施耐德电气商业价值研究院出品www.se.com/cn绿色之径——新型电力系统行业洞察新型电力系统“势”与“融”2施耐德电气商业价值研究院成立于2021年5月。遵循严格的方法和为社会做贡献的使命，我们通过对中国经济、产业和商业进行严谨、实用和创造性的研究，为公众和商界提供融合全球智慧的专业洞见，致力于成为推动中国经济、社会和企业可持续发展的领先智库。我们的研究团队汇集了绿色智能制造、绿色能源管理领域的一线专家、深耕前沿技术的研发工程师、参与行业政策和标准制定的专家学者，也聚集了来自业界各科研院所的学术界领袖、为企业掌舵的管理层，以及来自于通讯、信息安全、互联网、管理咨询、市场研究等领域的生态伙伴专家。我们的研究内容涵盖行业、技术、宏观等方面，同时基于自身发展以及所提供的企业咨询服务中的积累，将深入探讨企业战略、研发管理、供应链管理、营销、财务、人力资源、品牌推广等话题，并与社会积极分享研究成果。我们的研究方法结合定性和定量分析，通过一线调研，以数据驱动分析，实现深层价值提炼，进而帮助企业中高管理层把脉宏观，见微知著，助力企业探索可持续发展之道，把握时代机遇，加速变革转型。施耐德电气商业价值研究院介绍目录CONTENTS序1高管之声2新型电力系统愿景图31应运而生——“双碳”目标与新型电力系统51.1清洁电力，能源脱碳的核心61.2清洁电力，需要新型电力系统82大势所趋——新型电力系统展望92.1清洁低碳，以新能源为主体是核心112.2安全灵活，新能源大规模应用的基础142.3数字化，为新型电力系统注入灵魂172.4市场化，辅助电力系统运转的新动力193融为一体——电力需求侧重塑213.1迎接新挑战223.2描绘新画像253.3践行新理念263.4打造新能力304上下求索——探索经验分享364.1欧瑞府——欧洲首个零碳园区374.2施耐德电气北京工厂——全国首家“碳中和”工厂39结语：道阻且长行则将至41关于作者42指导单位42致谢431序注[1]由施耐德电气提出，强调智能制造与绿色制造的融合、IT技术与OT技术的融合，通过渐进式的数字化转型，实现高生产力、高质量、高效率、高柔性、高安全的企业核心竞争力，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展当前，我们正处在一个新的变革时代，也在共同创造一个新的变革时代。碳排放水平已经成为衡量经济社会发展质量的一个核心考核指标，围绕着构建碳中和社会，中国正在进行一场深刻的能源革命。“十四五”是中国能源转型的关键期，在这个时期我们需要为能源低碳发展奠基，我们要完成能源系统的多元化迭代的政策架构，要全面推进能源产业的智能化升级，要营造更好的能源技术创新环境，要在能源供需多极化格局中重新构建能源体系的平衡稳定。能源转型的关键在电力，一方面电力行业二氧化碳排放量占我国能源行业排放总量的近50%，是减排的重点领域；另一方面，电力是非化石能源最重要的应用模式，电力行业是最具深度低碳潜质的行业。根据IEA的研究成果，超过90%的能源排放可以通过终端高比例电气化、发展可再生能源以及提高能效加以解决，因此电力低碳转型成为能源，甚至是全社会低碳发展的一个最核心环节。很高兴看到这个时期整个能源行业都在积极的应变，特别是一些龙头企业对于发展的深度思考是推动技术进步、商业模式创新的内生动力，这将为行业发展提供良好的指引。《绿色之径——新型电力系统行业洞察》即是这样的一份研究成果。报告分析了未来电力发展的需求，并描绘了“新型电力系统”的图景，同时也对构建新型电力系统中存在的一些问题做了分析阐述，最后将关注点锁定在需求侧，提出了需求侧发力对于构建新型电力系统的重要性，一方面，这能够带动更多的社会资源推动电力转型，另一方面配电和用电两个环节存在巨大的潜力，这是行业发展中的重要机遇。施耐德电气作为电气行业的全球领军企业之一，近年来基于其在能源和自动化领域的基础，深度推进数字化在能源领域中的应用，我们很期待看到通过其推动技术进步和商业模式创新，能够将“电力需求侧“这个“不听话的孩子”的潜力挖掘出来，推进电力转型、能源转型，助力碳达峰、碳中和目标的实现。李俊峰国家应对气候变化战略研究和国际合作中心首任主任中国能源研究会常务理事绿色之径——新型电力系统行业洞察2高管之声高管之声“构建新型电力系统过程的本质，就是适应新能源大规模接入的过程。基于施耐德电气的EcoStruxureTM架构，将机器学习、智能算法、云技术与传统配电技术、深度行业经验相融合，辅以数字化管理工具，助力各行业保障配电可靠性的同时，实现节能增效，迅速融入新型电力系统，从而获得更大成长空间。”——任婧，施耐德电气高级副总裁、能源管理低压业务中国区负责人“包括微网、储能系统等在内的新型电力系统新应用，将助力来自工业、建筑、数据中心、交通设施、园区等行业中的企业更有效地使用绿电，在“双碳”目标的实现道路上，成为引领行业发展的先行者。”——朱文沁，施耐德电气高级副总裁、关键电源业务中国区负责人“在‘双碳’目标引领下，随着以新能源为主体的新型电力系统的推进，供给侧新能源比例大幅增加，需求侧能源消费电气化快速提升，电网需要更灵活、更有弹性。施耐德电气绿色、数字化方案可以赋能电网提升新能源消纳，赋能需求侧能源消费电气化，在确保能源电力安全的同时，满足经济社会的可持续发展需要。”——徐韶峰，施耐德电气高级副总裁、能源管理中压业务中国区负责人“以数字化的产品、解决方案和服务赋能新型电力系统实现可持续发展。依托电力系统中海量数据的采集和分析，结合行业应用场景和领域专长，为客户在全生命周期中持续提升能源使用效率，助力绿色低碳、安全可靠、灵活高效的新型电力系统。“——魏嗣哲，施耐德电气副总裁、数字能效业务中国区负责人“所有的‘运动式’减碳，都是源于标准的缺失，希望通过我们这份报告，可以让您及企业找到减碳的核心价值所在。”——张磊，施耐德电气副总裁、数字化服务业务中国区负责人“实现碳中和，电气化是载体，而数字化为其注入了灵魂。”——高深，施耐德电气副总裁、中国研究院院长、施耐德电气商业价值研究院首席技术顾问“通过能源管理将数字化、清洁能源和传统电力技术深度融合，助力企业可持续发展。”——董杏丽，施耐德电气数字配电业务、全球研发与创新副总裁新型电力系统“势”与“融”3新型电力系统愿景图达成碳达峰、碳中和目标，构建清洁低碳、安全高效的能源体系是第一要务，而清洁电力则是能源转型的“牛鼻子”。在能源转型的过程中，电力系统的安全性是保障中国能源安全的重中之重，为适应新能源的大规模接入，保障电力系统安全可靠，新型电力系统应运而生。为了保障电力系统安全稳定运行、适应新能源发电比例和终端电气化率的快速提升，提升电力系统灵活性至关重要，每一个环节都将在构建的过程中发挥重要作用。通过多能互补和多类型多层级储能装置的结合，可以更好的平抑新能源出力的波动性。通过特高压输电工程、数字化技术应用、电力市场化体系改革，可以实现电力流、信息流和价值流的打通。最后，电力需求侧作为电力系统中的重要环节，通过构建源网荷储一体、产消一体、能源综合利用的新型需求侧结构，也将助力电力系统转型，达成安全、绿色、经济的最终目标。作为实现”双碳”目标的重要载体之一，新型电力系统成为过去一年来的热门话题，在电力行业乃至全社会都引起了广泛热议。施耐德电气商业价值研究院基于施耐德电气长久以来在电力行业的深耕，我们希望通过这份报告，描绘中国的新型电力系统愿景，分析其发展趋势和对需求侧的影响，发现其中的挑战与机遇，以期为中国电力需求侧转型提供借鉴。——施耐德电气商业价值研究院4供给侧：电网侧：需求侧：•新能源为主体•多能互补•安全灵活•特高压•电力市场化•数字化改造•源网荷储一体•综合能源服务•网荷互动风电分散式风电分布式光伏冷热电三联供新型储能抽水蓄能生物质制氢H2/NH3火电水电太阳能智能变电智能配电网侧储能DCDC核电新能源分布式能源分布式储能交直流混联配网主负荷柔性负荷特高压输电灵活调节电源储能H2氢气炼钢燃料电池......氢电耦合分布式储能虚拟电厂能源管理智慧楼宇工业电动汽车V2G新型基础设施其它可调节负荷源网互动网荷互动新型电力系统愿景图陆运/管道电力市场能量流价值流信息流(图1)来源：施耐德电气商业价值研究院51应运而生——“双碳”目标与新型电力系统6应运而生——“双碳”目标与新型电力系统能源消费,89%其它[2],11%二氧化碳等温室气体的过度排放是引起气候变化的主要因素，可导致全球变暖、加剧气候系统的不稳定性。气候变化是当前人类面临的全球性问题，需要全世界共同应对。以二氧化碳为代表的温室气体排放量与化石能源消耗量直接相关，要想实现碳中和，就要减少化石能源的消耗。因此，非化石能源占一次能源消费比重是量化我国碳达峰、碳中和进程的重要指标，而非化石能源消费的最主要形式是由非化石能源转化而成的清洁电力[1]。清洁电力在未来全球低碳转型的进程中，将扮演非常重要的角色。