2025年最佳英雄联盟投注网站LoL投注网站随着电力系统向净零排放转型导致同步发电量减少，部分电力系统运营商正采用旧技术焕新用策略保障系统安全，重新部署多年未见的同步电容器技术。该技术历来用于管理电力系统的无功功率流，但随着成本更低、维护更少的替代方案出现，其应用逐渐式微。同步电容器的优势在于其基于大型旋转质量运行，因此纳入电力系统可增强系统惯性。正因如此，同步电容器在某些电力系统中正迎来现代复兴，其主要目的已不再是管理无功功率，而是提升系统惯性与强度。例如，南澳大利亚输电系统运营商Electranet近期安装了四台同步电容器，以应对南澳可再生能源发电快速普及带来的系统安全挑战。这些设备使最低运行系统需求得以降低，并实现了同步发电机的停机运行[46]。

　　管理电力系统惯性损失的一种方式是彻底重新设计系统及其运行原理，例如将系统改造成能够适应变化的系统频率，和/或转向更广泛地使用直流（DC）能量传输。此类变革将极为深刻，几乎影响系统运行的所有方面以及系统中大量设备。鉴于实现零碳电力系统的路径需要循序渐进的转型而非彻底颠覆，多数系统运营商普遍认为上述方案不可行。当前向低惯性零碳电力系统的过渡，主要通过要求风电、太阳能及电池等电力电子设备模拟传统旋转机械的行为来实现[47]。实现这种合成惯性的方法包括：

　　上述所有行为都需要对相关设备的控制系统进行改造。通常需要新的法规或激励措施来推动这些变革，以鼓励设备制造商实施新的控制方案，并促使终端用户采用新型设备，从而实现其电网交互行为。此外，上述行为并非电力电子器件物理特性的自然结果，而是完全源于设备供应商实施的控制系统。鉴于此，大量电力电子设备动态行为的确定性较低，可能引发互操作性或系统稳定性问题。电网代码中规定的标准化行为和（部分）开放控制结构可降低此类风险。

　　电力系统存在多种可能的分散化程度。在某些国家，电力系统可能主要由相对大型（数百兆瓦或以上）的发电厂构成，例如大型太阳能或风力发电场。而在其他国家，电力系统则更为分散，由数量庞大的小型发电设施组成，例如屋顶太阳能板、小型风力发电机，或靠近负荷点的柴油/燃气发电机组。选择少数大型电站而非更多分布式小型电站存在权衡取舍。例如大型电站虽能实现规模经济，但小型电站可减轻本地配电系统负荷，且可由终端用户直接出资建设。

　　可再生能源（如太阳能和风能发电）具有显著的地域差异性。某地某时可能无风无日，而同一时刻的另一处却风力强劲。在大范围内，通过增加大容量电力传输（即能源输送），可部分缓解风能和太阳能发电的不稳定性，实现可再生能源从富余地区向需求地区转移。因此，向净零电力系统转型将推动全球多地输电能力显著提升。这一趋势在欧洲和中国已初现端倪——过去十年间，这些地区已大幅扩建了长距离输电网络。未来扩容不仅涉及新增长距离输电线路，更将加强电网间的互联互通，从而在特定区域内实现更灵活多样的电力传输方式与路径。

　　如前所述，传统电力系统往往具有相对集中化的特性，能源流向单一，由数量有限的超大型发电机组单向输送。为将能源从大型发电厂输送到用电负荷端，建成了规模庞大的输配电网络。尽管未来所有零碳电力系统都将比传统系统更去中心化，但电力系统的集中化程度仍需权衡取舍。对于已拥有大型成熟集中式电力系统的国家，向净零未来的转型仍将依赖相对集中的模式。这类电力系统将继续配备规模较大的零碳发电厂，并利用现有输配电网络输送能源。这并非意味着这些国家不会采用分布式能源解决方案，而是指其核心电力集中化模式。这类电力系统仍将依托大型零碳发电厂，并利用现有输配电网络输送能源。这并非意味着分布式能源解决方案缺席——屋顶太阳能、储能电池等技术必将普及，但主体能源仍将来自集中式发电厂及输配电基础设施。

　　在实现净零排放的道路上，关键决策之一在于转型计划中应纳入多少需求侧或负荷侧的内容。在以化石燃料为基础的电力系统中，降低排放的一个看似直接的方法就是减少能源消耗。节能工作的目标在于降低能耗，同时不减少产出或降低生活品质。另一种理解节能的方式是减少浪费。因此，节能是一个相对容易的政治选择，因此在全球众多零碳计划中占据重要地位。此外，尽管全球已有130多个国家承诺实现净零目标，但更多国家——实际上是绝大多数国家——的目标是降低能源强度[48]。

