Vol.183 产业观察33|AI时代的电力博弈:重新理解中国的新型电力系统
摘要
- 中国电力需求和新能源渗透已进入传统调度体系难以轻松承接的量级。 今年7月全国月度用电量首次突破1万亿千瓦时,相当于日本或法国、德国两国合计的全年用电量;新能源车销量渗透率超过50%,新能源装机占比接近50%、发电占比突破20%。与此同时,李翔指出石油进口量及煤电占比同比“不增长或下降”,能源结构已出现质变。
- 行业瓶颈已从“能不能多发新能源”转为波动电力能否被稳定、就近且经济地消纳。 按张海瑞概括,光伏走过全额上网、余电上网,到如今“基本不许上网或者无法上网”;136号文取消强制配储并加快市场化后,新能源定价变成“度电成本加控制管理加市场供需”,产业价值由单一光储设备转向微电网、智能配电、实时通信和能源运营。
- 中国电网以经济性让位于安全可靠性,形成了跨区域调配能力。 西部资源与东部负荷逆向分布,催生了以特高压为骨干的超大型电网;张海瑞称过去十几二十年建设中“安全可靠性要优于经济高效”。海外系统更强调经济性与安全性的平衡,极端条件下的小故障若处置不当,可能像西班牙停电一样演变成全国性事故。
- 负电价正在把新能源过去由电网承担的一定消纳成本显性化。 午间光伏出力达到高峰而工厂负荷下降,供需失衡已使国内部分现货市场出现负电价;价格这根“指挥棒”会迫使发电、储能和用户侧共同调节。纯设备投资者面对消纳困难与订单下降,而能把光、储、负荷和交易整合起来的系统商获得新窗口。
- 新型电力系统的核心技术跃迁,是从“低频、大颗粒”走向“高频、海量小节点”。 火电、水电等机电系统可围绕大电厂、大电网节点集中调度,电力电子化的光伏、储能和充电负荷则会因一朵云或一批车辆瞬间变化;张海瑞认为必须建立高频采集、状态评估与实时闭环,博联产品的控制节拍和响应时间已达到毫秒级,“不是简单加个储能”。
- 微电网承载本地物理闭环,虚拟电厂负责跨节点聚合并参与交易,但基础设施仍未补齐。 虚拟电厂像“电力网约车”,把分布式光伏、储能和负荷聚合成一个具备发电、调节能力的虚拟形态;真正落地还依赖中低压电网仿真、监测、自动控制、通信、结算及利润分配,尤其是220千伏以下市场仍处探索期。
- AI与电力构成双向强化,也形成双重投资需求。 算力中心需要海量绿电,且可靠性和电能质量据称比居民用电“高好几个等级”;反过来,海量中小电力系统已无法只靠传统专家和大电网服务,需要AI成为“虚拟电力专家”。机会同时落在高质量供电基础设施和电力专业化AI控制层。
- 电力出海对应两类截然不同的市场,而中国供应链可以覆盖两端。 非洲、东南亚需要解决“有时候有电、有时候没电”的可靠性问题,中国制造业迁出也会带着供电能力“一起去出海”;欧洲、澳洲和美国则需要绿电加储能降低高电价。按张海瑞口径,中国家庭全年平均用电成本约1,000元,澳洲在两三千元以上,欧洲更高。
精读
1. 万亿千瓦时需求撞上瞬时平衡,电网服务价值被重新发现
李翔在片头把能源放到更长周期中观察:“所有这些科技进展和国家变化,其实本质上最后底层都是个能源变化和进展。”其衡量尺度,是人均能够利用的能量、尤其是太阳能不断增加。
眼前的结构变化更具体:今年7月全国月度用电量首次突破1万亿千瓦时;新能源车销量渗透率超过50%,新能源装机接近50%、发电占比突破20%,雅鲁藏布江水电站也已开工建设。
李翔补充的反差是,在用电继续扩张时,过去一年石油进口量及煤电占发电量的比例同比“不增或下降”。中国开始推动和具体实施较大的中期储能计划,同时服务于风光产业链波动、能源安全和长期结构调整。
刘鹏琦把电网比作电商平台:既匹配供需,也承担物流式的输送和服务。张海瑞认可类比,但强调电力从生产到消费“其实是瞬时完成的”,发多少必须大体对应用多少。
2. 电力不是普通商品,调节和故障隔离一刻不能停
张海瑞将系统拆成电厂、电网和用户三部分:电厂转换能量,电网负责送电、变电和可靠性,居民与工商业最终消费;中间任何差额,都要通过抽水蓄能、一次或二次调频、负荷调整等方式实时补平。
