在浙江，窺見“未來電網”

用電量多寡常被用來衡量地方經濟發展水平。作為中國經濟最具活力的省份之一，浙江是名副其實的“用電大省”。然而在大多數時間，浙江用電電力的三分之一需要依靠外省輸入。

“用電大省”并非“發電大省”，凸顯出浙江用電的矛盾，從傳統能源到新能源時代皆是如此。“七山一水兩分田”的浙江，并不具備大規模發展集中式風光電站的自然稟賦。

不過，在“雙碳”目標的驅動下，浙江依然有著雄心勃勃的新能源計劃，正在實施“風光倍增”工程，計劃到2025年全省光伏發電裝機容量達到2750萬千瓦左右，分布式光伏裝機比重超過50％。

不同于集中式光伏電站，分布式光伏位于用戶側，可能就在一家工廠的屋頂之上，傳統意義上用電側與發電側的界限變得模糊。分布式電源正是新能源的發展趨勢，但是這也會給電網帶來挑戰。

“很多普通人沒有感受到電力系統面臨的困境，認為家中可以點亮電燈、使用電器，就不存在問題。其實電力系統近年正經歷非常痛苦的轉型過程，夏、冬兩季迎峰度夏、迎峰度冬壓力巨大。”有浙江電網人士這樣感慨，浙江電網正面臨外來電占比較高與新能源大規模并網的雙重挑戰，電網需要被“重塑”。

如何迎接新能源，這不僅是浙江電網所面臨的挑戰，也是中央在2021年提出構建新型電力系統要解決的問題。2021年年中，國家電網公司發布《構建以新能源為主體的新型電力系統行動方案（2021-2030年）》，選取三省三區“推進新型電力系統示范區建設”，“三省”便包括浙江、青海、福建。

相比于傳統清潔能源大省青海，和核電、風電大省福建，“用電大省”浙江該如何發掘分散的新能源潛力，并且在外來電與新能源雙重不確定性之下保證電網的平穩運行？浙江電網希望能夠給出問題的答案。

分布式光伏“星火燎原”

2022年9月中旬，國網寧波市北侖區供電公司黨委書記高頌九對即將過境的臺風有些擔憂。9月14日晚，2022年第12號臺風“梅花”在浙江登陸，它是近50年以來影響寧波北侖最為強勁的臺風之一。

讓高頌九擔心的是北侖區眾多屋頂光伏能否安然度過極端天氣，幸好最終它們都經受住了臺風的考驗。

近兩年，屋頂光伏在北侖區迅速擴張。譚智是浙電（寧波北侖）智慧能源服務有限公司的負責人，這家國有合資企業主營業務包括清潔能源、智慧用能等。他表示，2021年以來，分布式光伏裝機明顯提速，“北侖區年度新增目標在65兆瓦左右。截至10月初，2022年的目標已經達成”。

“業內一般認為適于發展分布式光伏的‘優質屋頂’具備幾個條件：一是屋頂產權清晰，二是水泥屋頂優于彩鋼瓦屋頂，三是屋頂不被遮擋，此外還要考慮企業有足夠的消納能力。”譚智坦言，其實2022年北侖區剩下的“優質屋頂”已是鳳毛麟角。

位于北侖區的眾多工業企業是安裝分布式光伏最為積極的用戶。北侖區共有15個工業社區，靈峰工業社區是其中之一，78家企業中已有29家安裝了屋頂光伏，總裝機量34兆瓦。“社區已經對企業情況進行摸排，屋頂適合安裝光伏的企業基本均已安裝，如今峰谷電價差較大，投資六七年就可以回本。”靈峰工業社區黨群服務中心負責人表示。

旭升汽車技術股份有限公司位于靈峰工業社區，旗下9座工廠中已有4座工廠建成投產分布式光伏，還有1座工廠正在安裝。目前光伏發電量占企業用電總量約5％，未來兩年可能達到10％左右。達成這一目標，意味在光照充足時段，企業用電量一半來自光伏。高頌九告訴記者，這其實也是靈峰工業社區的目標，即用電高峰時段，用電量一半來自企業分布式光伏，一半來自大電網。靈峰工業社區一年的用電量為5億千瓦時，其中包括不少“用能大戶”，社區建設園區級新型電力系統的主攻方向就是綠色轉型。

為了滿足歐美市場對于綠電使用的要求，靈峰工業社區的工業企業對綠電的需求可謂剛性。2020年年底，全國第一筆點對點綠電交易便在北侖區促成，服飾企業申洲集團為了在歐美市場爭取更多出口配額，自建屋頂光伏仍不能滿足其綠電需求，便向中營風能購買1700萬千瓦時風電。2021年，浙江綠電交易量3億千瓦時，其中寧波交易5000千瓦時。