1.1清洁电力，能源脱碳的核心•非化石能源发电•电能替代•能效改善•……化石能源发电,45%其他化石能源排放，44%2020年中国温室气体排放来源构成及能源脱碳路径示意:(图2）数据来源：IEA(国际能源署)AnEnergySectorRoadmaptoCarbonNeutralityinChina注[1]清洁电力，这里指利用非化石能源转化而成的电能，包括太阳能发电、风电、水电、核电、生物质发电等。注[2]其它，包括非二氧化碳排放和非能源相关活动(如农业、林业)的温室气体排放。72020年和2060年我国非化石能源消费主要指标对比:注[3]摘自国际可再生能源机构（IRENA）GlobalRenewablesOutlook2020•电能是替代化石能源重要方式。电能通过电锅炉、电动机等设备能够转换成为热能、机械能，可以替代部分传统化石能源的终端需求。•电能可以大范围可靠配置非化石能源。通过发展太阳能发电、风电、水电、核电和生物质发电，可以提高电能的清洁化程度。•电能是串联其他能源的重要媒介。电能能够连接冷热电三联供、储能、热泵等综合能源系统中关键要素，有效串联水、气、热等能源的使用，是实现多能互补的关键媒介。根据国际可再生能源机构（IRENA）的测算，按照“1.5℃场景”考虑，到2050年全球能源相关碳排放将比当今水平下降70%，其中一半以上的减排贡献来自可再生能源（包括发电和终端用能部门），约1/4来自能效改善，加上直接和间接电气化（例如绿色氢能和电动汽车等技术），共可贡献90%以上的减排量[3]。因此，清洁电力是能源脱碳的核心。通过终端能源消费电气化，实现化石能源消费替代，通过电力生产清洁化，提升非化石能源发电比例，可以实现能源消费脱碳，助力我国实现碳达峰、碳中和目标。80%90%33.9%15.9%非化石能源占一次能源消费比重非化石能源发电量占全部发电量比例2020年2060年(图3）数据来源:中国电力企业联合会《中国电力统计年鉴2021》，《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，国网能源研究院《中国能源电力发展展望2021》+64.1%+56.1%绿色之径——新型电力系统行业洞察81.2清洁电力，需要新型电力系统非化石能源转化而来的清洁电力是能源脱碳的核心。然而，以太阳能发电、风电为代表的清洁电力，具有天然的随机性、波动性和间歇性特征，需要电力系统维持短时的功率平衡和长时限的电量平衡，给电力系统的安全稳定运行带来多重挑战。•从电力供给端来看，风电存在白天低、晚上高的逆负荷特性，光伏存在白天有、晚上无的特性，往往无法保持稳定的出力。随着以风电、光伏为代表的新能源装机渗透率的提升，将极大增加电网的稳定性风险，在时间和空间上的电力、电量平衡挑战增大。•从电力需求端来看，我国电网负荷峰谷差逐年加大。随着城市的发展、电气化程度的加深，工业领域中的电能替代，将进一步放大现有需求侧的峰谷差。交通领域中电动汽车保有量的增加，将打破原有以工业和居民用电为主的相对稳定的电能需求规律，这将进一步放大新能源接入对电力系统稳定性的冲击。在新能源成为主体能源的过程中，电力系统的运行平衡机制和统筹规划机制将出现质变。现有电力系统“源随荷动”，以计划性调度为主的运行逻辑将面临根本性挑战。因此，必须解决高比例新能源并网条件下，应对源-荷强不确定性的电力系统灵活性和运行稳定性问题。然而，现有电力系统并不能很好的解决这些挑战，一个可以适配以新能源为主体的新型电力系统应运而生。应运而生——“双碳”目标与新型电力系统92大势所趋——新型电力系统展望102021年3月15日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议，首次提出新型电力系统的概念，“要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。”概念提出以后，业内龙头企业、行业专家纷纷对其内涵进行了探索性解读。虽然尚无官方定义，但社会各界对其认识已趋于一致。基于多方观点和对电力系统的独立认知，我们认为：发展新型电力系统的过程，就是适应新能源大规模接入的过程。“以新能源为主体”是新型电力系统的核心特征。为了适应新能源发电比例和终端电气化率的快速提升，保障电力系统安全，需要提升电力系统灵活性，而数字化技术、电力市场化改革将有效促进电力流、信息流和价值流的打通。一个绿色低碳、安全灵活、多元互动及高度市场化的新型电力系统，将支撑“双碳”目标的达成。大势所趋——新型电力系统展望11在新型电力系统的构建过程中，将迎来四大趋势，这些趋势将深刻影响电力系统中的每一个环节。2.1清洁低碳，以新能源为主体是核心目前，我国的电力生产仍以煤电为主。2020年，我国全口径煤电发电量4.63万亿千瓦时，占全口径发电总量的比重为60.8％。新能源装机比重约26%，发电量占比仅11.2%[4]。随着我国碳达峰、碳中和进程的推进，以风电、光伏为代表的新能源装机量、发电量将逐步增加，我国电力清洁化程度也将大幅度提升。而在这个进程中，新能源的发电成本与发展布局将成为影响其发展的关键因素。58%49%29%48%69%78%风电太阳能装机比例风电太阳能发电比例2030年2050年2060年风电、太阳能装机及发电量比例预测:（图4）数据来源：国家发展和改革委员会委能源研究所《新能源发电政策和市场发展展望》注[4]摘自国家能源局《2020年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》绿色之径——新型电力系统行业洞察12中国不同电源LCOE预测:(图5)数据来源：WoodMackenzieBattleforthefuture2021:AsiaPacificpowerandrenewablescompetitivenessreportAnalysisofpowertechnologyandgenerationcosttrends(LCOE)1.新能源发电成本快速下降经济性是新能源大规模发展的先决条件。随着技术进步和规模化发展，以光伏、风电为代表的新能源发电LCOE[5]正在逐年下降。目前中国的集中式光伏和陆上风电的LCOE已经低于超超临界[6]煤电，新能源+储能电源形式的LCOE可能在2030年低于化石能源。注[5]平准化度电成本，LevelizedCostofEnergy，简称LCOE，是用于评估和比较不同能源生产方法的衡量标准。能源生产资产的LCOE可以被认为是在假定的生命周期内每单位总发电量建造和运营资产的平均总成本。注[6]超超临界，指的是锅炉内工质的温度或压力，一般来讲，蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界。大势所趋——新型电力系统展望0.80.70.60.50.40.30.20.102020超超临界煤电气电集中式光伏陆上风电光伏+储能风电+储能203520252040203020452050LCOE元/kWh132.集中式与分布式并重“三北”地区是我国风能、太阳能资源最丰富的地区，而我国的负荷中心则集中于中东部地区，负荷中心与资源中心逆向分布的地域特征，是制约我国新能源发展的主要矛盾。为解决这个矛盾，需要从多方面着手：•多能互补的大基地。由于新能源发电存在明显的波动性和间歇性特点，特高压线路全部输送新能源电力难以实现。我国“十四五”规划中指出，“要建设一批多能互补清洁能源基地”，通过搭配一定比例的可调节电源，如火电、水电等，实现多能互补，促进新能源消纳。•特高压输电。2020年，22条特高压线路年输送电量5318亿kWh，其中可再生能源电量2441亿kWh，同比提高3.8%，可再生能源电量占全部输送电量的45.9%[7]。打通了资源优势与经济优势的转换通道，在一定程度上缓解了我国负荷中心与资源中心的不平衡性。•分布式新能源。分布式能源具有布置灵活、能源利用效率高等优势。理论上，发展接近负荷中心的分布式新能源经济性最优，是除特高压工程和多能互补大基地方式外，有效解决逆向分布矛盾的另一种重要方法。“我国东部地区城市应优先开发和使用‘身边来’的能源，同时再加上西电东送的“远方来”的能源，东部能源自给和西电东送相结合，不应坐等西部供应东部，而应转变思路，进行能源自产自销，持续提高能源自给比例。”[8]未来我国将通过多能互补的大基地建设、跨区域特高压外送和分布式新能源建设等方式，构建集中式与分布式并重的可再生能源发展格局，促进新能源发展。注[7]数据来源:国家能源局《2020年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》注[8]摘自国家电网报作者中国工程院院士、中国工程院原副院长杜祥琬绿色之径——新型电力系统行业洞察142.2安全灵活，新能源大规模应用的基础新能源发电的波动性和间歇性要求电力系统必须具备灵活性。若电力系统欠缺灵活性，当常规电源的调节能力不足，无法满足系统净负荷的变化时，为了保证电力系统安全稳定运行，需要在用电需求不足时削减新能源出力，或是在用电高峰时期切除负荷，分别对应“弃风弃光”和“有序用电”的情况。