构建新型电力系统是实现碳中和目标的关键抓手，需要依托数字化技术，统筹源、网、荷、储资源，以源网荷储互动及多能互补为支撑，满足电力安全供应、绿色消费、经济高效的综合性目标。在碳中和目标的宏观战略与数字化赋能的转型机遇下，作者认为新型电力系统结构形态将由“源网荷储”四要素拓展为“源网荷储碳数”六要素。其中，源网荷储是新型电力系统的物理架构；碳中和目标是建设新型电力系统的核心动因，数字化转型是建设新型电力系统的关键途径。

图1 新型电力系统的六要素：源网荷储碳数

一、不同阶段电力系统的关键要素

面向未来的新型电力系统，兼顾电力系统的发展历程与现状，可根据发展特点与组成要素将电力系统的发展过程初步分为三个阶段。第一阶段是以化石能源主导的传统电力系统，主要包含“源网荷”是三个关键要素；第二阶段是大规模新能源并网的电力系统，电力系统结构形态逐步由“源网荷”三要素向“源网荷储”四要素转变；第三阶段是面向双碳目标的新型电力系统，在“源网荷储”关键要素的基础上，进一步融入了“碳中和目标”的核心动因与“数字化转型”的关键途径，形成“源网荷储碳数”的六要素协同发展模式。3个阶段的电力系统在“源网荷储碳数”各个要素层面的关键特征对比如表1所示。

表1 电力系统不同认知阶段的关键要素对比

二、新型电力系统的六要素与耦合关系

“源-网-荷”要素自始至终是电力系统核心的物理构成要素，实现电力能源的生产、传输与消费。在传统的电力系统中，电力能量是从源到荷的单向流动与调控；在新型电力系统中，源网荷之间由“源随荷动”向“源荷互动”的双向流动与协同互动转变。

在“储”要素方面，新能源占比逐渐提升将使得电力系统灵活性资源日益稀缺，需要在源–网–荷全环节部署储能多元多尺度储能。不同环节储能配置的功能效益不同：在电源侧，储能通过与新能源合理配置与协同运行，可提升新能源电站的并网主动支撑能力、提高置信容量、平抑出力波动性；在电网侧，储能可提供调频、调峰、备用等服务，助力延缓输变电投资改造、降低电网损耗、提升电力安全可靠性、缓解电网阻塞、提升电网新能源消纳能力等；在用户侧，储能接入后能提供经济和安全两方面的效用，其一是提升网荷互动能力，降低用能成本；其二是作为后备电源，提升用电安全可靠性。

在“碳”要素方面，双碳目标作为建设新型电力系统的核心动因，将分别作用在源、网、荷、储4类要素上。在电源侧，双碳目标驱动构建新能源占比逐渐提高的电源结构；在电网侧，双碳目标驱动电网由电力传输平台向电碳枢纽平台转型，统筹源、网、荷、储资源，实现源网荷储协同互动；在用户侧，双碳目标驱动用户行为优化，实现终端多能互补与科学用能；在储能侧，双碳目标驱动新能源与储能的协同高质量发展，构建多元多尺度的储能体系，提升低碳电力系统的灵活性。

在“数”要素方面，数字化转型作为建设新型电力系统的关键途径，将与源、网、荷、储4类要素全面融合。在电源侧，数字化技术通过全景数据采集与分析，提升了电源侧的可观、可测、可控能力；在电网侧，数字化技术通过态势感知与控制，实现了电网韧性、安全性与运行效率的有效提升；在用户侧，依托电力大数据的非侵入式辨识与分析，实现对用户行为的感知与分析，引导用户深度互动；在储能侧，通过数字化运维与管理，将助力提升储能系统的安全性与经济性，赋能构建储能新模式与新业态。

