全球经验与中国启示：适应 高比例可再生能源的机制设计 10 2.1 应对电力电量失衡问题的市场 及配套机制 11 典型挑战 11 市场机制、配套政策及典型实践 11 中国平衡机制建设情况及海外 经验带来的启示 14 2.2 应对超短期灵活性需求提升的 辅助服务市场 15 典型挑战 15 市场机制、配套政策及典型实践 15 中国辅助服务机制建设情况及 电力系统调节能 力不足加剧运行 风险，限制可再生 能源接入 德国电力平衡单元 基于德国的电网分区结构和调度运行情况，充分调动利用了平衡单元内的多 样化平衡资源，引导新的平衡资源投资，缓解大量分布式可再生能源接入带来 的问题。 英国电力平衡机制 基于全国统一的调度管理和电力市场，重点在于引导具有较好调节能力的资 源等提供平衡服务。 问题二： 超短期灵活性需 求提升 澳大利亚调频辅助服务市场 ● 出具绿电溯源报告，满足用户消费证明需求 ● 在市场机制与规则 设计上，供给端省 份多以引导新能源 消纳为目标，消费 端省份多探索不同 范式的交易机制 ● 拓展省间交易是省 市间平衡供需关系 的主要选择之一 ● 外向型经济省（市） 着重解决用户绿电 消费和认证需求 山西 ● 省内现货交易优先保障新能源消纳 ● 支持新能源选择参与省内和省间两个市场，丰富新能源交易渠道

统稳定；二是通过资源的高效调度与优化配置，实现系统总成本最低。风电、光伏等新能源的发 电能力高度依赖天气变化，易受气象波动的显著影响。同时，电化学储能、抽水蓄能等储能技术 所能提供的调节容量仍然不足。因此，需更为重视电力市场在平衡系统、供需匹配、资源配置等 方面的关键作用，以最少的资源投入实现电力系统的高效与稳定运行。回顾德国电力市场改革的 历程，主要经验概括如下： 1．充分发挥电力市场的资源配置作用。电力市场是实现能源供需高效匹配的关键机制，对 家输电系统运营商（Amprion、 TenneT、50Hertz 和 TransnetBW）在保障电力系统稳定运行中发挥核心作用，负责监管由 发电方和用电方市场交易承诺产生的调度计划，并根据系统平衡稳定需求调用辅助服务资源，包 括在停电后执行电网恢复的黑启动操作等。辅助服务调用所产生的成本将根据调度偏差考核由相 关市场主体承担。另一方面，欧洲能源交易所（European Energy Exchange，EEX）和欧洲 有责任将 其签订的市场交易转换为可行的发电计划，并严格按计划执行，以确保系统的输入和输出保持平 衡。在德国，平衡组管理者（供应商或大型客户的实体）在这一职责中发挥核心作用。图 2.2 展 示了电力市场和电网运营商这种相互交织的结构。 通过一系列子市场机制实现对电能供需的高效平衡。这些子市场（如日前市场、实时市场、 调频市场等）产生不同的价格信号，尽可能促使发电和用电相协调。目前，德国实行“电能量市

人工智 型电力 9 可以“无条件”接受新能源 新能源为主体 能源供给侧脱碳 系统有“无限大”的功率、“无限多”的能量 系统的功率的动态平衡、能量的动态平衡：动态平衡理论 电力系统新理念：电压稳定、频率稳定、功角稳定 -- 电力电量平衡 新型电力系统需要人工智能 以新能源为主体的新型电力系统 构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。 中国南方电网 CHINA 以新能源为主体新型电力系统的理论 -- 电力电量平衡理论 新型电力系统将会遵循电学的基本理论和物理规律，这是不会变的。但是基于机电系统转动惯量 的稳定理论，受到系统转动惯量小，将不足够承担以新能源为主体的新型电力系统的稳定。 新型电力系统是基于电力电量的实时平衡的系统平衡理论，是“无限大”的功率、 “无限多”的 能量的动态随机平衡。 电量平衡 有功功率平衡 无功功率平衡 频率稳定 电压稳定 功角稳定 CHINA SOUTHERN POWER GRID 11 ■ 现有“源随荷动”的刚性调度模式，难以应对新能源高渗透率场景下电力安全消纳问题 ■ 亟需构建以电力专用人工智能技术为核心、源网荷储柔性动态平衡的电力调度 “超级大脑” 调度运行算法和系统面临分钟级时间窗口计算挑战 ——— — 大规模———— ———— 多任务一 口 全域感知 口 方 式 调 整