这将会直接影响新能源的消纳，制约新能源的发展。德国是新能源渗透率最高的国家之一。2010年德国弃风率仅0.33%，但随着可再生能源发电量占比接近30%，弃风率开始呈上升趋势，到2016年，德国弃风率已经上升至4.3%。2020年，我国风电+光伏发电量占比约9.5%，弃风率3.5%，弃光率2%。随着我国新能源发电量占比的提升，弃风弃光压力将持续增大，对电力系统灵活性的需求将愈发强烈。因此，需要从多个方面提高电力系统的安全性和灵活性。2010-2016年德国弃风率变化趋势:(图6)数据来源：国家发展和改革委员会能源研究所《京津冀与德国电力系统灵活性定量比较研究》17%23%24%26%29%29%4.36%4.95%2.80%0.92%0.70%0.83%0.33%2010201120122013201420152016可再生能源在发电量占比弃风率20%大势所趋——新型电力系统展望151.扩大调节电源规模现有技术手段中，火电的灵活性改造能大幅改善系统灵活性。已建成的煤电机组通过热电解耦、低压稳燃等技术改造可将最小稳定出力降至20%-30%的额定容量，且单位千瓦投入仅高于需求侧管理。在改善系统可靠性的同时，能够促进可再生能源的大规模消纳。2.增加储能容量未来以新能源为主体的电力系统，仅依靠火电的灵活性改造无法充分满足灵活性需求。储能作为一种柔性电力调节资源，可以改善和增强电力系统灵活性。在“供过于求”情景下，可以储存多余的风电、光伏出力；在“供不应求”情景下，可以放电缓解短时电力短缺。储能系统在不同场景均发挥着重要作用：•电源侧：新能源+储能、可再生能源制氢的模式有利于平抑新能源的出力波动，从而促进集中式新能源并网消纳；•电网侧：抽水蓄能+新型储能可以辅助电网实现调峰、调频需求，提高稳定性；•负荷侧：可以利用市场机制（如分时电价、电力现货交易、需求响应等）和分布式新能源结合提升电能清洁化水平，降低用电成本，也有利于保障负荷侧供电的可靠性和连续性。Time储能灵活性调节示意图:用电功率发电功率充电放电kW(图7)数据来源：SolarPowerEurope通过充放电调节功率差绿色之径——新型电力系统行业洞察163.挖掘需求侧资源电力系统要时刻保持供需平衡。传统的做法是在负荷需求高时增加发电机组出力，但负荷高峰时段往往持续时间较短，为了满足这部分需求而增加的发电和输配电投资利用率很低，因此减少或者延迟需求侧的电力负荷来实现供需平衡，这便是需求侧响应的核心。通过固态技术实现数据采集，数据处理，终端控制一体化，可以预测并防止负荷激增。通过植入需求管理功能实时响应负载变化，可以提高电力系统的灵活性。2020年浙江省通过工厂、商场、电动汽车充电设施等电力用户参与需求调节，运用市场手段汇聚了577万千瓦削峰负荷、322万千瓦填谷负荷的“资源池”，实现削峰填谷。相当于少建一座500万千瓦级的大型电站。[9]总而言之，在新能源替代传统化石能源的低碳转型进程中，扩大调节电源规模，对燃煤、燃气电厂进行灵活性改造；增加储能容量，包括抽水蓄能和新型储能；挖掘需求侧潜力，如需求侧响应和虚拟电厂技术。将共同成为构建电网系统灵活性和稳定性的基础，保障新能源大规模应用。注[9]摘自中国电力网《国网浙江电力发布高弹性电网需求响应三年行动计划》大势所趋——新型电力系统展望172.3数字化，为新型电力系统注入灵魂数字化浪潮正在影响各行各业，传统汽车行业在电动化和数字化的双重推动下，正发生颠覆性的革命；BIM[10]技术正在成倍提升建筑行业的工作效率；在生活中，IoT[11]技术的应用将生活起居中的照明、冷暖、家电等设施实现互联互通，极大的提升了生活品质。同样，以新能源为主体的新型电力系统需要大量的信息采集和运行分析，以确保电网的安全稳定和可靠供电。数字化技术，如人工智能、云计算、5G等，将在发、输、变、配、用、储等各个环节实现全方位应用，推动电力系统数字化转型。“数字化是重要趋势。例如数字孪生技术、可视化技术，可以对配电网的运行品质和管理提升提供很大帮助。未来，在电力交易环节，随着虚拟电厂技术的应用，也需要很多数字化技术，来支撑电力交易。”——国网上海能源互联网研究院技术研发总监吴鸣注[10]建筑信息化模型，BuildingInformationModeling，简称BIM。注[11]物联网，InternetofThings，简称IoT。绿色之径——新型电力系统行业洞察181.数字化技术助力保障电网安全性电力设备的数字化为数据采集、分析及更高级别的控制和管理提供了基础，是实现整个电力系统智能化的基础。升级改造传统电力设备，不仅是在传统电力设备基础上叠加一些数字化功能，而是完全以适应数字化电网的环境、流程和要求作为产品开发的出发点，这种设计理念叫作“数字化原生”或“数字化原生设计”。在整个生命周期和项目流程内，采用数字化原生设计的设备都能够更好地响应数字化环境下各种应用场景的需求。同时应用输电线路智能巡视、智能变电站技术、智能配电站、微电网、智能网关等先进技术，提升输变电数字化水平，从而实现智能化运维。利用智能化手段替代人工进行高效资产运维，实现对状态的感知、监控和自动处理，最终实现电力资产的全面检测、实时在线、科学管理和智能运维，提升电网防范安全风险能力。[12]2.数字化技术支撑电网灵活性提升过去的电力体系具有“源随荷动”的特点，高度依赖电力调度，具有较强的计划性。未来，在分布式电源发展、传统电力用户向产消者转型、需求侧深度电气化趋势下，电力的供需随机性、互动性大大提高，源网荷储各个环节相互耦合并深度互动。I.源网互动在电力系统中，利用先进数字化和电力电子技术，加快智能、主动、柔性交直流混合配电网的发展，提高新能源与负荷的“可观、可测、可控”水平，提升馈线自动化水平，能够提高电网对分布式新能源的主动消纳能力。II.网荷互动以分布式电源和储能为核心，打造微电网或虚拟电厂。通过分布式能源管理系统，将配网中的分布式电源、可控负荷和储能系统进行整合调控，作为特殊电厂参与电力市场和电网运行，可以更好的协调电网与分布式能源间的矛盾，挖掘分布式能源和储能对电网和用户带来的价值。以V2G[13]技术为例。我国是全球最大的电动汽车市场，随着电动汽车保有量的快速攀升，车辆充电带来的电网供电压力将进一步增加。在V2G双向充电技术运用下，可以达到减缓电网压力、节省充电成本、助力电网智能化转型等优势。因此，发展数字化技术，以数据为核心生产要素，推进能量流和信息流的深度融合，将为新型电力系统的运行注入灵魂。注[12]摘自《电力“新基建”发展模式和路径研究》施耐德电气，中国科学院科技战略咨询研究院，华北电力大学，中国能源网注[13]车辆到电网Vehicle-to-grid，简称V2G，指电动汽车给电网送电的技术，其核心是利用大量电动汽车的储能源作为电网和可再生能源的缓冲。大势所趋——新型电力系统展望192.4市场化，辅助电力系统运转的新动力[14]在新型电力系统的电力供需平衡过程中，电价政策和机制将成为市场配置资源的基础，可以有效调动各环节的积极性，提升系统灵活性。改革完善现有电价机制和政策，促进实现以新能源为主体、“源网荷储”一体化协同发展，是构建新型电力系统的重要动力。理论上，完整的电力市场包括三大部分：电能量市场、辅助服务市场和容量市场。前两者与电力系统运行相关，最后者与电力规划相关。未来还将与绿电、绿证、碳排放交易等市场联动，共同发挥作用，服务“双碳”目标。电力市场架构和电价体系:(图8)数据来源：施耐德电气商业价值研究院1.容量市场激励，促进电力系统灵活性建设随着新能源的大规模接入，为应对新能源出力不稳定、随机性大的特点，我国将开展大规模的火电灵活性改造，建设抽水蓄能电站和新型储能，以保障电网稳定性。容量市场激励，将有效分摊电力投资企业的建设和改造成本、提高其盈利性和建设积极性，进而吸引更多的社会资本参与其中，以更高的效率实现新型电力系统的建设。上网电价输配电价销售电价统购统销辅助服务费用调节电源抽水蓄能新型储能需求响应负荷容量补偿电价计划轨电能量市场发电企业电网企业居民/农业用户工商业用户辅助服务市场容量市场市场轨市场化交易电价•中长期市场•现货市场（试点）分时销售电价直接调整间接影响注[14]本小节内容来源：落基山研究所绿色之径——新型电力系统行业洞察20目前，我国现行电力市场体系下，对有效容量激励不足，容量价值无法最大化发挥。截至2019年底，仅完成火电灵活性改造5775万千瓦[15]，不足“十三五”规划目标的30%。以英国为例。容量市场是英国第三次电力市场改革的重要组成部分，于2014年开始运行，通过增加发电商未来收益的确定性，从而保证电力供应的安全，同时还降低了用电高峰时期的电价，通过补偿灵活容量为间歇式低碳能源的并网提供支持，在满足电力需求和电网可靠性运行之间达到了良好的平衡。随着电力市场化改革的深入，相应政策正在逐步完善。目前，抽水蓄能的两部制电价政策已经落地，山东等部分地区已探索构建容量补偿电价机制。