工業企業密布的北侖區是浙江的縮影，分布式光伏裝機正在浙江，特別是其中的工業園區迅速增長。浙江正在實施“風光倍增”工程，“十四五”期間，全省新增海上風電、光伏裝機翻一番，增量確保達到1700萬千瓦。其中新增光伏裝機1245萬千瓦以上，力爭達到1500萬千瓦。

“尖山新區用電有三個特征：一是負荷密度高，二是新能源滲透率比較高，眾多工廠原本閑置的屋頂都被用來發展分布式光伏，三是高精尖企業對電能質量要求高。這是未來一些工業園區用電的共性特征。”國網海寧市供電公司黨委書記肖龍海說道。

尖山新區是嘉興市海寧市下轄的工業園區，站在園區制高點可以看到廠房屋頂密布的太陽能電池板，以及位于江邊灘涂的風機。

肖龍海告訴記者，海寧市政府成立了光伏專班，規劃“十四五”期間將閑置屋頂“應裝盡裝”，裝機量達到180萬千瓦。“此前有學者推算，達成‘雙碳’目標，中國光伏或其他新能源裝機量需達到人均1千瓦。按照戶籍人口計算，海寧市2022年已經達到人均1.11千瓦，尖山新區更是達到9.87千瓦，是浙江人均水平的40多倍。”

目前海寧光伏裝機量為79萬千瓦，年發電量約為6.5億千瓦時，約占全市用電量5％~6％，未來的目標是達到三分之一，而尖山新區已經達到這一目標。

光伏裝機量的迅速提升，顯然與“雙碳”目標的提出密不可分。國網浙江電力發展部副主任孫可表示，實現“雙碳”目標，本質是改變人類對化石能源的高度依賴。無論是全球，還是全國，化石能源仍占比85％左右。扭轉人類100多年來形成的能源使用習慣并不容易，路徑和手段便是推動新能源利用。煤炭、石油等傳統能源通過燃燒也可以被利用，而風、光必須轉化為電能才能被人類利用，電作為媒介的意義不言而喻。

但伴隨風光等新能源裝機量提升，電網正面臨從未有過的挑戰。

新能源+“大受端”，浙江電網挑戰幾何？

浙江電網是典型的“大受端”電網，外來電占比達三分之一，負荷高峰期外來電力超過3000萬千瓦，低谷時也有1000萬千瓦。

省內最大電力來源仍是煤電機組，統調煤電機組加上分散于各地的“小火電”，總裝機規模約4800萬千瓦。天然氣機組、核電、水電的裝機量分別約為1265萬千瓦、280萬千瓦、600萬千瓦。

除此之外便是以光伏為主的新能源，天氣狀況良好時，光伏每日出力可以達到1100萬~1200萬千瓦。風電更加不穩定，每日出力在四五十萬千瓦到兩三百萬千瓦之間波動。

相比于傳統的火電、核電、水電機組，風光等新能源更加“不可控”。“對于電力系統這樣的復雜系統，只有‘可控’才能較好管理其經濟性、安全性，而且電力系統還需要實時平衡，即‘發多少用多少’。新能源電源帶來的最大挑戰便是‘靠天吃飯’。”孫可說。

對于“靠天吃飯”的新能源出力預判至關重要。浙江電網調度員樓賢嗣告訴記者，以光伏為例，每一天，都會對光伏曲線進行預測，再以此確定火電機組的開機方式。浙江原則上光電、風電發出多少，便上網多少，不會棄光、棄風。

因此火電機組是否開機、開機時段、負荷率等都要根據對新能源出力的預測確定，煤電機組開機后的負荷率會在40％至100％間調整。一旦光伏實際出力與預測偏差較大，就需要火電機組緊急補位，否則只能購買外來電，但是如果遇到類似今夏的極端情況，購電也會比較困難。

但對于光伏出力的預測并不容易。國網浙江電力調度控制中心自動化處處長錢建國表示，一朵云是否出現，在什么時間出現，都會影響光伏出力。“如果一朵云在光伏出力還在爬坡階段的八九點出現，影響有限。但是如果在中午這樣的出力高峰時段出現，則影響較大。每日光伏出力的峰值可以達到1300萬千瓦，但是如果趕上下雨天，又可以低至一兩百萬千瓦。”

在以光伏為代表的新能源出力峰谷差異如此之大的情況下，電網正面臨雙重考驗，一方面是如何在不棄光不棄風的情況下解決消納問題；另一方面是風光機組無法做到按需發電，如何在無風無光時保證用戶用電需求。