综上所述，新型电力系统六要素的关联与耦合关系可见下图。

图2. 新型电力系统六要素的关联与耦合关系

三、碳中和目标是构建新型电力系统的核心动因

碳中和目标将驱动能源电力产业各环节低碳发展。在电源侧，碳中和目标不仅将助力风电、光伏等成熟新能源技术与产业规划化跨越式发展，还将驱动海上风电、太阳能光热发电、钙钛矿太阳能电池、火电碳捕集等新兴低碳电力技术的创新与推广应用，构建新能源占比逐渐提高的电源结构。在电网侧，碳中和目标将促使电网由电力传输平台转型为电碳平台枢纽，构建大电网-配电网-微电网兼容互补的电网结构，支撑火电与新能源跨时空的协同配置与互济，实现对电力流-碳排放流的协同优化管理。在负荷侧，碳中和目标将推动终端能源消费结构和产业结构的调整，电动汽车、智能电器、数据中心、电制氢等新型负荷广泛接入，驱动电力负荷绿色用能与柔性用电。在储能侧，碳中和目标将驱动新能源与储能的协同高质量发展，构建多元多尺度的储能体系，提升低碳电力系统的灵活性。

四、数字化转型是构建新型电力系统的关键途径

数字化转型将赋能能源电力产业各环节转型升级。在电源侧，数字化技术将助力新能源发电与传统火电机组的高效运行，依托数字孪生电厂建设与智慧能量管理，提升新能源预测精度、提高火电发电能效等。在电网侧，数字化技术将助力构建以新型传感技术为支撑的电力大数据与人工智能平台，实现信息-物理-能量融合的智慧电网全景感知，助力电力系统实现调度运行与控制的智能决策，实现源网荷储协同优化，挖掘与提升可再生能源消纳能力，提升电力系统安全稳定性。在负荷侧，通过数字化与人工智能技术，实现海量分布式负荷的柔性互联与协同管理，助力虚拟电厂建设，释放需求侧响应潜力，实现源荷柔性互联、双向互动。在储能侧，通过数字化储能运维技术提升储能安全性，通过数字化储能调控技术提升储能经济性，依托云共享储能技术，构建储能应用新业态。通过源网荷储全环节数字化转型，赋能电力系统全景信息感知与智慧高效调控，助力电力低碳高质量发展。

论文引用：

[1]康重庆,杜尔顺,郭鸿业,李姚旺,方宇晨,张宁,钟海旺.新型电力系统的六要素分析[J/OL].电网技术:1-10[2023-05-15].DOI:10.13335/j.1000-3673.pst.2023.0535.

作者介绍

康重庆，清华大学电机系主任、清华大学能源互联网创新研究院院长，清华四川能源互联网研究院院长。IEEE Fellow，中国电机工程学会会士，北京市教学名师。国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”科技创新领军人才。主要研究方向为电力系统规划、电力系统优化运行、能源互联网、可再生能源、低碳电力技术、负荷预测、电力市场，作为项目负责人承担国家重点研发计划项目2项，发表论文400余篇，其中IEEE Transactions文章100余篇，2017年以来连续入选爱思唯尔(Elsevier)中国高被引学者(Chinese Most Cited Researchers)榜单。获国家级教学成果二等奖（第1完成人）、2018年度中国电力科学技术杰出贡献奖、2021年IEEE PES电力系统可靠性奖、2021年IET成就奖章。

杜尔顺，清华大学低碳能源实验室助理研究员，清华气候院能源转型研究主任，清华四川能源互联网研究院低碳城市能源系统研究所副所长。主要的研究方向包括能源互联网、电力系统规划、高比例新能源消纳、低碳能源政策等。累计发表论文80余篇，SCI论文40余篇，中英文论著2本，授权20余项专利与软著。主持面上基金、青年基金、博后基金、国重开放基金等多项纵向课题，入选北京市科协青托计划、全国博新计划等。以前3完成人荣获日内瓦国际发明展金奖、青海省科技进步一等奖、中电联电力科技创新一等奖、江苏省电力科技进步一等奖等多项奖励。担期刊IET Renewable Power Generation、iEnergy等期刊编委。