未来随着容量市场激励政策的不断完善，将有效促进电力系统的灵活性提升。2.辅助服务市场，挖掘需求侧潜力电能的生产与消费需要实时平衡，维持平衡的方法无外乎“开源”、“节流”。由于新能源的置信容量较低，当装机总量进入平台期，社会的电气化水平仍然持续提升，电力系统不可能永远单方面“开源”。换一个角度来看，即使此时仍然通过新增发电机组来满足最高峰的需求，这些机组在非高峰时段也会面临利用率低的问题，并非经济的解决方式。这类似于在黄金周期间，高速公路往往不足以承载出游车辆，容易导致全国大规模堵车。但如果按照黄金周的车流量规划高速公路的建设，则会造成大部分时段的资源浪费以及高速公路投资回收期过长等问题。当电力系统面临高峰需求持续增长、可调度机组增速滞后的难题，迫切需要系统提高尖峰负荷管理能力。此时，“节流”势在必行，而需求侧的灵活性具备可迅速到位、成本较低的优势，是辅助电力系统平衡的重要方式之一。就如同引导民众合理出游、错峰出行一样，电力系统同样需要通过错峰、避峰、轮休、让电、负控限电等一系列措施，实现“有序用电”。未来，随着电力市场改革的完善，通过现货市场、需求侧响应激励等多种市场化手段，动态管理需求侧灵活性资源，用电企业主动调整用电活动，减少或增加用电，或者向电网反送电，以促进电力供需平衡，同时最大化自身利益。从而推动需求侧灵活性大规模、高效率、可持续地发展。总而言之，清洁低碳、安全灵活、数字化和市场化四个大趋势，将影响到未来新型电力系统中的每一个环节。而与此同时，每一趋势也都与需求侧息息相关。通过分布式新能源和用户侧储能的建设，可以有效改善我国能源布局，更高效的利用可再生能源，也有利于保障电网供电的可靠性和连续性。伴随对配网和用户侧的数字化升级，以及电力市场化改革的深入，与分布式新能源、储能系统结合还可以更加充分的调动需求侧响应资源，支撑电力系统稳定，保障国家能源安全。因此，重塑需求侧将是未来新型电力系统中的关键一环。注[15]数据来源：《煤电灵活性改造为啥这么慢》中国能源报2020.06大势所趋——新型电力系统展望213融为一体——电力需求侧重塑22在全社会低碳转型的大背景下，构建新型电力系统的过程中，新能源电站投资、特高压输电工程等环节得到了更多关注。而作为电力系统中重要的一环，需求侧涉及的面更广，社会各个行业的电力用户也将参与到这场变革中来。在配电与用电两个环节，存在着诸多转型的迫切需求和潜在机遇。3.1迎接新挑战1.愈发强烈的低碳需求应对全球气候变暖，是全人类共同面临的挑战。在碳达峰、碳中和的社会进程中，企业自身除了履行社会责任，多重外部因素也共同促使其参与其中：•“有序用电”困局：2021年下半年，能耗双控政策，叠加能源供应紧张、产业结构变化、极端天气等多重因素迫使许多企业因有序用电而停产。•“碳税”：欧盟提出“碳边境调整机制”，2023年起将对欧盟进口的部分商品征收碳关税，这一机制将会涉及中国的钢铁、电解铝、水泥等行业，极大地影响出口企业的产品竞争力。•融入零碳产业链，拓展业务合作伙伴：全球越来越多的大型企业宣布了各自的碳中和计划，除了产品本身的品质和性价比外，供应商的碳管理能力也将左右下游企业的选择。以苹果公司为例，其宣布到2030年在整个业务、制造业供应链和产品生命周期中实现碳中和的目标。作为苹果产业链上最大的零部件生产组装国，中国的苹果供应商同样会受到苹果碳中和目标的影响。在减碳这个长期“指挥棒”的引导下，需求侧急需通过低碳转型破解以上难题，清洁电力的作用将加速显现，进一步推动需求侧加速电气化替代、电能生产清洁化。以青海电解铝行业为例，从能耗双控的角度来看，青海同时进入了能耗强度降低和能源消费总量控制的一级预警名单，亮起了“两盏红灯”[16]，行业将面临限电限产。但青海是国家清洁能源示范省，2020年，青海全年清洁能源发电量为847亿kWh，占比超过80%。高耗能企业通过使用更多的可再生能源，既实现了低排放，又促进了当地可再生能源的消纳，将有助于实现地方经济和清洁发展的双赢，在经济发展和生态环境质量改善之间寻找到结合点。融为一体——电力需求侧重塑注[16]来源：国家发展与改革委员会《2021年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表》232.不断上升的碳排放成本在碳达峰、碳中和的大背景下，为引导全社会共同努力达成“双碳”目标，企业乃至个人所面对的碳排放成本，都将逐步增加。未来，企业用能成本除了常规的电量电费、容量（需量）电费外，还可能会面临惩罚性电价、绿色溢价（绿电溢价/绿证/碳排放配额）等碳排放成本，并且这部分成本有持续增加的趋势。I.惩罚性电价从全国范围来看，为推动节能减排、优化产业结构、淘汰落后产能、促进企业进行低碳转型，高耗能企业的用电成本正不断增加。以浙江省为例，2021年10月3日，浙江省发布《浙江省关于建立健全高耗能行业阶梯电价和单位产品超能耗限额标准惩罚性电价的实施意见（征求意见稿）》，针对八大高耗能行业和数据中心等九个行业的高耗能重点用能企业征收惩罚性电价。如连续两年整改不到位，最高将加价0.35元/kWh。II.绿色溢价越来越多的用电企业为满足自身低碳转型的需求，会通过单独购买绿电、绿证或参与碳交易市场而达到碳抵消的效果，绿色溢价已经显现。在电力行业纳入碳排放权交易市场后，未来石化、化工、建材、钢铁、有色金属、造纸、航空行业也将陆续纳入全国碳市场，碳排放配额成本可能进一步升高。推高的碳配额交易价格将传导至绿证和绿电交易市场，进一步推高企业的综合用能成本。今年以来，欧盟的碳价一度高达34欧元/吨左右，约合人民币260余元/吨。而预计到2030年，我国碳排放配额成本也将增长至160~200元/吨[20]。成本折合度电成本绿电溢价[17]0.03~0.06元/kWh0.03~0.06元/kWh绿证[18]价格25~50元/MWh0.025~0.05元/kWh碳排放交易[19]41.12元/吨0.04元/kWh(表1)绿色溢价成本注[17]数据来源：2021年9月7日，我国绿色电力交易试点首次交易完成79.35亿千瓦时，成交价格较当地电力中长期交易价格增加3-5分/千瓦时。广东2022年电力市场年度交易结果显示，绿电成交均价较煤电基准价高6分/千瓦时，较火电成交均价高1.7分/千瓦时。注[18]绿证，即绿色电力证书，是国家对发电企业每兆瓦时非水可再生能源上网电量办法的具有独特标识代码的电子证书，是非水可再生能源发电量的确认和属性证明以及消费绿色电力的凭证。以无补贴绿证为例，2021年下半年，平均单张绿证价格为50元/MW。主流国际绿证TIGRs交易价格在25-30元/MWh。注[19]数据来源：截至2021年12月20日，全国碳市场碳排放配额（CEA）累计成交量1.34亿吨，累计成交额55.07亿元，平均碳价预期为41.12元/吨。注[20]摘自清华大学气候变化与可持续发展研究院《读懂碳中和中国2020-2050年低碳发展行动路线图》绿色之径——新型电力系统行业洞察243.用电安全与质量的风险新型电力系统的构建过程，伴随着我国工业结构的又一次变革，来自供给侧和需求侧的变化一同对用电安全和电能质量提出了新的挑战：I.电网波动性风险增加未来，配电网中的分布式新能源规模化接入、电力电子元件应用比例提升，配网侧的电力潮流方向变为双向流动。电力用户自身伴随着更多工艺流程的电气化替代，电动汽车、智能用电等交互式设备大量接入，用电负荷日趋复杂化和多样化，终端无序用电将会增加净负荷峰谷差，功率波动问题更加突出。谐波丰富、冲击性和不平衡特征的负荷影响着配电电网，使得供电的连续性和波动性风险增加，影响用电安全。II.电能质量要求提高现代信息技术的进步推动着我国芯片、半导体、精密制造等行业冲刺发展，计算机、微处理控制器等精密仪器、设备大量使用，多重因素叠加下，用户对电能质量的要求越来越高。电能质量问题是非正常停机、设备故障、甚至是设备损坏的主要原因之一。工厂、医疗设施、数据中心、办公大楼供电的可靠性和连贯性，是电力供应系统的重中之重。当今，所有的非正常停机中，有30%-40%是由电能质量问题所引起的。例如，在工业领域，由于电能质量问题造成的经济损失可以达到该工厂百分之四左右的年营业额，通常近似等于一个工厂每年总电力费用的支出额度。融为一体——电力需求侧重塑253.2描绘新画像挑战之中往往蕴含机遇。随着新型电力系统的构建，清洁低碳、安全灵活、数字化与市场化的大趋势将不断影响电力系统中的方方面面。传统电力需求侧的配电体系是以网电为主体的供电网络，电力用户和电网之间是简单的供需关系。然而，随着低碳需求、成本需求和安全质量需求不断变化，传统的配电网络也将发生巨变。新的电力需求侧将建设多种多样的分布式新能源电站、储能设施，提高本地绿色电力的使用比例，拥抱数字化，改善能效水平和资产管理水平，建立起一整套完善的综合能源管理体系，实现对“不可能三角”[21]的破局。面向2060年的碳中和社会，我们尝试描绘一个未来电力需求侧的新画像：未来新型电力系统的需求侧系统，将是一个个拥有多种形式分布式能源、储能基础设施、柔性智能配电网络和可观可控负荷的源网荷储一体化的微型电力生态系统。