在特定時段，浙江新能源消納已經面臨一定壓力。比如春節前后，負荷較小，遇到光伏出力較多的時段，可能需要將煤電機組降至技術出力下限之下，甚至被迫停機，但是煤電機組在出力下限之下的可調空間十分有限。而在同一天夜間，伴隨光伏出力減少，煤電機組的負荷率又需要提升至90％以上。

“北侖區既是能源消耗大戶，也是發電大戶。因為毗鄰港口，煤炭運輸便利，北侖電廠一度是全國最大火力發電廠。但隨著更多分布式光伏并網，如何平衡傳統發電方式與新能源利用之間的關系，這對電網系統調節能力的提升帶來更大考驗。”高頌九告訴記者。

即使在夏季，光伏每日發電的時長也不足8小時，而其中真正高效的時長約為4小時。每天16點之后光伏出力會明顯下降，但是傍晚居民用電負荷又會上升，由此帶來的負荷缺口如何迅速填補？錢建國認為，面對新能源“靠天吃飯”帶給電源側的不確定性，“當下仍需火電機組‘保底’，目前，浙江正在對火電機組進行靈活性改造。”

除去新能源電源帶來的不確定性，浙江作為“大受端”電網，外來電可調節幅度較小，遇到2022年夏季這樣的極端天氣時不確定性較大。顯然，2000公里外的四川水電，難以完全配合浙江需求供給。

“傳統電力系統中唯一不可控的因素是負荷，不可能提前獲知用戶用電時間、用電量。如今發電側也變得越來越不可控。而當不可控的新能源電源越來越多，電力系統需要適應這樣的不確定性，完成整個系統的平衡。”孫可認為，這正是新型電力系統要解決的最為關鍵的問題。

火電機組的靈活性改造，是在增加源、網、荷、儲四側中電源側的可調節能力。增強四側的可調節性，這是2020年國網浙江電力提出建設“多元融合高彈性電網”的目標，這也是建設新型電力系統的目標之一。如今更強調“數字化牽引”的作用，其中就包括通過數字化手段對“不可控”的負荷進行需求側管理。

重新認識“電網數字化”

2022年“十一”假期前后，浙江迎來幾日涼爽的天氣。但是錢建國告訴記者，電力供需依舊緊張。“2022年夏季面臨極端高溫，浙江單日最高負荷曾達到1.1億千瓦，9月末單日最高負荷雖然降至7000余萬千瓦左右，但是夏季火電機組長時間在45℃高溫的環境下接近滿負荷運行，需要檢修，為迎峰度冬做準備，因此供電能力有階段性下降。”

極端高溫天氣，疊加四川因旱情外送水電減少，2022年夏季浙江用電“調峰”壓力顯而易見。

杭州市蕭山區是工業重鎮，高能耗企業占比較高，可被視為“負荷大省”浙江的縮影。2022年夏季有序用電形勢最嚴峻時，單日瞬時最高壓降負荷達到119萬千瓦，占據杭州整體壓降額度的一半，但日常蕭山負荷僅占比杭州21％。“在今夏19天有序用電時段，有3天曾進行如此幅度的降負荷，需要全區4700余家企業參與。”國網杭州市蕭山區供電公司執行董事、黨委書記徐巍峰說道。

有序用電時段，企業會被分為ABCD四類，效益較好的A類企業用電需求需要保證。反之，D類企業屬于高耗能企業，需要更大幅度地降低用電需求。

國網浙江電力相關負責人告訴記者，調峰時，電網更多關注工業企業的可調節負荷，比如1000家工廠在特定時段均降低一定負荷，就能極大緩解電網尖峰時刻的壓力。壓降負荷的指標一般逐層分解，從省級層面一直分解到縣級。

長久以來，調峰時壓降工業企業負荷主要靠基層工作人員提前電話或上門溝通，依據經驗向不同企業分攤任務。這位負責人解釋說，“比如針對一家化工廠，需要提前一天溝通，‘在明天中午負荷壓力較大時能否關停一小時？’待到第二天需要關停時再確認。人工投入很大，溝通成本很高，而且成功率可能只有一半。”

有地市供電公司人士告訴記者，“我們不能對企業簡單直接進行拉閘限電，向企業下發調峰通知單時也需要‘有理有據’，企業會發出‘為什么別人能用電而我卻不能用’的疑問，這其實對調峰方案的精準度提出了很高的要求。”