在电力系统使用端—园区有自己的用电特征 日内供需不平衡问题 季节性供需不平衡问题 瞬时的供需不平衡是 需要解决的核心问题 3 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0 电量成本 一 设备折旧成本 2.0 1.5 0.8 · 成本可接受 · 短周期储能的 问题不突出 0.0 风光电 短周期储能长周期储能 日内供需不平衡问题——短周期储能 W ) 调 峰 发 电 成 本 ( 元 / 350 200 100 K W h ) 400 450 250 300 500 50 150 0.5 0.3 1.0 4 季节性不平衡 长周期储能问题 冬 夏 冬 0 50 100 150 耗电存热 中 利国用储城热 ( ) 代替储电 中 国 城 识 ■ 低成本地解决光伏发电与用电负荷季节性不平衡的问题 长周期储能问题的解决方案 冬 季 储热池放热 末寒期利用过剩光伏发电深度 提热制冰 秋 季 利用过剩光伏发电提升储 热池温度 春季 利用过剩光伏发电制冰 夏季 供冷

2 LEVEL 1 基于全流程优化与系统节能思想的能源管理，重点关 注全生产流程及工序间的优化与协调，期望实现公司 整体节能效益的最大化。 基于能源介质平衡的能源管理，重点关注一次能源及 二次能源在生产过程中的供需平衡，减少因不平衡所 造成的能源浪费。 基于单体设备与工序级的能源管理，重点关注单体设 备的节能，尽量减少能源介质的“跑、冒、滴、漏”。 钢铁行业能源管理系统发展趋势 钢铁行业能源管控痛点问题 钢铁行业能源管控痛点问题 Ø 能源站所室分散，从生产效率、 管 理 效 益 和 人 员 优化上都存在很大提升空间； Ø 大多原能源管理系统只关注在生 产 监 视 、 报 表 数 据，能源生产平衡主要依靠人员调度指挥； Ø 缺少对用户在能效、能耗方面的数据分析； Ø 缺少能源各专业系统间的深层次分析和协同。 PA RT T W O 2解决方案 远程集控 视频安防 基础管理 移动应用 建立综合能耗、工序能耗到设备能效的多维度多层次能效能耗 评价模型，进行设备能效在线诊断和优化。 u 多场景多时长能流预测 建立多场景多时长能流预测模型，实现能源流发生和消耗量预 测，实现能源平衡优化。 u 多能流耦合优化 建立煤气、蒸汽、电多能流多目标优化模型，根据不同介质的 富余量和需求量进行优化，实现多能流的最优经济运行方案。 u 碳排放模型 实现企业碳排放和工序碳排放指标的在线核算和分析，建立碳

新型能源体系主要特征 • 新的供给消费体系——从化石能源为主体逐步过渡到新能源为主体 • 新的供需平衡模式——从源随荷动到源网荷储互动 • 传统电力系统： • 新型电力系统： 供需双侧波动，新能源出力不稳定， 用电需求尖峰化 以煤电为主，发电出力稳定控制 发 电 用 电 实时平衡 Ø 新型电力系统演进趋势 • 用电量持续增长，增速逐步放缓，2060年，电能占终端能源消费的比重提升至70%左右，全社会用电量 超过90%。 Ø 新型电力系统建设将加速需求侧变革 • 需求侧资源将成为电力系统主要调节资源之一。在供需高度协调、产消一体化发展需求下，需求侧资源将 逐渐提升至与供给侧同等地位，在促进电力供需平衡、支撑新能源消纳等方面发挥更加突出的作用。 需求侧资源 对电力系统 的调节方式 直接削峰 工厂调整耗电设备负 荷、调整空调温度等 缓解电力供应紧张 移峰填谷 采用蓄能技术，如安装 蓄冷空调等 合资源包括沼气电厂、热电联产厂、水电光伏、电 池储能、电动汽车、工业负荷等。截至2022年底， 聚合规模约为1230万千瓦，聚合单元超过15000个， 通过调控各类分布式电源、用户和储能系统，参与 电力市场交易为电网提供平衡服务。 Ø 虚拟电厂是电力需求侧管理的重要实现形式，是我国电力需求侧管理长期实践的拓展，在 我国已进入以研究和示范为主的探索阶段。 部门 政策 主要内容 国家发改委 国家能源局 《“十四五”现代能源体系规划》