它通过数字化终端设备、绿色能源管理体系和新型电力电子技术，优先利用本地分布式清洁能源，促进平衡消纳，实现削峰填谷。与电网或其他微型电力生态系统进行电力流、信息流、价值流实时交互、灵活响应，相互支撑，实现清洁低碳、节能高效、成本最优、安全可靠的目标。电网高压网络传统变压器生产、生活负荷中压网络低压网络传统与未来配电网结构对比:左图：传统电网需求侧配电网结构右图：新型电力系统需求侧配电网结构(图9)来源：施耐德电气商业价值研究院注[21]概念源自《突破“不可能三角”：中国能源革命的缘起、目标与实现路径》，郑新业著，北京：科学出版社，2016.03微型电力生态高压中压低压冷热电三联供工业楼宇建筑新型基础设施分布式储能可调节负荷电动车双向潮流分散式风电分布式光伏DCDCDCDC信息流电力流能量管理系统电能路由器交直流混联绿色之径——新型电力系统行业洞察263.3践行新理念转型想要成功，首先必须在思想层面、理念层面有足够深的认知。人们常说“理念先行”，这一点同样适用于电力需求侧重塑的过程中。1.一张蓝图绘到底电力需求侧转型不是一蹴而就的，需要与碳中和规划一道，设计10年乃至更长时间的转型规划。如何构建以清洁电力为核心的完整顶层设计，保障整个过程有序进行，是许多企业面临的难题。从全局的角度，运用系统性的方法梳理实现清洁低碳、用能成本降低和安全可靠不同目标的优先级，各方面、各层次、各要素统筹规划，可以集中有效资源，高效快捷地实现目标。•摸现状：长期规划的第一步往往是清楚现状与目标的差距。“摸清家底”并不简单，老旧的电力设备与不完善的表计系统，难以支撑对企业现有用电情况的准确分析，众多复杂的工艺流程相对应的碳排放则更难测算。•做规划：以终为始，将清洁低碳、成本降低和安全可靠作为电力需求侧转型的终极目标，结合企业发展的不同阶段，制定相应的目标节点与进程轨迹。构建以清洁电力为主体的、多样化能源供应结构，通过精准测算，配置转型所需的新能源电源。从而有效提高本地绿色电力使用比例，降低碳排放，并实现用能成本优化。•留接口：电力技术的发展非常迅速，新技术的出现往往具有革命性的作用，而在现阶段来看，往往无法准确预测。那么在规划过程中，做好系统的开放性设计，提高系统兼容性，有助于在未来的过程中不断吸纳新技术、新应用。融为一体——电力需求侧重塑272.构建系统级架构抓住新型电力系统构建过程中的机遇，实现电力需求侧转型，打造需求侧的微型电力生态，涉及到系统内部的统筹管理和与系统外部的互通互联。传统的单一视角或单一维度的产品难以实现，需要构建起一套非常清晰的系统级架构，而这个过程对应四个方面的思维转变：I.从分散管理，到集中调控企业配置分布式新能源后，自身电能管理环节增加，涉及发电、配电、用电等多个环节。以上系统，过去往往由不同的企业提供设备、独立运行，不同子系统采用独立的操作与管理系统，极大的增加了管理难度，不利于实现分站点的信息可视化和能源经济分配。在既有和新增设备上进行统一规划，打通内部各个环节的信息采集壁垒，实现统一调控，将彻底改变能源管理系统效能。企业的电力设备时时刻刻都在运行，成百上千个电力设备可能产生亿万级的数据信息，以数字化手段监测系统运行状况，保障电气资产健康，同时简化运维操作并持续优化，已成为众多企业当前的普遍需求。如医院、商业建筑、机场、工厂、数据中心等，这类对供电连续性要求高、设备分散且需要集中管理、运维管理难度大的用电场景，关键运行数据的实时展示、监控，跨资产关键数据对比分析将有效降低资产管理的复杂度。II.从单一的电能，到多种能源综合利用企业最终的目标是整体碳中和，以及综合用能成本最优。因而，改变以往供电、供气、供冷、供热等各种能源供应系统单独规划、单独设计和独立运行的既有模式，打通电力与其他能源管理通路，通过综合能源管理系统实现互通互联，构建以电力系统为核心的综合能源管理体系，可以有效实现企业整体碳减排和综合能效提升。多能互补提高效率降低成本分布式光伏分散式风电电负荷冷负荷生活热水生产热源生产气体分布式燃气余热发电电储能储冷储热柴油发电（备）大型园区应用场景工业商业发电用电多能互补系统示意图:(图10)来源：施耐德电气商业价值研究院绿色之径——新型电力系统行业洞察28施耐德电气EcoStruxureTM架构体系：(图11)来源：施耐德电气应用、分析与服务边缘控制互联互通的产品EcoStruxureTMPowerAdvisor电力顾问EcoStruxureTMMicrogridAdvisor微网能源顾问PMBOX主动运维专家继电保护EvoPacTHVX视频监控MTZPowerTagMTZNSX弧光保护ION9000FDM12D局放特性环境温湿度★内置BMMEPSHubThermalTagEPSHubEPSHubEPSHubEPSHubEPSHubEthernetEPSHub不间断电源滤波器/无功补偿设备DVR/DVRS动态电压恢复设备ATSF-TempE-TempPM电能监测模块WPFP消防设备电源监控系统WEFP/D电气火灾监控系统PowerTagLinkSIB以太网智能终端PowerTagLinkModbus智能接口PowerTagNSXPowerTagFDVigilohmSmartSPDPOI站控专家POA5负载自动控制PO电力监控系统云网关防火墙PO/BUSWAY智能母线专用监控系统FE施耐德千里眼TM运维专家T300智能配电自动化终端POT智能配电站控终端EcoStruxureTMBuildingAdvisor云能效TM楼宇顾问EcoStruxureTMPowerOperationAdvanced智能配电一体化运管维系统EcoStruxureTMAssetAdvisor施耐德千里眼TM资产顾问云端中压配电变压器低压主配电母线系统关键电源低压分配电公共及动力设备配电III.从系统内部管理，到与外部互通互联众多现行的能源管理系统缺少与外部互通互联，未能实现与电网联动，缺少与碳交易、电力交易环节的打通，这使得系统本身缺少与外部互通。面对日益严格的安全、可靠、合规性要求，急需提升系统运行敏捷性，建立应急减载机制。增加对可调柔性负荷的整体管理和调度策略，提升能源调度灵活性。这样有利于在极端天气下的离网事件中保障系统本身的安全，同时，可以准确参与到需求侧响应或电力交易过程中，获得收益和降低成本的机会。IV.从就地管理，到云端应用与分析现有大部分设备均为就地显示和控制，在充分保障数据和信息安全的前提下，云端应用具有多重优势，如更好的业务连续性、更好的拓展性等。未来，需求侧能源管理系统将构建互通互联的产品硬件、边缘控制、云端应用与分析服务三层架构，数据实时采集、上传、云端分析并给出建议，实现IT与OT的融合。IFEIFM融为一体——电力需求侧重塑PO电力监管控系统★多种传感器293.全生命周期考量投资分布式电源、储能、能源管理系统等设备与系统，是一个前期投资大，需要在后续数年中逐步回收成本，并最终实现低碳转型和经济效益的过程。由于其效果或投资回报周期较长，企业或用户往往因为未来的回报缺少确定性而倾向于降低前期投入，而这并不可取。在未来的系统建设或方案落地过程中，企业应该转变思路，从关注初始投资成本，变为对方案全生命周期成本与效果的考量。同时，随着电力设备与器件数量的增长，企业的电力资产正变得日益庞大和复杂，对电力或其他资产的管理难度陡然提高。资产的利用效率低、重复购置现象严重，对系统稳定运行及后期维护提出严峻挑战。因而，利用数字化手段，实现对电力资产的系统化管理，对降低设备的全生命周期成本影响重大。建立一套完整的资产管理平台，基于云架构大数据分析，充分发掘数据价值，实现数据智能诊断，能够有效减少传统人为分析的盲点和人力成本：•平台可以对所有运行参数和电力数据等进行组合调用、对比分析，对设备运行过程中的故障隐患进行预警提示。•对设备进行老化率分析，生成健康诊断报告，直观展现设备运行的系统风险、设备健康及紧急程度，定位优先级。•对电气系统及设备性能进行全面评估，提出整体改进建议，并评估投入成本及预期收益。以充电桩场景为例。在中国，充电站数量正在迅速扩张，但充电桩的分布非常分散，不便于运营管理。通过数字化的资产管理手段，可以准确定位故障站点地理位置信息、确定故障信息，主动分析与呈现各个充电桩的电能使用情况，从而提升维护效率和准确率，有效提升运维管理效率，进而实现区域化集中运维，降低运维成本。从简单的数据采集，到预测和建议，从被动修复到主动预警，从诊断项目部署到服务关系对接，从专业缜密的推送方案到细致完整的设备设施健康报告，从传统的多人次巡检、抄表、手动记录运行日志到无人或少人值守、设备运行日志全生命周期记录，基于电力资产健康管理的预防性维护可以提供全方位的专业守护，保障系统的安全稳定运行，节省成本。绿色之径——新型电力系统行业洞察303.4打造新能力应对清洁低碳、经济高效、安全可靠的挑战，实现电力需求侧转型，不仅需要管理者转变思路，也需要打造一套适配于新型电力系统的新能力。