國網浙江電力數字化工作部副主任陳利躍告訴記者，數字化手段的使用便是希望通過一個“大腦”實現“一鍵響應”，即按下一個按鈕就可以形成壓降負荷的最優方案。

實現這樣的構想，基于前期對工業企業的信息收集，比如掌握某家工廠在下午一點左右并非生產高峰期，通過這樣的篩選可以將溝通的成功率大大提高。

因此電力系統的數字化，不只是將原先線下的工作轉移至線上，還包括對電力系統源網荷儲各環節的深度感知、精準預測和閉環控制。“從常規發電機組、新能源電站，到輸電網和配電網，再到工業企業、充電樁和儲能設施都需要不斷提升監測能力，并結合預測結果進行閉環控制，實現電力系統的動態優化平衡。”陳利躍告訴記者，浙江電網已經具備較強的感知能力，通過最小的代價精準采集更多信息。“未來會在工業企業加裝更多采集數據的終端，甚至通過與企業簽訂協議達成調峰時遠程控制的效果。”

“目前針對工業企業的需求側響應，已經精確到生產車間的不同設備上。此前我們走訪企業，與企業溝通生產環節中可以‘秒停’的設備，比如電焊、切割等生產環節。”徐巍峰告訴記者，目前蕭山2500家規上工業企業已經接入實時監測系統。

高頌九則告訴記者，會將企業的用電需求劃分為幾類，其中就包括“可調負荷”，即企業在不影響正常生產的情況下可以壓降的部分負荷，空調負荷便屬于此列，社區內已經有70家企業安裝了空調負荷監測設備，容量約為7500千瓦，其中1500千瓦可以作為“蓄水池”參與調峰。

除了工業企業的生產用電需求，空調負荷是目前浙江需求側響應關注的另一個重點。

徐巍峰表示，2022年夏天有序用電時段，蕭山區每日空調負荷130萬千瓦，占比30％以上。如果空調負荷能夠通過溫度控制、開關時段調整參與需求側響應，可以在相當程度壓縮部分用電需求。比如商場中空調溫度調高一度，顧客可能并沒有感受。再比如企業的空調可以在用電低谷時段自動開啟，而在用電高峰時段主動調高溫度、降低負荷。

“這不僅意味著節能，對于電網調節也至關重要。”錢建國告訴記者，優化空調負荷可以在相當程度上緩解省內尖峰時刻的用電困難。這樣的優化需要通過數字化手段實現，比如精準掌握空調溫度上調一度可以壓低的負荷數據，摸清“蓄水池”的容量可以更好地調峰。

“數字化牽引新型電力系統，體現在需求側管理，可以將其理解為將實體對象在數字世界再現，利用數字孿生和人工智能進行建模和計算，再反饋到實體電網。”錢建國說，數字化手段可以對現有要素進行優化組合，“相比于一座抽水蓄能電站可能高達數十億元的投入，數字化手段僅需投入數千萬元，依然能達到相同的調峰效果。”

浙江海寧尖山工業園安裝分布式光伏等新能源容量超過37萬千瓦，年發電量近7億千瓦時

浙江探路讓電網更智慧

利用數字化手段構建需求側響應的能力，在孫可看來，這使得原本不可控的需求變得更加有序，從而使得用戶也更好地參與調峰。“建設新型電力系統需要在源、網、荷、儲四側尋找更多可調節的能力和資源，而很多都是此前被忽視的能力和資源。”

國網麗水市供電公司相關負責人舉例說，在麗水，80％的水電站是沒有庫容的徑流電站，但通常其水系上游都有一座或幾座擁有較好庫容調節能力的水電站。當庫容電站開機時，下游的徑流電站也能用這座電站發電下泄的水流進行發電，每一立方米的水的動能在同流域的多個水電站得到了充分的利用。

過去流域調度無法精確掌握每座電站的發、送電時點，如今通過將一條流域的水電站建模，精準掌握電站間的來水關系、發電時間差和不同機組的水能轉化效率，通過精密的計算讓流域水電群的發電出力可以在需要的時點以最快的速度或最大的效率達到電網調度的目標，使得其在調峰時對大電網的支持效率達到最高。

當然，在源、網、荷、儲四側中，儲能是最為直觀的用于調節的資源和能力。從電網的角度來看，更重要的是將用戶側儲能統籌。

“我們鼓勵用戶側投建儲能，目前谷電價格每度只有兩毛錢，而高峰時電價每度可達七八毛錢，峰谷電價差足以確保儲能收益。只要儲能‘谷充峰放’，就是在幫助大電網進行調節。”肖龍海說，同時，企業配套分布式光伏自建的儲能也要為電網調節所用，電網平穩運行時儲能可以自主運行。一旦面臨電力供應缺口，儲能運行不能各行其是，而是需要服務于電網調節。

