中国智能电网发展成就与趋势

中德能源与能效合作伙伴 中国智能电网发展成就与趋势 1 版本说明 《中国智能电网发展成就与趋势》总结了2014年以来中国智能电网最新发展成就。2014年以来低碳化、去中心化、智能化和市场化变革是中国智能电网发展的显著特征，也将是未来中国智能电网发展的主要趋势。报告由德国国际合作机构（GIZ）在中德能源与能效合作伙伴项目框架下发布。项目受德国联邦经济和气候保护部（BMWK）委托和资助，中国国家发展和改革委员会、国家能源局作为中方政府合作伙伴提供支持和指导。项目旨在围绕能效提升和发展可再生能源，通过深入交流可持续能源系统发展相关的政策、最佳实践和技术知识，推动高级别政府对话，企业与政府交流以及技术和政策法规层面交流，从而促进和推动两国能源转型，助力实现气候目标。受德国联邦经济和气候保护部委托，德国国际合作机构（GIZ）负责实施中德能源与能效合作伙伴项目。作为一家德国联邦企业，德国国际合作机构为德国政府实现可持续发展国际合作目标提供相应支持。 发布方： 中德能源与能效合作伙伴 受德国联邦经济和气候保护部（BMWK）委托北京市朝阳区亮马河南路14号 塔园外交办公楼1-15邮编：100600 c/o 德国国际合作机构（GIZ）TorstenFritscheKöthenerStr.2 柏林10963 研究负责人： 尹玉霞、王昊 德国国际合作机构（GIZ） 作者： 王康 清华四川能源互联网研究院 图片： Shutterstock_454323052/封面Shutterstock_94921279/第19页 Shutterstock_644696806/第20页 BMWK/第11页 AdobeStock_366213561/第14页 AdobeStock_478467898/第16页 排版： 赵娅男，德国国际合作机构（GIZ） ©2022年9月,北京 本报告全文受版权保护。截至本研究报告发布前，德国国际合作机构和相关作者对出版物中所涉及的数据和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做任何形式的保证。本出版物中涉及到的外部网站发行方将对其网站相关内容负责，德国国际合作机构不对其内容承担任何责任。本文件中的观点陈述不代表委托方的意见。 2 目录 摘要：智能电网的发展以低碳化、去中心化、智能化为核心，技术进步和市场机制是重要保障..4 第一章中国智能电网发展情况5 （一）智能电网内涵的变迁5 （二）中国智能电网的进展与成就6 （三）智能电网的配套体制改革10 第二章智能电网发展存在的挑战14 （一）高比例新能源给电网发展带来巨大影响15 （二）市场化改革仍有很多问题需要解决15 （三）支撑智能电网发展的数字化技术仍不健全16 第三章中国智能电网的发展展望16 （一）中国智能电网发展方向17 （二）中国发展智能电网的政策建议19 参考文献21 摘要：智能电网的发展以低碳化、去中心化、智能化为核心，技术进步和市场机制是重要保障 2014年以来，中国智能电网发展加快，尽管中国电网仍以公用大电网为主导、计划经济特征依然显著，但智能电网新的影响因素明显加强，主要反映在可再生能源的跨越式发展、分布式电源的涌现以及用户侧对公平市场环境的要求提高。主要体现在： 首先，以风电、光伏为代表的可再生能源的跨越式发展是中国智能电网最显著特征。截至2021年底，中国可再 生能源装机规模突破10亿千瓦，其中风电、太阳能装机 均跃升至世界第一。中国提出2060年前实现碳中和的目标，风电、太阳能为主的可变可再生能源的规模化发展是实现碳中和的重要途径。但可变可再生能源的功率具有随机波动性的特点，如何解决电网调峰问题和发用电平衡问题，是发展智能电网的首要挑战。 其次，可再生能源具有分布广、密度低的特点，在靠近负荷的地方建设分布式电源成为可再生能源发展的最经济的方式，分布式电源的地位日益重要。分布式电源的发展，增强了用户侧参与电网调节和电力市场交易的能力和意愿，但也增加了传统电力调度运行机制的负担，也对传统的电力系统利益格局带来了冲击。 