1.绿色电力，拥抱低碳转型电力需求侧完成能源清洁化的方式有很多，例如购买绿色电力、绿证等。但如前文所述，不断上升的绿色溢价和不断下降的新能源投资成本，共同推动了分布式新能源的发展，也让电力用户拥有独立的新能源电站成为可能。I.最大化利用分布式绿电通过建设分布式新能源，使用自产的清洁能源来取代主电网或本地化石燃料发电机产生的全部或部分能源。通过储能实现可再生能源存储，在新能源出力不足时消耗储存的电力，实现能量的时间转移，进而最大化利用自产绿色电力，实现清洁低碳与用电成本降低的效果。最大化利用绿色电力，除了拥有分布式新能源电站、储能系统等基础硬件设施外，另外两点能力至关重要：•出力与负荷预测。能源功率预测是能量管理的基本输入。微电网边缘网关通过与云数据交换，获得气象信息数据（比如光强和风力），通过数学模型计算并进行中期、短期的发电预测。另一方面，电力用户自身的用能规律同样重要，只有将用电预测与功率预测相结合，才能实现控制清洁电力出力与储能配合，保障电力供需平衡。•能量管理。能量管理可以实现多种功能。基于出力与负荷预测而进行多种形式的能量调度，实现网电与分布式电源的出力分配，在微网内部将可再生能源渗透率提到最大。实现不同用电环节间的负荷分配，以出力和负荷的平衡策略来确保电压和频率稳定。当出力不能平衡负荷的时候切除非优先级负荷，实现甩负荷；在企业自身用电与储能需求全部满足的条件下，按照并网协议以及电力公司的信号来管理电量的并网送出，实现倒送电管理。在自身分布式绿电充分利用的基础上，如果仍不能满足用电需求，还可以选择通过分布式能源就近交易、绿电交易等方式进行补充，从而实现100%使用绿色电力的目标。融为一体——电力需求侧重塑31II.更绿色的电气设备在使用清洁电力的同时，电气设备本身的“绿色”程度同样重要。《京都议定书》根据人类活动所产生的温室气体数量以及不同温室气体对气候变暖的影响力，提出了六类需要全人类警惕并严厉控制其排放量的温室气体。在这六种温室气体中，二氧化碳最广为人知，但被忽视的其他温室气体同样有着惊人的破坏力。为了更加直观地对比不同温室气体对气候变暖的影响，科学家们提出了全球变暖潜能值GWP[22]这一科学的衡量指标，该指标将二氧化碳的GWP设定为相对衡量标准1，而六氟化硫的GWP则达到了惊人的22800。仅仅1千克的六氟化硫，对全球气候变暖的影响与24个人搭飞机来回伦敦与纽约一趟排放的二氧化碳相当。由于六氟化硫具有十分优异的绝缘性和灭弧性，被广泛的应用于各类电气设备中，如断路器、高压开关、高压变压器、高压传输线、互感器等。更让人担心的是，由于六氟化硫是人工合成气体，且具有相当稳定的化学性质，当它排放到空气中后，极不易与其他物质发生反应，因此它更容易形成长期的累积，对全球变暖的影响也就更加严重。因此，在我们尝试通过清洁电力改善碳排放的同时，也要将绿色电气设备纳入考量，例如无六氟化硫的开关柜等，并应用更多采用再生塑料、再生金属制成的电气设备。只有具备了以上的绿色硬件设备与相应的能量管理能力，才能更好的适应新型电力系统的发展，并通过绿色电力拥抱低碳转型。22800二氧化碳甲烷氧化亚氮全氟化碳六氟化硫氢氟碳化物120001810298251六种温室气体全球变暖潜能值对比[23]:(图12)数据来源：IPCC,联合国政府间气候变化专门委员会《SafeguardingtheOzoneLayerandtheGlobalClimateSystem》注[22]全球变暖潜能值，GlobalWarmingPotential，简称GWP。一般指的是在限定的100年时间框架内，不同温室气体产生的温室效应相对于相同效应的二氧化碳的质量。注[23]氢氟碳化物数值以二氟一氯甲烷数据作为代表值，全氟化碳以三氟甲烷数据作为代表值。绿色之径——新型电力系统行业洞察32注[24]两部制电价，是将与容量对应的基本电价和与用电量对应的电量电价结合起来决定电价的制度，主要适用于315kVA以上的大工业用户。注[25]摘自《国网浙江电力发布高弹性电网需求响应三年行动计划》中国电力网作者陈丽莎2.数字运营，实现降本增效I.数字化能量管理，实现用电成本降低搭建完整的能量管理系统，可以实现不同用电环节间的负荷分配，以出力和负荷的平衡策略来确保电压和频率稳定。基于对分布式新能源和需求侧储能进行优化整合、负荷塑形参与电力市场交易，能够改善能源结构，优化成本。•利用峰谷电价差实现电量成本下降。对分布式新能源和储能进行优化整合，根据分时电价，实现分布式电源、用电设备、储能经济调度，以获得更低的平均度电电价，优化电量电费，改善能源结构并优化成本。•售电收益。在未来，随着电力交易体系的不断完善，能量管理系统可以与周边微电网、电力交易市场及大型分布式发电站共享和联动。在自身用电与储能需求全部满足的条件下，按照并网协议以及电力公司的信号来管理电量的并网送出，通过余电上网或“隔墙售电”的方式获得发电收益。•负荷管理降低需量电费。设定容量阈值，制定分布式电源运行策略，运用储能在用电高峰时段发电，大工业用户可以降低最大用电负荷，从而节省两部制[24]下的需量电费。•需求响应赚取收益。通过分布式新能源、储能系统、负荷管理，实现微电网辅助主网运行，亦可通过虚拟电厂技术参与需求响应，获得额外收益。截至2020年底，全国范围内共有九个省市开展了电力需求响应工作。在杭州萧山，中国电信杭州分公司数据中心完成浙江首家数据中心的电力需求响应，1小时“让”出的10500千瓦负荷，可提供给5000户居民生活用电，数据中心因此获得65600元补贴——未来，杭州各大数据中心配套电力容量将达到该市新增供电能力的四分之一，其中蕴含巨大“负荷资源富矿”[25]。融为一体——电力需求侧重塑33II.数字能效优化，节能增效的新阶段传统意义来讲，人们往往将节能增效与降低成本联系起来。在碳中和的大背景下，节能增效被赋予了新的意义，更高效的利用能源将有助于在电力尚未完全脱碳的情况下降低碳排放。随着民众意识的转变与企业精益化管理理念的提升，节能增效被越来越多的人了解并应用。我们将节能增效的过程分为三个阶段：被动节能增效，主动节能增效，数字化节能增效。目前大部分的企业已完成或正在经历前两个过程，而由于人或企业的用能习惯以及工艺流程不合理所造成的能效问题往往最难改变。随着数字化浪潮的到来，数字化技术正在大规模地颠覆商业模式，重组成本结构，重新定义效率和可持续发展。•被动型节能增效。即可以减少热损失的装置、低功耗设备等，最常见的是楼宇的外墙保温，节能灯、高效变频器等；•主动节能增效。其最主要的特点是实现自动化，通过诸如优化装置和设备的使用、不需要时关闭设备、将电机或供热装置调节到最优化水平等措施。最常见的形式包括电机系统实现变频和自动化，楼宇照明系统通过声光感应实现照明控制等。•数字化节能增效。数字化技术将帮助企业和组织，通过数字化的形式约束并改变用能习惯、发现工艺流程中的改进点，完成节能增效的最后一步，数字化节能增效的时代已经到来。当企业或组织的能耗数据实现全面计量，集中化可视监测，便可以支持数据分析，多形式呈现水电气的不同介质能耗数据。在此基础上，实现对未来用能趋势的预测，将实际能耗与能源管理目标进行实时比较和跟踪。通过机器学习的方式，进行智能诊断，覆盖空调、供热、水系统、动力、空气压缩、生产等多种能源设备，归类显示诊断问题，确保电能的最大使用效率以及设备的最优使用，最终给出节能方案建议和完整的节能方案。楼宇中冷水机组的能耗占空调系统能耗的50%左右，冷水机组的运行节能是空调系统节能中最重要的部分。以水冷定变频离心冷水机组为例，其最高效的运行区间在负荷率100%~50%之间，当负荷率低于50%时，COP[26]值下降较快。当楼宇中有多台冷机，且制冷需求不高时，传统的运行策略导致所有机组运行在低效区间，没有完全发挥冷水机组高效区的性能优势，造成了极大的能源浪费。通过对制冷负荷的管理和预测，将部分冷机关停，其余冷机在高效率区间运行可以有效实现节能降耗约15%。注[26]制冷系数，也称制冷性能系数，CoefficientOfPerformance，简称COP，是指单位功耗所能获得的冷量，是制冷系统(制冷机)的一项重要技术经济指标。制冷性能系数大，表示制冷系统(制冷机)能源利用效率高。绿色之径——新型电力系统行业洞察34注[27]动态电压恢复器（Dynamicvoltagerestorer，简称DVR）,是指带有储能装置（系统）的串联补偿装置，拥有补偿有功功率的能力。注[28]有源功率因数校正技术(ActivePowerFactorCorrection,简称APFC)，能提高电力电子装置网侧功率因数，降低线路损耗，节约能源，减少电网谐波污染，提高电网供电质量。3.配电升级，保护用电安全和质量传统配电网潮流只能从变电站单方向流向用户，随着越来越多的分布式新能源发电建设，传统配电网面临的重大挑战，急需馈线升级，满足终端分布式能源上网需要。同时，电动汽车与电网的友好互动也可能成为未来配电网运行调度的重要手段，以上这些都迫切要求配电网向智能化过渡。