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(xué)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(guān)重要。其通過(guò)優(yōu)化虛擬電廠、微電網(wǎng)等技術(shù)手段，充分發(fā)揮多能互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，降低綜合能源服務(wù)成本，充分利用能源數(shù)據(jù)，提高需求側(cè)能源和設(shè)備的利用率，同時(shí)滿足電動(dòng)汽車接入帶來(lái)的新要求，可以有效推動(dòng)綜合能源系統(tǒng)的高效運(yùn)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(shí)現(xiàn)能效管理的重要基礎(chǔ)，主要包括靈活性資源和廣義儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車、傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)(包括火力發(fā)電機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)、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(dòng)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(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)電動(dòng)汽車的電池裝車容量將達(dá)到57億千瓦時(shí)，集中式儲(chǔ)能裝機(jī)容量也將達(dá)到10億千瓦時(shí)。

目前的需求側(cè)資源具有如下特點(diǎn)：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(fēng)力發(fā)電等分布式電源的出力具有不確定性，電動(dòng)汽車的使用情況也難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。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(fù)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(xué)科交叉，復(fù)雜性較高。

需求側(cè)資源在快速增長(zhǎng)的同時(shí)，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(wèn)題。比如，從整個(gè)系統(tǒng)角度來(lái)看，在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，如廣東、江蘇、上海等地需求負(fù)荷大，在西北地區(qū)，如新疆、甘肅、陜西等地則擁有豐富的風(fēng)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(gè)問(wèn)題。

一是多能互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)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(jìn)新能源就地消納。二是綜合能源服務(wù)成本較高：用戶作為能源受體，無(wú)法承受昂貴的綜合能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等設(shè)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(méi)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(shè)備利用率不高：需求側(cè)用戶缺乏能源互濟(jì)、閑置資產(chǎn)復(fù)用的能源市場(chǎng)機(jī)制，存在閑置資產(chǎn)和重復(fù)購(gòu)買設(shè)備的現(xiàn)象。五是電動(dòng)汽車接入提出新要求：電動(dòng)汽車的快速發(fā)展對(duì)能源網(wǎng)的調(diào)度控制、充能設(shè)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(fù)雜性：主要體現(xiàn)在多能源、多環(huán)節(jié)、多時(shí)間尺度、多目標(biāo)、大規(guī)模、非線性等因素導(dǎo)致求解難度較大。

虛擬電廠和交通電氣化領(lǐng)域值得關(guān)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(xué)的電力系統(tǒng)管理思路。數(shù)字電網(wǎng)將引導(dǎo)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(jì)和高效運(yùn)行，有效匯聚海量可調(diào)節(jié)資源，支撐電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在這一過(guò)程中，虛擬電廠、微電網(wǎng)等技術(shù)發(fā)揮著重要作用，交通電氣化也會(huì)助力數(shù)字電網(wǎng)的構(gòu)建。

今年4月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬電廠發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出，鼓勵(lì)虛擬電廠開(kāi)展業(yè)務(wù)創(chuàng)新，提供節(jié)能服務(wù)、能源數(shù)據(jù)分析、能源解決方案設(shè)計(jì)、碳交易相關(guān)服務(wù)等綜合能源服務(wù)，拓寬收益渠道。

利用數(shù)字技術(shù)在線組建虛擬電廠，將分散的電源和柔性負(fù)荷聚少成多，可以促進(jìn)發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)的雙向互動(dòng)。這是傳統(tǒng)物理電網(wǎng)做不到的，數(shù)字電網(wǎng)卻可以實(shí)現(xiàn)。虛擬電廠可以進(jìn)行組合優(yōu)化與容量配置，通過(guò)優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部的協(xié)同優(yōu)化。虛擬電廠通過(guò)先進(jìn)的信息通信技術(shù)和軟件，將分布式發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車等結(jié)合起來(lái)，作為一個(gè)獨(dú)立的特殊電廠進(jìn)行操作運(yùn)行，用于參與電力市場(chǎng)或提供聚合輔助服務(wù)。

