电力行业正在经历深度转型。
一、电力数字化发展背景
未来，电力系统将 呈现两大重要变化，为电力数字化技术的发展和应用 明确了基本方向：
1、能源结构绿色化 从电力供给侧看，根据 IRENA 统计，2023 年全 球可再生能源新增装机 38.65 亿千瓦，占全球发电新 增装机的 43%，同比增长达到史无前例的 14.0%。 预计到 2030 年，世界能源系统将发生重大变化，可 再生能源在全球电力结构中的份额将接近 50%。 2023 年，我国能源安全稳定供应能力稳步增强， 能源绿色低碳转型步伐加快。可再生能源总装机年内 连续突破 13 亿、14 亿大关，达到 14.5 亿千瓦，占 全国发电总装机超过 50%（提前 6 年达成目标）； 可再生能源发电量 3 万亿千瓦时，约占全社会用电 量的三分之一，成为保障电力供应的新力量。预计到 2030 年，中国清洁能源装机将达到 25.7 亿千瓦，占 比超过 70%。清洁能源发电量预计将达到 5.8 万亿 千瓦时，占总发电量的 52.5%。
新能源建设过程中，出现风、光资源富余程度与 经济发达程度也存在区域错配。以中国为例，重点建 设的新能源基地大多分布于西部地区、北部地区等人 口密度与用电负荷相对较低的区域，而对能源的需求 主要来自东部和南部人口稠密区域。因此，电能的异 地消纳对电网远距离传输和消纳能力、储能设备配套 建设及灵活运营等方面提出新的要求。 此外，欧盟各国区域面积小，可以就近利用既有 资源，因此在靠近用户侧涌现出大量分布式光伏与分 散式风电设备，这些在配网负荷系统中出现的电源对 配电网络的稳定运行带来新的挑战。
2. 电网调控柔性化 从电网侧看，随着新能源的快速发展，波动性不 稳定性的发电量也将不断增加，对电网功率控制、电 压调节及通信方式等提出了更高更复杂的新需求，传 统电网主要面临横向平衡稳定和纵向运行管控两大挑 战。近年来，分布式光伏大量接入配电网，其中 98% 以上接入 400 伏，使得配电网由无源网变为具有大量 分布式电源点的有源网，造成其与本地负荷的需求在 时间上难以同步，净负荷曲线易出现“鸭型曲线”现 象，电力系统发用电平衡、实时调度等不确定性增多， 导致“源随荷动”关系转换为“源网荷储互动”、输 电网与传统配电网间潮流频繁转向与大幅波动等现象， 严重影响到电力系统安全运行。因此，解决新型电力 系统的关键挑战在配电网。
3. 供电模式互动化 从电力消费侧看，近年来，我国电力负荷“冬夏” 双高峰特征日益明显，夏季降温及冬季取暖负荷占比 越来越大。统计数据显示，2023 年全国有 10 余个省 级电网夏季“降温负荷”（因气温上升使得空调等新 增用电量）占最高用电负荷比重超过 40%，“降温负荷” 频次增加等因素使得用电负荷峰谷差加大、间歇性增 加，大幅提高了配电网系统供需平衡难度，电力系统 灵活性调节资源不足的问题将更加凸显，导致电力系 统调峰压力进一步加大。此外，电动汽车保有量快速 增长，2023 年我国电动汽车保有量超 2000 万辆， 预计 2030 年电动汽车保有量将超过 1 亿辆，而全球 电动汽车的数量将是现在的近 10 倍，充电产生的不 确定性负荷可能使得电力系统调节压力增大，给配电 网平稳运行带来新挑战。随着全社会对能源可持续发 展认识的不断加深，电动汽车渗透率逐步提升，终端 用户对可靠性更强、价格更透明的本地能源消纳的诉 求愈发明显，这将催生出越来越多的配网级分布式能 源加入电力系统运行，促使供电模式从“以大型发电 厂为中心”向“以产消者为中心”转变。