电通过电磁波传递,具有高速、高动态且难控制的特点,因此监测、保护和控制不是附属服务。张海瑞的概括是:“整个大的电力系统一旦运行起来,调节控制就一刻不停地在进行。”
另一条底线是把故障限制在最小范围:一个用户侧故障若未被及时识别、隔离,可能传导到其他用户乃至整个系统;保护系统既要阻断扩大,也要让故障设备尽快恢复投入。
3. 中国用特高压和安全可靠性对冲资源逆向分布
张海瑞认为中外最大差异之一,是中国拥有“一张强高压电网”。过去十几二十年的建设选择中,“安全可靠性要优于经济高效”,由此形成了世界范围内领先的大型高压网络。
这一选择并非单纯制度偏好:山西、内蒙古及西部地区拥有大量火电、新能源和水电资源,用电大户却长期集中在东部沿海。以特高压为骨干的超大型电网,正是为跨超远距离输送和统一管理而生。
刘鹏琦追问海外大停电是否意味着电网天然更不稳定;张海瑞没有简单归因于新能源,而是指出各国能源转型历史、资源条件和安全—经济权衡不同。巴黎协定及中国2030年碳达峰、2060年碳中和目标,都在推动这种结构切换。
西班牙停电是张海瑞选取的警示样本:初始电力故障并非必然导致全国停电,关键是“小型故障以后,没有及时去处置,甚至处置不当”,最终故障愈演愈烈、进入无法挽回的状态。
4. 市场化电价把发电、输配和可靠性成本重新摊开
成本定价法下,一度电要叠加发电、输变电、电网调节保护、可靠性保障和终端服务成本。市场定价法则直接回答谁能发、谁能用:“谁出价高谁可以用这个电”;如果供电充足,用户则会优先使用供电便宜的电。
当午间光伏进入出力高峰、工厂却暂停生产时,多余电力造成供需失衡,现货市场便可能出现负电价。国内近两年已有多个地方出现这种情况,它把新能源发电便宜、系统调节却昂贵的矛盾摆到了台面上。
国内改革并非突然启动:从2000年代开始引入市场机制,到2015年电改“9号文”及配售电改革,大用户、大电厂和220千伏以上节点的交易已相对市场化;220千伏以下的中小工商业价格传导、竞争和交易方式仍不充分。
居民并非没有进入市场,只是购售电更多由电网公司代理。当前中长期和日前交易相对充分,现货市场仅在部分省份运行并持续调整;海外市场开放程度可能更高,但价格也更容易随供需剧烈波动。
5. 中国电力建设已从围着电源建网,走到围着负荷做零碳
张海瑞把2000—2010年前后定义为“以电源为中心建设高压电网”:三峡水电、山西和内蒙古大型火电等电源先建起来,再把电送往东部,首要任务是缓解全社会普遍缺电。
2010—2020年前后进入“以电网为中心建设大型风光基地”。供电紧张缓解后,西部集中式风光快速扩张,电源结构开始从火电、水电、核电向新能源增加,并通过电网纳入系统。
2020年以后则是“以负荷为中心建设源网荷储一体化”:用户侧不仅用更多电,还要多用绿电、具备调节能力并逐步零碳化。新能源车把汽油负荷变成充电负荷,正是用电侧变化最直观的样本。
目标并未推翻传统诉求。张海瑞说用户始终要求“安全可靠、经济高效”,如今只是再加上“绿色低碳”;难点是让电的生产、控制管理和使用各环节增加灵活性与经济性,并让最终生产出来的产品确实使用绿电。
6. 光伏从全额上网走到不许上网,消纳成为第一约束
光伏第一阶段约在2010—2020年:发多少都可以全额接入电网,并获得补贴,电网也为消纳这些新能源承担了一定成本。第二阶段变为自发自用、余电上网,屋顶、渔光互补和农光互补首先服务本地负荷。
第三阶段按张海瑞的概括,目前基本走到“基本不许上网或者无法上网”。随着电网调节裕度缩小,项目会安装防逆流装置,上网电量还可能遭遇负电价;新能源更多需要优先在本地完成消纳。
微电网由此成为物理解决方案:它在较小区域内集成发电、调度、配用电等功能,可作为大电网补充,也可在偏远地区、海岛成为主要电力形式,形成源网荷储的本地闭环。