I.新型电力电子技术新型电力电子设备（如DVR[27],APFC[28]）,通过DVR实现电压骤升/骤降，功率因数，谐波等条件下的动态补偿，保障供电连续性，提升电能质量，为电子厂房等关键负荷应用保驾护航。II.数字孪生技术随着仿真建模、物联网、大数据及人工智能技术日趋成熟，数字孪生技术将助力打造配电网络的孪生体，为电网辅助规划设计、运维管理、调度指挥、故障处理、智能干预等提供数字化支撑。在微电网场景下，数字孪生技术可以结合IoT设备，对微电网各发电设备尤其是分布式电源进行实时状态管理。在变电站场景下，通过应用数字孪生技术，可实现电站漫游、IoT设备状态信息监测、设备详细信息管理、运维管理、设备故障排查、智能巡检管理等。随着相关技术和规范进一步发展和完善，数字孪生技术还有望越来越多地融入到电网设计规划、建设及运维等全生命周期内的各个环节，不断提高配网弹性。“数字孪生是实现人机交互的重要桥梁，可以说是电力物联网和电力数字化转型升级的技术支撑。国家提出构建以新能源为主体的新型电力系统，电力系统的结构、运行逻辑、交易方式、商业模式、技术形态与管理机制都将发生重大变化，数字孪生技术将成为助力电网应对挑战的得力能手。”——施耐德电气高级副总裁、能源管理中压业务中国区负责人徐韶峰融为一体——电力需求侧重塑35III.智能电网技术未来电力系统将呈现微电网、有源配电网、局部直流电网等新形态电网与大电网协同发展格局。•局部直流电网。可以更高效可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷。随着数字化技术的不断发展，直流配电技术高效、可靠、敏捷的优势也将逐步显现。•微电网。作为一个可定制电源，微电网可满足用户多样化需求，如增强局部供电可靠性、降低馈电损耗、利用废热提高效率、作为不可中断电源服务等。微电网还作为一个可以改变大小的智能负载，为本地电力系统提供了可调度负荷，能在数秒内做出响应满足系统需要，适时向大电网提供有力支撑。综上所述，在全社会共同构建新型电力系统的过程中，对于电力需求侧而言，既充满挑战、也蕴含机遇。利用清洁低碳、安全灵活、数字化和市场化的四大趋势，帮助电力需求侧实现低碳转型、降本提效、安全可靠的三大目标，是考验每一个管理者的机遇之战。绿色之径——新型电力系统行业洞察364上下求索——探索经验分享37作为实现”双碳”目标的重要载体之一，新型电力系统的构建之路漫漫，无数探索者仍在不断寻找新方法、新技术。施耐德电气一直将可持续发展作为战略核心，长期坚持并融入业务，愿将一些案例分享与所有探索者。4.1欧瑞府——欧洲首个零碳园区2014年，施耐德电气携手合作伙伴欧瑞府以及德国能源署，把柏林舍内贝格区的一座废弃煤气站，打造成欧洲第一、世界领先的零碳园区。欧瑞府零碳科技园位于柏林市区西南方，占地5.5公顷，有25幢建筑，150家创新型企业，近3500人入驻。100多年前这里是煤气站，也是当时最前沿的能源技术。现在，这座园区与零碳能源技术有机融合，继续引领时代发展潮流。(图13)欧瑞府园区绿色之径——新型电力系统行业洞察38借助施耐德电气与合作伙伴联合设计的零碳方案，欧瑞府通过以电力为核心的完整能源系统，完成了向“零碳”的转变：I.可再生能源供应•光伏、风电、地热等可再生能源得到了灵活有效的利用。•利用生物甲烷进行热电联产。•电动汽车智能充电站的电来源于本地绿色能源，并支持双向充放电。•储能电站、园区的储热、储冷及热泵保障了用能的灵活性，可满足园区60%供热需求。•配有氢能加氢站，可服务于小型氢能汽车。•通过灵活电力市场交易实现对电能的有效补充。II.建筑绿色能效•云能效软件：每个建筑约超1000个测量点，用于管理冷热需求，实现设备的能效优化控制和调节。•所有的新建筑都是“绿色建筑”，获得LEED能源性能标准认证并获得铂金级别。III.低能耗环保产品•节能降耗的电气设备。•如无六氟化硫中压开关设备等。IV.智能集成•园区微电网EMA系统，可实现整体的能量调度，对应电力市场不同价格时段，执行不同的能源使用方案。•资产管理系统，可实现园区内部所有能源资产的集中管理和维护。这一零碳方案是兼顾社会效益与经济效益的超前规划，基于EcoStruxureTM架构的数字化方案——能源管理与整体智慧园区的云边端结合整体数字化方案，确保整个园区在运营阶段实现碳中和。自2014年建成以来，德国欧瑞府零碳科技园稳达德国与欧盟的2050气候目标，园区80%-95%的能源已从可再生能源中获得，并且验证了经济上的可行性，为全世界零碳园区打造了标杆，已经成为德国能源转型创意灵感的象征。上下求索——探索经验分享394.2施耐德电气北京工厂——全国首家“碳中和”工厂碳中和趋势下，如何拥抱新型电力系统，采取积极行动，关乎企业的生存与发展。在打造“碳中和工厂”过程中，施耐德电气充分发挥了电力的核心作用，实践了清洁能源部署、搭建数字化能源监控系统、持续提升能源使用效率等多条路径。首先，部署清洁能源。北京工厂部署了施耐德电气在中国最大的光伏项目基地，安装在厂房楼顶的光伏板，装机容量达2400kW，年发电量224多万kWh，实现绿色能源占到全厂能源使用的30%，每年可减少2000余吨碳排放。(图14)施耐德（北京）中低压电器有限公司绿色之径——新型电力系统行业洞察40其次，搭建数字化能源监控系统。数字化能源监控系统，是追踪产品或项目的全生命周期“碳足迹”，进行碳核查，以及获得能源使用数据的基础。施耐德电气北京工厂通过安装数以万计的传感器，搭建数字化监控系统，实现能源数据的广泛采集、互联互通，以及各项能效指标的可视化管理，并通过大数据的监测和分析，实现各项能效指标持续改善。为保障分布式能源的高比例稳定接入及高效管理，北京工厂部署了施耐德电气基于绿色能源管理理念的EcoStruxureMicrogridAdvisor微网能源顾问（以下简称EMA微网能源顾问）创新解决方案。EMA微网能源顾问基于人工智能技术，结合电价信号、历史数据、天气预报和运行时间表等信息，通过运行模型预测控制算法，能够更精准预测工厂微电网边界内的能源供需变化，并基于实际用电需求，协调光伏发电量与储能系统运作，最大程度消除电力峰谷差。通过EMA“智慧大脑”，厂区可实现从新能源发电端，到电能储存、负荷用电需求的完美平衡，极大优化能源调度，显著提高工厂新能源电力的渗透率和经济效益，真正让厂区实现了分布式能源的“产消者”。持续提升能源使用效率，充分挖掘节能减排潜力。施耐德电气北京工厂通过节能改造和能源系统的优化，一年能节约10万度电，在过去三年内能源消耗降低了10%，单位产值能耗亦逐年降低。施耐德电气还通过持续改进包装的循环利用，进一步减少约1606吨碳排放。目前，工厂产品的包装已全部改为可回收材料。供应商提供的零部件包装也正在逐步推进放弃一次性包装，改用循环包装。最终，经过中国船级社质量认证公司的碳中和认证并获颁“碳中和”证书，施耐德电气北京工厂成为全国首家“碳中和”工厂，成为施耐德电气“绿色”发展之路上的又一里程碑。上下求索——探索经验分享41结语：道阻且长行则将至作为世界上最大的发展中国家，最大的碳排放国，最大的原油和煤炭进口国，这三重身份让经济发展、清洁低碳、能源安全三大难题交织在一起，使我国的能源转型之路充满挑战。而电力作为目前唯一可以实现规模化脱碳的能源类型，必将承担起实现”双碳”目标的重任。展望2060年的碳中和社会，新型电力系统如同未来社会的血脉，而无数个遍布各行各业的、源网荷储一体的微型电力生态系统，将共同成为新型电力系统的“血液末梢”。远方清洁能源基地的电力通过特高压网络源源不断的输送，就近的分布式能源与之相辅相成；电化学储能、氢能、热储能等各种类型的储能系统以丰富的层次、敏捷的响应速度支撑着局域配电网的平稳运行；数字化终端时刻采集着海量的数据，通过能量管理系统将电、水、冷、热、气综合管理，与能源市场实时互动，合理调度能源使用，实现清洁、经济、安全的最优控制。美好的未来就在前方，尽管转型之路注定漫长，也充满各种挑战。或许诸多我们现在奉为圭臬的方法都将过时，亦或许那些我们曾觉得遥不可及的畅想终能成为现实。但只要一路前行，我们终将到达。42关于作者熊宜施耐德电气商业价值研究院院长王枭智施耐德电气商业价值研究院能源知识管理专家刘鹤楠施耐德电气商业价值研究院知识管理专家周炎施耐德电气低压配电产品构架师刘雨菁落基山研究所中国电力组总监古月施耐德电气商业价值研究院联席院长王照施耐德电气电网行业解决方案架构师刘仁慧施耐德电气商业价值研究院知识管理专家周心睿施耐德电气能源管理低压业务行业市场经理施耐德电气商业价值研究院管理委员会指导单位关于作者43致谢我们由衷感谢参与此次调研的行业专家和企业专家，感谢他们抽出宝贵时间与我们分享远见卓识。同时，也感谢施耐德电气内部研发团队、行业团队、产品团队及施耐德电气商业价值研究院同事们的付出和努力。