随着光伏、风能等分布式能源的大规模应用，传 统的配电系统将从单向供电模式向源荷一体升级，供 电模式也将从过去的“源随荷动，生产计划主导，进 行单向逐级电力传输”，向“源荷互动，以消纳更多 可再生能源为目标，根据供需变化进行双向灵活调配” 发生转变。用户对能源消费的自主权更大、选择面更 广，从被动用电到主动消费，将衍生出对用电需求的 准确预测、电量资源的灵活调配、配网的韧性和平衡、 海量端侧设备的统一物联与互动等方面的新需求。
二、电力数字化核心目标
电力数字化转型和发展的最终目的，就是随着电 力系统升级，消纳更多以风、光为代表的绿色低碳电 力，促进源网荷储高效互动，确保电力系统高效稳定 运转，提升能源效率，推动碳达峰、碳中和的实现。 配电网作为电力系统的“最后一公里”，在新型 电力系统建设中确实扮演着主战场的角色。配电网的 发展和创新将是新型电力系统建设的核心内容。中国 的配网投资占电网投资的比例超过 50%，欧洲配网 投资超过投资的 70%。配电网需要具备更强的承载力， 适应大规模分布式新能源、电动汽车充电设施等新主 体、新业态的接入需要，提升绿色电力消费比重。 综合产业各方的观点，我们认为电力数字化建设 有五大核心目标：
1. 支撑电力供应模式从传统的“源随荷 动”到“源网荷储互动” 随着大型新能源设施、分布式能源系统以及不同 规模储能装置的大量应用。以中国为例，预计 2030 年，用户将超过 6 亿，电动车超过 1 亿，充电桩超过 5000 万，台区超过 1000 万，新型储能累计装机规 模超过 300GW。 在以难以预测的自然资源可用性为基础的电力生 产和以用户实时需求为导向的电力消费间，不再是两 条完全匹配的“源随荷动”曲线， 容易形成电能的供 需“剪刀差”错配；电力供应模式需要从传统的“源 随荷动”到“源网荷储互动”。 通过源网荷互动，实现供需平衡。AI 实现台区自 治、地市平衡是关键举措。要综合使用气象、预测、 潮流计算和求解器等多个大模型构建 4 级的 AI+ 调度 系统，首先从下往上平衡，一台区一策略首先实现台 区内供需平衡，然后在地市级、省级、网级向上逐级 平衡。 打造台区微电网智能中枢，对台区内能量流、 信息流、资金流和控制流的统一调度管理实现用电安 全经济，对台区内设备通过电鸿 +HPLC+AI 推理实 现端侧联动监控，实现网格化智能管理。
2. 实现新能源 100% 并网与消纳 截至 2023 年，我国分布式能源累计装机容量约 为 3 亿千瓦，分布式渗透率快速提升，局部地区甚至 将超过 50%，未来分布式清洁能源接入规模必将迎 来快速发展。 与传统能源相比，新能源发电具有随机性、波动 性、间歇性和不可控等特点，配电网有源化特征愈发 凸显，带来的双向潮流、电压越限、孤岛运行等问题 更加突出，同时对极端天气的耐受能力较弱，导致电 量生产、电力输出等面临不确定因素， 造成电压、频 率等出现波动，对电网的供电可靠性产生较大影响。 低压配网成为分布式电源主要开网路径。 除此之外，伴随着大规模新能源基地建设的推进， 弃风、弃光以及新能源脱网等现象仍然频发，新能 源发电并网成为推进落实电力行业绿色低碳的关键掣 肘。 因此，通过感知、预测、控制、调度等一系列电 力数字化技术手段的应用，实现新能源 100% 并网与 消纳，消纳来自源端和荷端新能源发电量，抵消新能 源并网对电网运行带来的波动，是电力行业积极落实 “碳达峰”、“碳中和”的关键所在。