　　▪实现最高热效率。全球多项计划正致力于使燃煤发电机组的净发电效率逼近50%。中国华能瑞金电厂已达成49.25%的供电效率。 2021年采用620°C超超临界双再热汽轮机技术[53]。提升热效率的途径包括提高运行温度。当前电厂运行温度上限为600°C，系统开发商的目标是达到650°C-700°C，这将需要新型高温材料。另一种选择是摆脱传统燃煤发电的蒸汽轮机循环模式，转向新型循环技术，如整体煤气化联合循环、整体煤气化燃料电池、超临界二氧化碳循环或化学循环。

　　▪生物质混合燃烧。生物质被视为低碳能源。若能在燃煤发电机组中使用生物质替代部分甚至全部煤炭，这将为燃煤发电资产提供一条低碳转型路径。尽管全球范围内已开展二十年的试验（例如英国德拉克斯发电厂，其四台机组在2018年实现纯生物质运行），但此类电厂面临的关键问题是生物质原料的供应保障（例如德拉克斯电厂几乎全部生物质原料依赖海外进口[55]）。另一挑战在于现有燃煤发电机组常需升级炉膛、燃料运输及储存系统才能处理生物质。新建机组可在设计阶段就纳入这些改造方案，即使初期以燃煤方式投运亦可实现。

　　尽管水电作为发电技术已应用数十年之久，一系列创新型水电技术正不断涌现，为电网运行提供更强的灵活性和韧性。智能水电是一种新型发电理念，它将水电发电与云计算技术、物联网（IoT）、人工智能（AI）等新兴技术提供的精密控制相结合，使水电发电能够与太阳能或风能等可变发电形式紧密互动。智能水电理念强化了水电在灵活性和辅助服务方面的传统优势，为电网运行和可变发电源平衡提供更强的灵活性与惯性支持，从而助力新一代电力系统的建设和运营。

　　全球范围内，所有关于能源存储普及的预测都涉及显著增长水平。2020年，欧洲投资银行承诺为泛欧洲电池产业提供资金支持，预计到2022年欧洲电池相关项目的总投资将达到1270亿欧元[65]。中国抽水蓄能电站装机容量预计将从2020年末的40吉瓦增长至2025年的90吉瓦[66]。中国预计电池储能年均增速将达55%，至2024年装机容量突破15吉瓦。美国国家可再生能源实验室数据显示，美国长时储能（持续放电超过12小时）装机容量将在未来三十年激增，从125吉瓦跃升至680吉瓦[67]。

　　动态线路限值的应用是零碳电力系统技术辅助输配电线路运行的又一例证。通过增强电力系统的仪器仪表与感知能力以管理可变可再生发电，线路限值得以动态调整，适应环境变化（尤其是环境温度）。当线路限值变化时，电力系统可引导发电或储能设施调整输出以匹配当前线路限值。可再生能源发电可变动输出功率，或通过储能装置暂存多余可再生能源，待线路限值提升且线路具备承载能力时再行输送。此类方案有助于最大化电力系统各环节的利用率。

　　如本文前文所述，为实现能源供应脱碳，全球电网需接入更多可再生能源资产。这些资产具有显著间歇性特征——例如太阳能电站正午发电过剩，风电场大风天气产能过剩，往往在低负荷时段产生电力盈余。与此同时，在能源需求高峰期，可再生能源可能无法满足特定时段的峰值需求。需求侧响应（DSR）通过协调电气设备用电与回馈时序，实现供需平衡。该过程通常自动化运行，但也可能需要用户手动干预。需求侧响应计划通常包含激励措施（多为经济激励），鼓励能源用户参与自动化控制方案，或在用电高峰时主动关闭非必要功能，帮助电网在无需新增发电的情况下实现供需平衡。

　　全球数据生产和消费总量预计将从2020年的64.2ZB增长至2025年的180ZB[80]。与其他多数领域类似，电力行业也正日益转向数据驱动模式。数字技术的融入正深刻改变能源的发电、传输与消费方式，使能源系统更具互联性、智能化、高效性、可靠性和可持续性[81]。新型数字工具（如高分辨率卫星温室气体排放监测系统）亦能带来环境效益[81]。图5-4总结了当前或未来可应用于能源价值链各环节的数字技术及其影响，后续小节将对此展开深入探讨。