特别鸣谢[29]：高振海施耐德电气数字能源服务业务首席技术师郭玉锦施耐德电气云能效产品经理贺金杭施耐德电气微电网解决方案架构师刘坚国家发改委能源研究所、国家可再生能源中心副研究员吕志勇施耐德电气可持续发展咨询业务负责人吴鸣国网上海能源互联网研究院技术研发总监谢洹成都华茂能联科技有限公司首席运营官注[29]按姓名首字母顺序排列绿色之径——新型电力系统行业洞察44施耐德电气(中国)有限公司北京市朝阳区望京东路6号施耐德电气大厦邮编：100102电话：(010)84346699传真：(010)65037402上海分公司上海市普陀区云岭东路89号长风国际大厦6层,8-9层,11-13层邮编：200062电话：(021)60656699传真：(021)60768981广州分公司广州市天河区珠江新城金穗路62号侨鑫国际金融中心大厦20层02-05单元邮编：510623电话：(020)85185188传真：(020)85185195武汉分公司武汉市东湖高新区光谷大道77号金融港B11邮编：430205电话：(027)59373000传真：(027)59373001西安分公司西安市长安区郭杜街道丈八八路26号2F邮编：710065电话：(029)65692599传真：(029)68798831深圳分公司深圳市南山区科苑南路3099号中国储能大厦7楼A-C单元和8楼邮编：518000电话：(0755)36677988传真：(0755)36677982成都分公司成都市高新区世纪城南路599号天府软件园D区7栋5层邮编：610041电话：(028)66853777传真：(028)66853778乌鲁木齐办事处乌鲁木齐市新华北路165号广汇中天广场21层XTUVW号邮编：830001电话：(0991)6766838传真：(0991)6766830呼和浩特办事处呼和浩特市新城区迎宾北路7号大唐金座4楼402室邮编：010010电话：(0471)6537509传真：(0471)5100510哈尔滨办事处哈尔滨市南岗区红军街15号奥威斯发展大厦21层J座邮编：150001电话：(0451)53009797传真：(0451)53009640长春办事处长春市解放大路2677号长春光大银行大厦1211-12室邮编：130061电话：(0431)88400302/03传真：(0431)88400301沈阳办事处沈阳市东陵区上深沟村沈阳国际软件园860-6号F9-412房间邮编：110167电话：(024)23964339传真：(024)23964296大连办事处大连市沙河口区五一路267号大连软件园17号大厦201-I室邮编：116023电话：(0411)84769100传真：(0411)84769511天津办事处天津市滨海高新技术产业开发区华苑产业区(环外)海泰创新六路11号施耐德电气工业园2号楼5层邮编：300392电话：(022)23748000传真：(022)23748100石家庄办事处石家庄市中山东路303号世贸广场酒店办公楼12层1201室邮编：050011电话：(0311)86698713传真：(0311)86698723太原办事处太原市府西街268号力鸿大厦B区805室邮编：030002电话：(0351)4937186传真：(0351)4937029银川办事处银川市兴庆区文化西街106号银川国际贸易中心B栋13层B05邮编：750001电话：(0951)5198191传真：(0951)5198189济南办事处济南市市中区二环南路6636号中海广场21层2104室邮编：250024电话：(0531)81678100传真：(0531)86121628青岛办事处青岛市崂山区秦岭路18号青岛国展财富中心二号楼四层413-414室邮编：266061电话：(0532)85793001传真：(0532)85793002烟台办事处烟台市开发区长江路218号烟台昆仑大酒店1806室邮编：264006电话：(0535)6381175传真：(0535)6381275兰州办事处兰州市城关区广场南路4-6号国芳写字楼2310-2311室邮编：730030电话：(0931)8795058传真：(0931)8795055郑州办事处郑州市金水路115号中州皇冠假日酒店C座西翼2层邮编：450003电话：(0371)65939211传真：(0371)65939213洛阳办事处洛阳市涧西区凯旋西路88号华阳广场国际大饭店9层邮编：471003电话：(0379)65588678传真：(0379)65588679南京办事处南京市建邺区河西大街66号明星国际商务中心A座8层邮编：210019电话：(025)83198399传真：(025)83198321苏州办事处江苏省苏州市工业园区苏州大道123号汇金大厦1907-1908单元邮编：215123电话：(0512)68622550传真：(0512)68622620无锡办事处无锡市高新技术产业开发区汉江路20号邮编：214028电话：(0510)81009780传真：(0510)81009760南通办事处南通市工农路111号华辰大厦A座1103室邮编：226000电话：(0513)85228138传真：(0513)85228134常州办事处常州市新北区太湖东路101-1常发商业广场5-1801室邮编：213022电话：(0519)85516601传真：(0519)88130711扬中办事处扬中市环城东路1号东苑大酒店4楼666房间邮编：212200电话：(0511)88398528传真：(0511)88398538合肥办事处合肥市胜利路198号希尔顿酒店六楼邮编：230011电话：(0551)64291993传真：(0551)64279010重庆办事处重庆市渝中区瑞天路56号企业天地4号办公楼10层5、6、7单元邮编：400043电话：(023)63839700传真：(023)63839707杭州办事处杭州市滨江区江南大道618号东冠大厦5楼邮编：310052电话：(0571)89825800传真：(0571)89825801宁波办事处宁波市江东北路1号中信宁波国际大酒店833室邮编：315040电话：(0574)87706806传真：(0574)87717043温州办事处温州市龙湾区上江路198号新世纪商务大厦B幢9楼902-2邮编：325000电话：(0577)86072225传真：(0577)86072228南昌办事处江西省南昌市红谷滩赣江北大道1号中航广场1001-1002室邮编：330008电话：(0791)82075750传真：(0791)82075751长沙办事处长沙市雨花区万家丽中路二段8号华晨世纪广场B区10层24号邮编：410007电话：(0731)88968983传真：(0731)88968986贵阳办事处贵阳市观山湖区诚信路西侧腾祥.迈德国际一期(A2)1-14-6邮编：550002电话：(0851)85887006传真：(0851)85887009福州办事处福州市仓山区浦上大道272号仓山万达广场A2楼13层11室邮编：350001电话：(0591)38729998传真：(0591)38729990厦门办事处厦门市火炬高新区马垄路455号邮编：361006电话：(0592)2386700传真：(0592)2386701昆明办事处昆明市三市街6号柏联广场A座10楼07-08单元邮编：650021电话：(0871)63647550传真：(0871)63647552南宁办事处南宁市青秀区民族大道111号广西发展大厦10楼邮编：530022电话：(0771)5519761/62传真：(0771)5519760东莞办事处东莞市南城区体育路2号鸿禧中心B417单元邮编：523000电话：(0769)22413010传真：(0769)22413160佛山办事处佛山市祖庙路33号百花广场26层2622-23室邮编：528000电话：(0757)83990312传真：(0757)83992619中山办事处中山市东区兴政路1号中环广场3座1103室邮编：528403电话：(0760)88235979传真：(0760)88235979海口办事处海口市文华路18号海南君华海逸酒店6层607室邮编：570105电话：(0898)68597287传真：(0898)68597295施耐德电气大学中国学习与发展学院北京市朝阳区望京东路6号施耐德电气大厦邮编：100102电话：(010)84346699传真：(010)84501130施耐德电气(中国)有限公司北京市朝阳区望京东路6号施耐德电气大厦邮编：100102电话：(010)84346699传真：(010)84501130©2022施耐德电气保留所有权。文中出现的施耐德电气产品商标为施耐德电气及其子公司和附属公司财产。文中出现的其他企业或品牌商标为其所有者财产。未经施耐德电气书面授权，不得以任何方式复制、抄袭、影印、翻译本文档的任何内容。凡转载或引用本文任何观点、数据等信息，请注明“来源：施耐德电气”。9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