尽管中国智能电网在技术发展和市场化改革方面都取得了突破性的进展，但仍存在来自技术、机制等方面较多的挑战。首先是新能源的发展带来电网平衡困难和安全挑战；其次，建立支撑可再生能源、分布式能源发展的市场机制仍面临诸多束缚；再次，数字化的应用和推广仍不普遍，数字化业务水平仍处于初级阶段。 展望未来，智能电网的发展方向包括： 第一，发展多种储能技术，提升可变可再生能源的消纳能力。当前最经济有效的储能是抽水蓄能，中国推出了颇具雄心的抽水蓄能发展目标。但未来随着电化学等新 型储能技术的进步和成本的下降，新型储能也将成为储能的主力。同时，用户侧海量电动汽车，在合适的引导机制下也将成为重要的储能资源。 第二，以分布式电源为核心的局域微平衡支撑电网柔性发展。分布式电源的发展，将给中国电网带来更多元的发展趋势。预计至2030年，中国分布式新能源装机将达 到4亿千瓦，将形成海量的微电网与公用电网协同运行的格局，微电网内部的微平衡成为整个电力系统平衡的重要基础。 第三，数字化技术全方面应用于电力生产，全面支撑智能电网业务更高效运营，促进电力企业管理提升和业务转型。其主要应用包括：设备的在线监测、控制；智能运维的开展；对交易的全面支撑；高比例新能源电力系统的规划、仿真与运行等。 第四，用户侧新型主体广泛发展，形成多元的市场参与方式。包括电动汽车与电网的互动，通过虚拟电厂聚合可控负荷参与电网调节等。 第五，绿色交易体系发展健全。与传统能源相比，可再生能源具有低碳、绿色环保优势，但可再生能源调节性能差，在电力市场竞争中将处于明显的劣势。为了弥补可再生能源竞争力的不足，将逐步健全可再生能源的绿色交易体系。 为了促进智能电网的更快发展，建议加大新型储能、数字技术、智能微电网等技术的支持力度。同时，在市场机制上，健全适应高比例新能源新型电力系统的市场机制，完善绿电-绿证-碳市场协同政策，凸显可再生能源的环境价值，促进企业积极采购绿电。 第一章中国智能电网发展情况 2008年前后，中国提出以提升发、输、配、用各环节的智能化水平的智能电网建设的目标。与欧美国家相比，中国电网具有如下特点：很长一段时间内，中国电网发展的主要目标仍是满足快速增长的用电需求、继续加强以大电网为主导的网架结构、以及带有一定计划体制特点的供电体系。2014年以来，中国电力需求增速仍较快，电网企业延续原有大电网发展模式的惯性，但智能电网发展的新的影响因素明显加强，主要反映在可再生能源的跨越式发展、分布式电源的涌现以及用户侧对公平市场环境的要求。这些都需要电网提高其数字化和市场化水平，中国电网结构和形态发生了显著变化，智能电网的发展也日益呈现出集中式与分布式协调发展的特点。 同时，中国长期致力于开展电力市场改革，以价格为指挥棒促进各方主体积极参与，打破传统大电网为主的利益格局，释放电力行业活力，为智能电网发展提供了制度保障。所以渐进性的电力市场改革也成为智能电网发展的重要前提，特别是建立适应可再生能源发展的统一电力市场，形成用户侧广泛参与的公平市场环境，对于促进电网向绿色、智能、开放等方面转型至关重要。 （一）智能电网内涵的变迁 在中国，关于智能电网的概念，一直处于调整变化过程中。当前，参与智能电网研究和建设的主体主要包含：电网企业、学界和政府等，这些主体对智能电网关注的侧重点各不相同。电网企业关注大电网的安全发展，以应对新能源电力显著增长带来的挑战；学术界与社会企业更加侧重新能源、分布式电源以及用户侧业务模式创新，以促进电网发展的显著变革；政府侧重安全、高效、清洁的现代能源保障体系建设，重点促进可再生能源消纳、分布式能源发展、电力市场改革等方面，注重大电网与微电网的协同发展。 1.电网企业的智能电网战略 作为中国电网建设运行最重要的成员，国家电网在智能电网的研究和建设方面占据举足轻重的地位，国家电网主要从保电网安全角度出发，注重特高压电网的建设，以及采用数字化技术提升大电网的调度运行水平。 