　　国际电工委员会（IEC）将物联网（IoT）定义为“由互联实体、人员、系统和信息资源以及服务构成的基础设施，该基础设施能够处理并响应来自物理世界和虚拟世界的信息”（IEV 741-02-01:2020，ISO/IEC 20924:2018，3.2.1）。IoT物联网系统包含物联网设备、网关、传感器及执行器（IEV 741-02-07:2020, ISO/IEC 20924:2018, 3.2.7）。 物联网技术有望降低排放量，有研究估计其可使全球排放量较过去十年减少15%[82]。在构建零碳电力系统过程中，物联网技术亦具有独特作用。

　　意大利正全面升级其电力计量系统，旨在提升数据采集能力并实现与负荷的集成。根据第102/2014号法令第9条第3款规定，意大利能源与环境资源监管局应参照国际标准IEC 62056制定第二代电表的技术规范。据此，意大利电力、天然气和水务管理局通过第87/2016/R/EEL号决议，委托意大利电气技术委员会（CEI）[87]制定第二代智能电表与终端用户设备间的通信标准协议，以开拓与能耗感知及能效管理相关的新机遇与服务，例如新型供电模式、负荷调节及家庭自动化系统。

　　最终，传统仿真工具无法充分反映零碳电力系统的复杂特性。传统工具未能充分考虑发电量的波动性、海量电力电子设备的应用以及大量分布式能源资产的交互作用。此外，许多基于时域的仿真分析方法和工具无法准确模拟零碳电力系统中电力电子设备的多时域动态特性及大规模开关控制。鉴于这些挑战，需要开展更多研发工作以实现更精确全面的仿真方法，涵盖各类可再生能源资源建模仿真、直流输电系统仿真，以及未来零碳电力系统中采用的新型控制与保护方法。

　　▪超导体是一种具有极低电阻（接近于零）的材料，因此具有极高的电流承载能力。若能实现此类材料的实际制造与应用，可显著缩小电力设备及输电基础设施的体积、降低成本并减少能量损耗。例如，基于超导体的输电线路承载能力可达传统电缆的4至8倍，且损耗不足其一半。遗憾的是，几乎所有展现超导性的材料都需冷却至极低温度，这极大影响了其成本和实用价值。尽管近几十年来发现了所谓的高温超导体，但它们仍需冷却至远低于-100°C的环境，因此实际应用仍受限。目前，超导输电线路仍处于研究示范阶段，最长部署的超导电缆仅1公里。

　　全球电力系统运营商与监管机构正面临严峻挑战：在可再生能源迅猛增长的背景下，必须采用本文前文所述的新型运行方法。有时可再生能源发电的普及速度，甚至超过了保障电力系统可靠性所需的标准或法规修订速度。2006年西班牙电网首次接入大规模风电场即为典型案例。当电网发生故障时，因风电场因欠压跳闸同步脱网，导致数兆瓦风电瞬间消失——图6-1呈现了故障发生时的电压分布图。此后西班牙电网发生大面积停电。若要求风力发电机组在遭遇电压扰动时保持持续运行，本可避免此次停电。此类要求将促使风电设备在电压扰动期间持续发电，确保供电满足需求。

　　2006年，全球大多数电网法规都要求风力发电机组具备故障穿越能力。如今情况已然改变。随着分布式风能或太阳能发电在电力系统中的占比日益显著，这些机组必须具备穿越电力系统扰动的能力，而这种故障穿越实践现已成为全球多国电网规范的强制要求。西班牙已实施两项免费的国家标准，分别针对低压和中压电网接入，其中包含关于保护和校准的具体考量，既确保发电机故障不会引发电网问题，又防止发电机在电网扰动时过早断开。这些标准规定了发电机应保持并网连接的特定频率和电压范围[95, 96]。

　　应对这些挑战的一种方式是发布并更新标准路线图和架构，确保采用统一的方法和策略推动系统转型。IEC智能能源标准委员会正在开发、维护和运营一份协作性标准路线图。该路线图的首版文件IEC TR 63097:2017为标准使用者提供了指导方针，帮助其选择最适合需求的标准和规范组合。这些标准与规范涵盖现有及规划中的技术文件，由IEC或其他机构提供。路线图同时致力于建立通用指导原则，供负责智能能源系统规格制定、设计或实施的终端用户与集成商参考。作为动态文件，该路线图将持续演进以响应利益相关方确定的最高优先级需求，这些需求将被纳入智能能源技术委员会的发展规划。当前确定的未来工作主题包括：分布式能源管理系统、基于电动汽车的分布式储能系统管理、网络安全协调机制。针对零碳电力系统的专项议题可向IEC SyC智能能源工作组提出或由其审议。