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，變成了“又用電又發(fā)電”的有源網(wǎng)絡(luò)。電流潮流方向也從過(guò)去的“單向輸送”變成了“雙向流動(dòng)”。
相應(yīng)地，電網(wǎng)調(diào)度模式將從“發(fā)電跟著用電走”變?yōu)椤霸淳W(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同優(yōu)化，調(diào)度員的角色會(huì)從安排發(fā)電的“鍵盤(pán)手”變?yōu)閰f(xié)調(diào)各方資源的“樂(lè)隊(duì)指揮家”。這必須依靠智能數(shù)字平臺(tái)、超強(qiáng)算力與先進(jìn)算法的支撐才能實(shí)現(xiàn)，整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的復(fù)雜程度大幅提高。
數(shù)字孿生電網(wǎng)“未來(lái)已來(lái)”
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生就是為物理世界的實(shí)體在數(shù)字空間構(gòu)建一個(gè)1:1的“雙胞胎”——既能實(shí)時(shí)反映物理實(shí)體的狀態(tài)，又能推演未來(lái)變化，為新型電力系統(tǒng)運(yùn)行控制技術(shù)發(fā)展帶來(lái)重大機(jī)遇。
數(shù)字孿生電網(wǎng)，不是簡(jiǎn)單的3D示意圖，也不是傳統(tǒng)的離線仿真工具，而是一個(gè)“會(huì)思考、能決策”的智能系統(tǒng)。隨著新能源占比的逐年提升，電網(wǎng)呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、設(shè)備更加繁多、技術(shù)更加龐雜的發(fā)展趨勢(shì)，數(shù)字孿生電網(wǎng)通過(guò)全方位采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字化映射模擬，利用通用技術(shù)建模預(yù)測(cè)，推動(dòng)電網(wǎng)運(yùn)行控制從經(jīng)驗(yàn)調(diào)度向智慧調(diào)度發(fā)展。
夏季?？照{(diào)、冬季斷暖氣，是大家遇到就會(huì)鬧心的用電問(wèn)題。數(shù)字孿生電網(wǎng)就像“預(yù)言家”，通過(guò)挖掘過(guò)往發(fā)電、用電規(guī)律，結(jié)合氣象預(yù)測(cè)、地理數(shù)據(jù)等信息，采用人工智能計(jì)算，能提前數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)新能源發(fā)電量與民眾用電量，確保電網(wǎng)發(fā)電與用電之間的供需平衡。
如遇上高溫天，它會(huì)提前發(fā)出預(yù)警：“下午2點(diǎn)云量增多，光伏發(fā)電預(yù)計(jì)減少20%，用電負(fù)荷預(yù)計(jì)增長(zhǎng)30%?！惫ぷ魅藛T據(jù)此及時(shí)調(diào)配儲(chǔ)能、開(kāi)啟備用電源，同時(shí)可以向公眾展示調(diào)度原理，讓大家明白保障措施的目的，從而舒舒服服吹空調(diào)，完全不用擔(dān)心中途“拉閘”。
基于精準(zhǔn)預(yù)判，36億千瓦新能源能得到更合理地利用。這將減少化石能源消耗與污染物排放，給地球“減負(fù)擔(dān)”。
傳統(tǒng)電網(wǎng)若直接開(kāi)展試驗(yàn)，無(wú)論是設(shè)備升級(jí)小偏差，還是政策調(diào)整小疏漏，都可能引發(fā)居民停電、企業(yè)停產(chǎn)，既費(fèi)錢(qián)又危險(xiǎn)。比如2024年的歐洲電網(wǎng)，因軟件升級(jí)故障導(dǎo)致交易所脫離市場(chǎng)，引發(fā)多國(guó)電價(jià)極端波動(dòng)。這類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)在數(shù)字孿生電網(wǎng)應(yīng)用后，完全可以避免。
如今，許多家庭都擁有家用光伏板、電動(dòng)汽車(chē)電池、小型家用儲(chǔ)能等“碎片化”電力資源。以往，這些資源產(chǎn)生的電力要么白白浪費(fèi)，要么在用電高峰時(shí)充電加重電網(wǎng)負(fù)荷，難以發(fā)揮實(shí)際價(jià)值。數(shù)字孿生電網(wǎng)則將這些分散的電力資源全面“納入麾下”：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家用光伏發(fā)電量、電動(dòng)汽車(chē)電池剩余容量、家用儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)電狀態(tài)，再結(jié)合區(qū)域用電負(fù)荷，精準(zhǔn)判斷電網(wǎng)供需情況。一旦面臨用電高峰、電網(wǎng)缺電，系統(tǒng)可以通過(guò)電力服務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)向用戶發(fā)送邀請(qǐng)：“當(dāng)前區(qū)域用電緊張，您家可向電網(wǎng)輸送2度電，還能獲得補(bǔ)貼哦～”
