需求側(cè)能效管理是以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)必不可少的內(nèi)容，它反映了更加科學的電力系統(tǒng)管理思路。

在新型電力系統(tǒng)中，基于綜合智慧能源系統(tǒng)的需求側(cè)能效管理至關重要。其通過優(yōu)化虛擬電廠、微電網(wǎng)等技術手段，充分發(fā)揮多能互補優(yōu)勢，降低綜合能源服務成本，充分利用能源數(shù)據(jù)，提高需求側(cè)能源和設備的利用率，同時滿足電動汽車接入帶來的新要求，可以有效推動綜合能源系統(tǒng)的高效運行。

需求側(cè)資源很重要，發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)

需求側(cè)資源是實現(xiàn)能效管理的重要基礎，主要包括靈活性資源和廣義儲能資源。靈活性資源是指具備跟隨調(diào)度指令調(diào)整功率的能力的資源，如備用電源、儲能系統(tǒng)、電動汽車、傳統(tǒng)發(fā)電機(包括火力發(fā)電機組、燃氣輪機、水力發(fā)電等)。需求側(cè)資源具有多種形態(tài)，包括電、氣、冷、熱等，且體量龐大，例如家用空調(diào)、中央空調(diào)、電動汽車、數(shù)據(jù)中心、電氫耦合等。根據(jù)全球知名研究公司Counterpoint發(fā)布的數(shù)據(jù)，預計到2030年，我國電動汽車的電池裝車容量將達到57億千瓦時，集中式儲能裝機容量也將達到10億千瓦時。

目前的需求側(cè)資源具有如下特點：一是總體規(guī)模大，但單體容量小。其二是需求側(cè)資源的參數(shù)參差不齊，行為高度不確定。例如分布式光伏發(fā)電、風力發(fā)電等分布式電源的出力具有不確定性，電動汽車的使用情況也難以準確預測。三是能量供給偏低，上下調(diào)整幅度有限。四是成本結(jié)構(gòu)復雜，物理系統(tǒng)的勞損、人的舒適性等成本難以刻畫。五是需求側(cè)資源的管理涉及多學科交叉，復雜性較高。

需求側(cè)資源在快速增長的同時，也面臨總體供需不平衡、系統(tǒng)靈活性資源配置與挖掘不足的問題。比如，從整個系統(tǒng)角度來看，在沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，如廣東、江蘇、上海等地需求負荷大，在西北地區(qū)，如新疆、甘肅、陜西等地則擁有豐富的風光資源，供需矛盾較為突出。

基于此，需求側(cè)能源系統(tǒng)發(fā)展也面臨以下六個問題。

一是多能互補優(yōu)勢發(fā)揮不充分：用戶用能多樣化，但能源利用效率不高，需促進新能源就地消納。二是綜合能源服務成本較高：用戶作為能源受體，無法承受昂貴的綜合能源轉(zhuǎn)換、存儲等設備成本，阻礙多能耦合發(fā)展。三是能源數(shù)據(jù)難以充分利用：產(chǎn)生的能源小數(shù)據(jù)沒有得到充分利用，缺乏用戶側(cè)數(shù)據(jù)分析和決策支持。四是能源設備利用率不高：需求側(cè)用戶缺乏能源互濟、閑置資產(chǎn)復用的能源市場機制，存在閑置資產(chǎn)和重復購買設備的現(xiàn)象。五是電動汽車接入提出新要求：電動汽車的快速發(fā)展對能源網(wǎng)的調(diào)度控制、充能設施規(guī)劃產(chǎn)生新要求。六是需求側(cè)協(xié)同調(diào)度理論及優(yōu)化方法復雜性：主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、多時間尺度、多目標、大規(guī)模、非線性等因素導致求解難度較大。

虛擬電廠和交通電氣化領域值得關注

需求側(cè)能效管理是以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)必不可少的內(nèi)容，它反映了更加科學的電力系統(tǒng)管理思路。數(shù)字電網(wǎng)將引導用電側(cè)的用戶合理用電，積極參與電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟和高效運行，有效匯聚海量可調(diào)節(jié)資源，支撐電力系統(tǒng)實時動態(tài)響應。在這一過程中，虛擬電廠、微電網(wǎng)等技術發(fā)揮著重要作用，交通電氣化也會助力數(shù)字電網(wǎng)的構(gòu)建。

今年4月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《關于加快推進虛擬電廠發(fā)展的指導意見》提出，鼓勵虛擬電廠開展業(yè)務創(chuàng)新，提供節(jié)能服務、能源數(shù)據(jù)分析、能源解決方案設計、碳交易相關服務等綜合能源服務，拓寬收益渠道。

利用數(shù)字技術在線組建虛擬電廠，將分散的電源和柔性負荷聚少成多，可以促進發(fā)電側(cè)與負荷側(cè)的雙向互動。這是傳統(tǒng)物理電網(wǎng)做不到的，數(shù)字電網(wǎng)卻可以實現(xiàn)。虛擬電廠可以進行組合優(yōu)化與容量配置，通過優(yōu)化調(diào)度實現(xiàn)內(nèi)部和外部的協(xié)同優(yōu)化。虛擬電廠通過先進的信息通信技術和軟件，將分布式發(fā)電機組、可控負荷、儲能系統(tǒng)、電動汽車等結(jié)合起來，作為一個獨立的特殊電廠進行操作運行，用于參與電力市場或提供聚合輔助服務。