2014年，国家电网公司首次提出“全球能源互联网”的概念【1】，该概念是在原来“坚强智能电网”基础上的提升。根据国家电网的阐述，全球能源互联网是由智能电网、特高压电网和清洁能源三方面内容构成，强调建立以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网作为推动清洁能源发展和电能替代的核心【2】。 2016年起，为应对可再生能源的快速发展，国家电网对智能电网的概念逐步过渡到“能源互联网”的表述，以增强现代信息技术、物联网技术、智能控制技术等新技术的应用，实现电网与热网、燃气网、交通网的互联、互通，提升能源系统的韧性与调节能力。 2.学术界与社会企业对智能电网的理解 相对国家电网公司强调实现更高电压等级互联，维持统一大电网格局的目标，学术界更重视在配网侧和用户侧的广泛互动以及促进分布式能源的发展【3】。2015年4月，由清华大学发起的香ft科学会议“能源互联网：前沿科学问题与关键技术”学术讨论会在北京召开，来自25家 单位的50多位海内外知名学者参加了会议，形成了以用户侧、分布式电源为主的能源互联网发展观点【4】。学术界对智能电网的定义更侧重于多能互补、用户侧的公平对等参与，以及在传统能源网基础上引入互联网理念，主要内涵如下： （1）开放互联：多种能源的开放互联，各种设备与系统的开放对等接入，各种参与者与终端用户的开放参与，开放的能源市场和交易平台，开放的数据和标准等。 （2）以用户为中心：以用户个性化、多元化需求为中心进行商业模式创新。用户认可和广泛参与能有效增强能源生产、运行、交易、服务等各环节的价值。以用户为中心强调用户体验。 （3）分布式能源：分布式能源是推动能源互联网发展的重要动力，分布式电源的发展使更多用户成为产销者 （既是消费者，又是生产者），用户对于分布式电源即插即用的主张，以及发展智能微电网的需求，将打破电网经营的垄断，实现能源生产、消费的对等以及网状交易关系的产生【5】。 3.政府对智能电网的定位与支持 中国政府将智能电网建设作为电网升级的一项重要内容，将电网智能调度、配电网智能化升级、分布式能源与可再生能源消纳作为智能电网的重要任务，兼顾了大电网与微电网的发展要求。 2015年7月，国家发改委、能源局发布《关于促进智能电网发展的指导意见》，定义智能电网是在传统电力系统基础上，通过集成新能源、新材料、新设备和先进传感技术、信息技术、控制技术、储能技术等新技术，形成的新一代电力系统，发展智能电网是发展能源互联网的重要基础。文件提出了提升电网智能化水平、提高新能源消纳能力、引导用户参与和节能减排等10项任务。 2016年2月，国家发改委、能源局、工信部联合下发 《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》指出：“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。 2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会中宣布中国“碳达峰，碳中和”的目标，对于能源电力绿色低碳转型提出了总目标。2021年3月，中国提出构建新型电力系统的目标以支撑新能源的发展和绿色低碳转型目标，而智能电网建设是新型电力系统的重要构成。 2022年，国家发改委、能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》。针对电网智能化发展要求，提出推动新一代调度自动化系统、配电网改造和智能化升级等示范应用；针对分布式电源发展，提出推动智能配电网、主动配电网建设，提高配电网接纳新能源和多元化负荷的承载力和灵活性，促进新能源优先就地就近开发利用；积极发展以消纳新能源为主的智能微电网，实现与大电网兼容互补。在智能电网新技术和新业务创新方面，要求进行柔性直流、直流配电网、V2G、虚拟电厂、微电网等技术研发及示范应用，勾画出了智能电网的主要技术发展方向。 （二）中国智能电网的进展与成就 2014年以来，中国智能电网发