用戶點(diǎn)擊“確認(rèn)”后，家中的電力平穩(wěn)輸送至電網(wǎng)，且可以實(shí)時(shí)查看電力輸送進(jìn)度、補(bǔ)貼到賬情況，整個(gè)過(guò)程透明可追溯。這既有效緩解了區(qū)域用電壓力，又讓用戶賺取了額外福利，實(shí)現(xiàn)妥妥的雙贏。
筑牢能源安全“國(guó)之大者”
電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)，既是高效穩(wěn)定運(yùn)行的“指揮大腦”，又是構(gòu)建數(shù)字孿生電網(wǎng)的“智慧內(nèi)核”。國(guó)電南瑞始終立足“國(guó)之大者”，以自主創(chuàng)新為核心驅(qū)動(dòng)力，長(zhǎng)期深耕電網(wǎng)運(yùn)行控制核心技術(shù)，其發(fā)展歷程與我國(guó)電網(wǎng)的升級(jí)迭代同頻共振，循著清晰的時(shí)間軸線，正走著一條從技術(shù)突破到場(chǎng)景落地的進(jìn)階之路。
從研制新中國(guó)第一套電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)起步，歷經(jīng)長(zhǎng)期技術(shù)積累與迭代，國(guó)電南瑞以自主創(chuàng)新成功實(shí)現(xiàn)從“跟跑”“追趕”“并行”到“超越”“領(lǐng)跑”的變化，高比例新能源電網(wǎng)運(yùn)行控制、城市電網(wǎng)多時(shí)空聯(lián)合預(yù)警與超前控制等多項(xiàng)核心技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
肩負(fù)“提高國(guó)家能源安全和保障能力”重大使命，國(guó)電南瑞正聚焦數(shù)字孿生電網(wǎng)的“技術(shù)研發(fā)”，將產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和科技創(chuàng)新相融合，努力實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用“場(chǎng)景落地”。目前，國(guó)電南瑞依托電力行業(yè)重大問(wèn)題聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，牽頭開(kāi)展中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)“基于數(shù)字孿生電網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行控制體系研究布局與技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑”課題研究，加快建設(shè)數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)室，全力構(gòu)建基于數(shù)字孿生電網(wǎng)的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行控制體系，在統(tǒng)一數(shù)據(jù)底座、電力調(diào)度科學(xué)智算、全過(guò)程在線仿真、多時(shí)序全要素平衡等方向發(fā)力，推動(dòng)電網(wǎng)控制模式向“以虛預(yù)實(shí)、以虛優(yōu)實(shí)、虛實(shí)共生”的高級(jí)形態(tài)演進(jìn)。
未來(lái)，數(shù)字孿生電網(wǎng)全面投入運(yùn)行，電網(wǎng)調(diào)度中心將呈現(xiàn)出全新的場(chǎng)景：調(diào)度大廳巨大弧形屏幕上不再是靜態(tài)的電力線路圖，而是與實(shí)體電網(wǎng)完全同步的動(dòng)態(tài)鏡像——每一臺(tái)風(fēng)機(jī)、每一座鐵塔、每一臺(tái)變壓器……，都在虛擬空間中以流光溢彩的數(shù)字化展現(xiàn)，實(shí)時(shí)閃爍著電壓、電流、功率等關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)。
可以想見(jiàn)這樣的場(chǎng)景：調(diào)度員輕觸屏幕，界面即刻切換至區(qū)域新能源運(yùn)行看板。讀罷數(shù)據(jù)，只見(jiàn)他將手指向右拖拽，數(shù)字孿生電網(wǎng)瞬間“穿越”到黃昏時(shí)刻，快速計(jì)算并顯示發(fā)電和用電負(fù)荷情況。調(diào)度員盯緊屏幕上的動(dòng)態(tài)仿真曲線，確認(rèn)儲(chǔ)能電站、備用電源的調(diào)節(jié)能力是否可完全覆蓋缺口。待到日落時(shí)分，實(shí)體電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生鏡像中的預(yù)測(cè)結(jié)果完全吻合，無(wú)需人工核算，數(shù)字孿生電網(wǎng)已提前完成所有決策與驗(yàn)證。
這美好的時(shí)刻，正是數(shù)字孿生電網(wǎng)默默守護(hù)的成果——它以科技的力量，讓綠色能源平穩(wěn)流淌，讓每一盞燈都明亮如初，讓36億千瓦目標(biāo)下的美好生活照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
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