用戶側的儲能設施也能服務于電網調節，這預示著在新型電力系統中發電與用電的界限更加模糊。在傳統的電力系統中，發電、用電界限清晰，但是如今兩者的邊界越來越模糊，原本屬于用電的負荷側可能因為加裝了分布式光伏同時成為電源側，源網荷儲一體化的趨勢愈發明顯。在浙江“十四五”期間打造的100個新型電力系統試點項目中，“源網荷儲一體化”項目達到65個。

其實在負荷側，可以挖掘的資源還有很多。肖龍海向記者舉例說，比如充電樁，原本屬于負荷側，但目前正在推動V2G模式，即新能源車可以通過充電樁向電網返送電力。“傍晚下班后，一般會有大量新能源車處于充電狀態，此時恰是一天中負荷的又一個高峰。此時如果電網面臨供應缺口，充電樁可以從充電狀態轉為放電狀態，新能源車相當于移動的儲能裝置，可以通過價格機制引導其在此時放電，賺取差價。”

伴隨源網荷儲一體化，被改變的還有配電網的角色。相比于傳統電力系統中集中發電，再由不同層級電網輸送的模式，分布式新能源就地、就近消納是未來的趨勢。

“目前麗水白天通常是受端電網，午間水光大發時段或汛期晚間負荷低谷時則有外送能力。未來希望本地新能源能更多在本地消納，否則區域電網一天內可能既需要從省網買入大量電能，在負荷低谷時段又要大幅倒送電能，一進一出會產生相當大的電能損失。”國網麗水供電公司負責人告訴記者。

“未來配電網將逐漸成為一個‘自治’單元，正常情況下自主運行，遇到無法解決的問題再向大電網尋求幫助。比如配電網中光伏出力不足，面臨電力供應缺口，就需要大電網送電。反之，如果大電網需要調峰，配電網也可以充分挖掘自身資源協助大電網。”肖龍海表示，未來配電網與大電網之間的關系應該是“自己的問題自己解決，盡量不給大電網惹麻煩”。

“不同規模新能源電站接入的電壓等級不同，如果較小，就接入配電網，如果較大，就接入主電網。對于接入主電網的新能源電站，更像將一塊石頭扔進大海，不會產生影響。但對于接入配電網的新能源電站來講，就像將一塊石頭扔進水盆，必然激起更大的波瀾，面臨較大的消納壓力。因此一些配電網的管理方式要因此轉變。”孫可解釋說。

而一家處于配電網末端的工廠也可以自己組成“微電網”。“如果某個區域分布式光伏裝機量較大，公用電網承接有困難，加之用戶用電量較大、對價格較為敏感，就可以組成一個微電網，即微型小電網。公用電網與內部的分布式光伏共同構成它的電源，當內部電源不足時就從公用電網購電，反之也可以向公用電網售電。”孫可表示，平衡是電力系統的第一原則，微電網也是如此，需要一套能量管理系統。“搭建微電網系統也需要成本，需要經濟適用、技術可行，未來公用電網不可能‘包打天下’，可能難以滿足一些差異化需求，用戶可以算賬，是從公用電網購電更劃算，還是搭建一套微電網的系統更劃算。”

微電網可以由一家工廠，一個工業園區，或是一座商業綜合體組成。比如一家企業對電能需求較高，且占比成本較高，建設微電網便更有動力。

孫可告訴記者，目前浙江已經出現微電網，但是數量不多，未來要做好微電網和公共電網聯合運行的準備。

在蕭山區，“千瓦可控的園區”和“度電可調的社區”兩大場景正在建設中，其中在橋南區塊，供電公司正在建設全域能量管控平臺，將數個微電網連接起來成為微電網群，加裝一套控制平臺。一方面未來可以在微電網群中探索分布式發電交易模式，另一方面匯聚微電網群中的源網荷儲資源，更好地參與電網調節。一旦大電網有所需求，不需要控制微電網群中的每個電源、負荷，而是向微電網群發出一個指令，至于其內部如何調節則屬于“自治”范疇。

源、網、荷、儲一體化，在孫可看來，網的作用最為重要。“電力系統可能是世界上最大的人工系統，不像生態系統那樣可以自主調節。電力系統依靠‘大腦’與‘神經網絡’調節，電網扮演的就是‘大腦’‘神經網絡’的角色，原來是用‘可控’的電源滿足‘不可控’的負荷，現在需要調節供需，使其更好平衡，這無疑需要電網更加智慧。”

國電中星是一家專業的電力檢測設備廠家，密切關注電力電網相關行業的發展與動態，了解更多訪問國電中星官網：m.nc-hongmen.cn