通過(guò)虛擬電廠的運(yùn)行機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源和新能源互補(bǔ)協(xié)同調(diào)度與電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，以最大限度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)波動(dòng)性，提高新能源的利用率。在交易過(guò)程中，虛擬電廠可以根據(jù)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化調(diào)度，從而更好地適應(yīng)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行需求，提高系統(tǒng)的魯棒性。

交通電氣化是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段之一。電動(dòng)汽車的發(fā)展不僅推動(dòng)了電網(wǎng)建設(shè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，還促進(jìn)了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。含電動(dòng)汽車的調(diào)度控制體系在滿足電動(dòng)汽車充電需求的前提下，基于合理有效的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和技術(shù)支撐，控制電動(dòng)汽車進(jìn)行充放電，進(jìn)而參與電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與輔助服務(wù)，改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量，為微電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)，提高可再生能源利用率。電動(dòng)汽車規(guī)?；鲩L(zhǎng)將促進(jìn)路網(wǎng)與電網(wǎng)的深度融合，為適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通電氣化需求，未來(lái)將打造電動(dòng)汽車+數(shù)字電網(wǎng)深度互動(dòng)的智慧能源網(wǎng)絡(luò)。

建智能微電網(wǎng)需“共享+互補(bǔ)”

綜合智慧能源系統(tǒng)可以有效地提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)可再生能源的規(guī)?；_(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)供應(yīng)，提高能源供應(yīng)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(shù)與微電網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合，微電網(wǎng)清潔化、多能化、微型化和開(kāi)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(shì)。微電網(wǎng)技術(shù)結(jié)合數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新，以及平臺(tái)經(jīng)濟(jì)、共享經(jīng)濟(jì)、網(wǎng)絡(luò)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(wù)效率和用戶體驗(yàn)，支撐業(yè)務(wù)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(wèn)題，有望逐步在工業(yè)園區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)等推廣應(yīng)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(yīng)對(duì)方案。

第一個(gè)挑戰(zhàn)是源荷雙側(cè)功率波動(dòng)。解決技術(shù)與方案有兩個(gè)：一是互補(bǔ)混合儲(chǔ)能，能量型蓄電池參與經(jīng)濟(jì)調(diào)度，平緩并網(wǎng)功率波動(dòng)，功率型超級(jí)電容實(shí)時(shí)抑制高頻功率波動(dòng)。二是滾動(dòng)優(yōu)化調(diào)度，每一步調(diào)度都會(huì)根據(jù)最新系統(tǒng)狀態(tài)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋校正，以更好地適應(yīng)實(shí)際系統(tǒng)。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是分布式新能源消納。出路是通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)共享實(shí)現(xiàn)新能源消納。作為一種新興商業(yè)模式，共享能源機(jī)制要求使用權(quán)和所有權(quán)分離。市場(chǎng)的關(guān)鍵在于賦予供需雙方自由競(jìng)爭(zhēng)、自由選擇的權(quán)利，通過(guò)閑置資產(chǎn)和服務(wù)的再分配、共享以及重復(fù)利用實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。

華南理工大學(xué)愛(ài)思科團(tuán)隊(duì)提出“能源共享云”的概念，定義為一個(gè)由云平臺(tái)和云用戶群構(gòu)成的開(kāi)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(shì)?；谶@種微電網(wǎng)概念的共享模式或?qū)⒕哂幸韵绿攸c(diǎn)：降低用戶對(duì)設(shè)備的投資成本，引導(dǎo)其他用戶改變用電行為;促進(jìn)剩余能源在用戶之間的互濟(jì)，提高能源設(shè)備的利用率;用戶在共享能源/設(shè)備的同時(shí)，可以獲得相應(yīng)的收益，進(jìn)一步提高用能經(jīng)濟(jì)性。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是多能源互補(bǔ)難度大。發(fā)展多能互補(bǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都具有重要意義。構(gòu)建高效的多能源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和能源梯級(jí)利用，極大提高能源系統(tǒng)的綜合利用效率。風(fēng)光儲(chǔ)優(yōu)化配置和需求側(cè)多能互補(bǔ)優(yōu)化技術(shù)是推動(dòng)多元化能源生產(chǎn)與消費(fèi)、開(kāi)展綜合能源服務(wù)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(lái)將會(huì)有更多的新思路、新技術(shù)應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)。

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