3. 实现资产安全与高效运营 , 设备由“计 划修”走向“状态修” 以我国为例，截至 2022 年底，我国两大电网公司 的资产总额合计达到了 5.75 万亿元，比上一年增长了 7.4%。而在 2023 年，全国主要电力企业合计完成投 资达到了 15502 亿元，同比增长 24.7%，其中电网工 程建设完成投资 5277 亿元，同比增长 5.4%。这表明 我国电网资产规模持续增长，投资也在不断加大，以支 持电力系统的发展和升级。可以预期到 2030 年我国电 网资产规模将持续扩大，以适应和支撑新型电力系统 的发展需求。 随着电力系统转型发展，新的新能源电厂、分布 式电源及电子设备会逐步融入并替代老旧设备。但在 转型过程中，作为传统重资产行业，存量电力资产仍 然发挥着重要作用。发电侧，传统能源仍然承担着保底电源的职能，一些大容量、高效率、低排放的火电 机组，在一定时间内仍然是发电主力，同时火电机组 未来也承担着调峰调频、平抑新能源出力波动的重要 职责；输配电侧，由交、直流特高压大量电网基础设 施构成的电力传输网络，仍是跨域；及城市电力传输 的根本保障。增量资产方面，抽水蓄能电站、压缩空 气和电化学储能将是实现“源网荷储”一体化协调互 动的核心与关键，未来势必会有大量的储能设备投入 建设运营。 配电网作为电力系统的重要组成部分，也将在新 型电力系统建设中发挥关键作用。根据国家发展改革 委和国家能源局的指导意见，到 2030 年，配电网将 基本完成柔性化、智能化、数字化转型，有效促进分 布式智能电网与大电网融合发展。 因此，以安全为核心，电力数字化的首要目标就 是用最低的成本提升资产利用效率、降低电力资产的 运行风险、延长使用寿命、提高安全性和运营效率， 确保电力去碳化转型的平稳过渡与供电安全可靠。 通过数字化手段支撑设备运维管理模式的转型， 实现从被动抢修到主动运维，对设备进行全生命周期 管理，及时感知设备状态，维修模式由“计划修”向“状 态修”转变。
4、实现绿电交易全链 100% 可见、可追 溯 2021 年至 2023 年，全国绿电交易成交电量分 别为 87 亿、181 亿、697 亿千瓦时，年均增长达到 283%，这表明绿电交易在推动清洁低碳转型和促进 绿色电力消费方面发挥着越来越重要的作用。 目前，绿电市场化交易已经形成，但存在交易主 体多元、认证流程复杂，存在成本高、难追溯、易篡 改等潜在风险；呼唤区块链技术加持绿电交易。区块 链技术具有可追溯、防篡改、公开透明等技术特性， 生成符合交易、审查规范的区块链绿色电力消费唯一 证明，让绿电交易全链溯源可查、可信、可验。预计 到 2030 年绿电交易全链 100% 可见、可追溯。 通过电力数字化技术的应用，让用电企业自愿为 绿电支付溢价，激发各类市场主体主动参与绿电交易 的热情，是让绿电交易成为“双碳”重要抓手的关键 措施。
5、推动虚拟电厂等新业态创新发展 供电方式的多样化以及各类用户不断变化的用电 方式和日益多元的用电需求，产生了一些新的应用场 景和业务，如虚拟电厂、电动汽车有序充电，用户需 求侧响应等。 虚拟电厂在中国得到了政策支持和响应，正在快 速发展。以深圳虚拟电厂为例，截至 2024 年 7 月， 深圳虚拟电厂管理平台接入的运营商已超过 50 家， 资源规模超过 275 万千瓦，最大调节能力超过 60 万千瓦，2025 年将达到 100 万千瓦级，支撑年度最 大负荷 5% 左右的稳定调节。上海、天津、浙江都提 出 2025 年需求侧尖峰负荷响应能力不低于 5%。 预估 2030 年，中国虚拟电厂调节电量占全社会 用电量的比例预计将达 5%，市场空间 2000 亿元。 虚拟电厂通过智能优化策略，将分布式发电（如 风电、光伏）、分布式储能设施、可控负荷等不同类 型分布式资源进行整合协同，开展优化运行控制和市 场交易。这种整合使得出力时段较好但自用比例不高 的风电、光伏等资源能够通过虚拟电厂整合储能或可 控负荷，实现就地消纳，从而提高可再生能源的利用 效率。 随着电力数字化技术的不断深入应用，推动电力 新场景、新业态的加速发展，提高了电力系统的智能 化水平，降低了端到端能源使用成本，实现了能源的 高效利用和低碳排放。 总的来说，电力数字化目标将聚焦解决能源“安 全、绿色和高效”不可能三角、构建新型电力系统的 有效手段之一。