我们正见证当下世界的深刻变迁。在国 家“加快规划建设新型能源体系”的目 标下，新一代数字化智能化技术以其全 面感知、高效协同和精准预测能力，正 在助力清洁能源实现“安全、清洁、经 济”的平衡，并逐步成为能源体系中的 主导力量。纷繁复杂的能源体系也为数 字化智能化技术提供了广阔的应用场 景，促进其在不断的探索与验证中完成 技术创新与迭代。特别是新型电力系 统，作为联接清洁能源生产与消费端的 资产交易兑现绿色价值。 荷：电能向更多终端用能场景渗透，用能设备由传统 的刚性、单一用能属性向柔性可控、产消并存转变， 局部负荷电-气-热-冷多能协同，并在区域内通过智能 化技术聚合、调控，实现互补平衡，进而在用能管理 的基础上衍生全新的能源业态，成为能源与其他行业 深度融合的联接点。 数：来自泛在电力智能终端的海量数据经过深入的整 合与挖掘，提取出其中蕴含的设备出力特性、负荷峰 谷曲线、区域用能结构等关键信息，再反哺设备，支 网：源荷互动，数链多级 随着清洁电力加速渗透，未来电网将呈现出高弹性主网与分 散灵活微电网并存互补的形态。大电网以远距离输电技术实 现资源的大范围平衡调度，海量分布式清洁发电设施结合储 能设施形成自治微电网，为园区、建筑、乡村等场景提供可 及的供能方案，实现清洁能源的就地平衡、就地消纳，成为 大电网的有力补充。 在这种多层次的电网结构中，源荷互动将成为电网运行的核 心特征。各主体之间的互动日益灵活与密切，电网的调度方

我们正见证当下世界的深刻变迁。在国 家“加快规划建设新型能源体系”的目 标下，新一代数字化智能化技术以其全 面感知、高效协同和精准预测能力，正 在助力清洁能源实现“安全、清洁、经 济”的平衡，并逐步成为能源体系中的 主导力量。纷繁复杂的能源体系也为数 字化智能化技术提供了广阔的应用场 景，促进其在不断的探索与验证中完成 技术创新与迭代。特别是新型电力系 统，作为联接清洁能源生产与消费端的 资产交易兑现绿色价值。 荷：电能向更多终端用能场景渗透，用能设备由传统 的刚性、单一用能属性向柔性可控、产消并存转变， 局部负荷电-气-热-冷多能协同，并在区域内通过智能 化技术聚合、调控，实现互补平衡，进而在用能管理 的基础上衍生全新的能源业态，成为能源与其他行业 深度融合的联接点。 数：来自泛在电力智能终端的海量数据经过深入的整 合与挖掘，提取出其中蕴含的设备出力特性、负荷峰 谷曲线、区域用能结构等关键信息，再反哺设备，支 网：源荷互动，数链多级 随着清洁电力加速渗透，未来电网将呈现出高弹性主网与分 散灵活微电网并存互补的形态。大电网以远距离输电技术实 现资源的大范围平衡调度，海量分布式清洁发电设施结合储 能设施形成自治微电网，为园区、建筑、乡村等场景提供可 及的供能方案，实现清洁能源的就地平衡、就地消纳，成为 大电网的有力补充。 在这种多层次的电网结构中，源荷互动将成为电网运行的核 心特征。各主体之间的互动日益灵活与密切，电网的调度方

期需求侧资源 的开发利用潜力，并提出切实可行的需求侧资源开发利用路径建议。鉴于近中期江苏将面 临午间新能源消纳和用电高峰时段电力保供的多重压力，现有的传统电源侧灵活性调节资 源难以满足电力电量平衡需求，开发需求侧可调资源是解决以上难题的有效且经济的手段。 考虑到资源潜力、技术成熟度和已有开发实践，报告建议积极培育虚拟电厂、智能微电网、 负荷聚合商等新型经营主体，优先开发工业负荷、电动汽车、非工空调、用户侧储能等资 50%。届时光伏发电装机将超过 1 亿千瓦，新能源装机以光伏为主的发展趋势将愈发明显。同时，江苏将积极提高区外受 电能力，力争 2030 年区外受电能力达到 5000 万千瓦以上 [9]。 2.2.3 电力电量平衡分析 在全球变暖背景下，极端天气事件呈现“多发、频发、强发、并发”的态势，对风光 新能源发电的出力稳定性及可预测性带来严峻挑战，同时极端天气也会增加用电负荷（特 别是温控负荷）的波动性和不确定 匮乏，电源侧、网侧调峰资源潜力有限，辅助服务市场机制尚未完善，省内风光新能源的 全额消纳愈加困难。未来五年，江苏将面临风光新能源的高效消纳和电力安全供应的双重 挑战。“早间、午间、下午、晚间”四个时段的平衡难度加大。预计 2030 年，早间光伏 出力骤升时刻，最大功率波动达每小时 2500 万千瓦，若系统二次调频能力不足，可能导 致频率异常偏高甚至引发弃风弃光风险；午间光伏大发时刻，电源最低出力为