通過虛擬電廠的運行機制，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)能源和新能源互補協(xié)同調(diào)度與電網(wǎng)的優(yōu)化運行，以最大限度地平抑新能源電力的強隨機波動性，提高新能源的利用率。在交易過程中，虛擬電廠可以根據(jù)實時的系統(tǒng)狀態(tài)和預測數(shù)據(jù)進行滾動優(yōu)化調(diào)度，從而更好地適應實際系統(tǒng)的運行需求，提高系統(tǒng)的魯棒性。

交通電氣化是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要手段之一。電動汽車的發(fā)展不僅推動了電網(wǎng)建設的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，還促進了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。含電動汽車的調(diào)度控制體系在滿足電動汽車充電需求的前提下，基于合理有效的經(jīng)濟激勵和技術支撐，控制電動汽車進行充放電，進而參與電網(wǎng)經(jīng)濟運行與輔助服務，改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量，為微電網(wǎng)提供調(diào)頻服務，提高可再生能源利用率。電動汽車規(guī)模化增長將促進路網(wǎng)與電網(wǎng)的深度融合，為適應日益增長的交通電氣化需求，未來將打造電動汽車+數(shù)字電網(wǎng)深度互動的智慧能源網(wǎng)絡。

建智能微電網(wǎng)需“共享+互補”

綜合智慧能源系統(tǒng)可以有效地提高能源利用效率，實現(xiàn)可再生能源的規(guī)?；_發(fā)，實現(xiàn)能源的可持續(xù)供應，提高能源供應的靈活性與安全性。

微電網(wǎng)是綜合智慧能源系統(tǒng)中的重要組成部分。隨著數(shù)字化技術與微電網(wǎng)技術的進一步結(jié)合，微電網(wǎng)清潔化、多能化、微型化和開放化成為可能。如今的配電網(wǎng)呈現(xiàn)交直流混合柔性電網(wǎng)與微電網(wǎng)等多種形式協(xié)同發(fā)展態(tài)勢。微電網(wǎng)技術結(jié)合數(shù)字技術創(chuàng)新，以及平臺經(jīng)濟、共享經(jīng)濟、網(wǎng)絡協(xié)同、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)等新模式新業(yè)態(tài)，有助于提高服務效率和用戶體驗，支撐業(yè)務創(chuàng)新，幫助用戶不斷釋放需求潛能。智能微電網(wǎng)能夠提高供電可靠性，解決高滲透率分布式電源并網(wǎng)問題，有望逐步在工業(yè)園區(qū)、偏遠地區(qū)等推廣應用。

目前微電網(wǎng)發(fā)展面臨三方面挑戰(zhàn)，我們也在研究應對方案。

第一個挑戰(zhàn)是源荷雙側(cè)功率波動。解決技術與方案有兩個：一是互補混合儲能，能量型蓄電池參與經(jīng)濟調(diào)度，平緩并網(wǎng)功率波動，功率型超級電容實時抑制高頻功率波動。二是滾動優(yōu)化調(diào)度，每一步調(diào)度都會根據(jù)最新系統(tǒng)狀態(tài)和預測數(shù)據(jù)進行反饋校正，以更好地適應實際系統(tǒng)。

第二個挑戰(zhàn)是分布式新能源消納。出路是通過能源互聯(lián)網(wǎng)共享實現(xiàn)新能源消納。作為一種新興商業(yè)模式，共享能源機制要求使用權(quán)和所有權(quán)分離。市場的關鍵在于賦予供需雙方自由競爭、自由選擇的權(quán)利，通過閑置資產(chǎn)和服務的再分配、共享以及重復利用實現(xiàn)資源優(yōu)化。

華南理工大學愛思科團隊提出“能源共享云”的概念，定義為一個由云平臺和云用戶群構(gòu)成的開放式能源共享環(huán)境，兼顧區(qū)域微電網(wǎng)與能源產(chǎn)消者的優(yōu)勢?；谶@種微電網(wǎng)概念的共享模式或?qū)⒕哂幸韵绿攸c：降低用戶對設備的投資成本，引導其他用戶改變用電行為;促進剩余能源在用戶之間的互濟，提高能源設備的利用率;用戶在共享能源/設備的同時，可以獲得相應的收益，進一步提高用能經(jīng)濟性。

第三個挑戰(zhàn)是多能源互補難度大。發(fā)展多能互補系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運行技術對于經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護都具有重要意義。構(gòu)建高效的多能源系統(tǒng)可以實現(xiàn)多能協(xié)同供應和能源梯級利用，極大提高能源系統(tǒng)的綜合利用效率。風光儲優(yōu)化配置和需求側(cè)多能互補優(yōu)化技術是推動多元化能源生產(chǎn)與消費、開展綜合能源服務的重要支撐。隨著新型電力系統(tǒng)與綜合智慧能源系統(tǒng)的不斷發(fā)展，未來將會有更多的新思路、新技術應用于新型電力系統(tǒng)。

(作者系華南理工大學教授、華南理工大學綜合智慧能源系統(tǒng)優(yōu)化運行與控制研究中心主任，歐洲科學與藝術院院士)