虚拟电厂则是组织和交易形式,把分布式光伏、储能及大负荷聚合成一个具有发电和调节能力的虚拟形态。刘鹏琦先后用网约车和云计算虚拟化类比;张海瑞补充,电力仍连着物理世界,必须同时解决控制、通信、结算和利润分配。
7. 136号文取消强制配储,也让新能源更多按市场供需重新定价
极端气候和俄乌冲突造成部分地区供电短缺、电价飞涨,国内则持续推进电力市场和新型储能政策。今年上半年以136号文为代表,各省随后跟进,张海瑞将其视为新能源继续推进的明确信号。
136号文之前,各地普遍要求新能源强制配储,希望储能充当波动“稳定器”;文件之后一面取消强制配储,一面加速市场化。光伏不再只看度电成本,而要叠加控制管理成本和真实供需价格。
产业因此从“单一的投资建设进入能源管理运营”,也从光伏并网走向光储供电。直接承压的是只做设备生产和投资的光伏、储能企业,消纳困难可能带来订单减少;新增需求则落到能源管理、智能配电、实时通信、AI和虚拟电力专家。
刘鹏琦的归纳是技术与价格需要同时整形:储能和源网荷储降低物理波动,市场交易促使发电方和用户主动调节。张海瑞同意价格是“指挥棒”,但提醒国内现货机制尚未完全成熟。
8. 新型电力系统把控制难题推向高频、海量小节点
张海瑞的核心技术判断,是传统火电、水电等机电系统正在转向以新能源为代表的电力电子系统,客观上形成“由低频到高频”的变化。原有低频监测和控制方式,无法完整匹配更快的电力电子波动。
刘鹏琦用两个瞬时变化解释问题:一朵云飘过便会改变光伏功率,一批车辆同时驶入充电站便会抬高负荷。过去按日前或小时制定策略尚可维持大致平衡,如今需要更高频的监测、控制和实时闭环。
变化不止是速度,还包括“由大的颗粒度到小的颗粒度”。过去调度大电厂、大节点、大用户即可;现在一个拥有光伏、储能和负荷的家庭也需要控制,传统电力专家和集中式电网服务能力无法覆盖海量需求。
因而需要从数据采集、监测、系统状态评估分析一直贯通到发电、用电和充电控制。张海瑞强调终点不是看见数据,而是“如何能够形成一个有效的闭环”,对电力作实时灵活配置。
9. AI既制造最高等级的新负荷,也必须成为虚拟电力专家
AI算力中心消耗海量电力,首先带来“这些电力从哪儿来”的问题。张海瑞认为它需要更多绿电、更安全可靠的电,而且可靠性与电能质量要求至少比居民用电“高好几个等级”。
反方向上,高速、高频、细颗粒度的中小电力系统也需要AI。海量园区和用户过去主要由电网及人工专家服务,如今需求规模和响应速度都超出传统组织能力,必须把监测、分析评估和控制能力交给AI赋能。
博联智电把这一角色称为“虚拟电力专家”,并称三年前已启动相关项目。张海瑞同时限定了AI的边界:它必须与电力专业紧密结合,不能脱离物理控制、安全约束和实时数据单独工作。
10. 博联智电把普通配电设备改造成毫秒级控制入口
张海瑞此前在华为数字能源和华为2012实验室从事微电网、新能源并网研究及产品开发。团队从2015年电改“9号文”后关注用户侧电力物联网,也看到了云、管、边、端技术的成熟和商业应用;到2022年判断高性能电力实时控制系统需求出现,并将其称为PRTC。
产品没有采用陌生终端,而是重新设计智能电表、空开和网关,类比“传统手机到智能手机”的升级:外形与使用习惯相近,内部加入高频采集、算法模型、工业通信、虚拟总线和控制技术。
设备之间的数据同步、可编程且能按逻辑协同,边缘端完成数据采集、计算、分析和传输,上层软件管理设备、数据和客户业务,最终由终端、边缘与云端组成完整闭环。设备端及系统通信控制环节经过加速和优化,数据处理与传输速度很快。
这种形态兼顾新建与改造,可直接加装或替换既有设备;国家电投项目将分布式光伏做广域同步和集中聚合,上海电气园区则统一监测充电、用电和发电,并进行在线分析与控制。
11. 毫秒级闭环先兑现降本增效,海外再按两类需求复制
博联智电称控制节拍和响应时间已达到毫秒级,可在50赫兹交流系统内安全优化和管理源网荷储,增加发电、提升收益并构建微电网能力。刘鹏琦认为,对发电设备和用电来说应当是无感的;若时间尺度再长,则可能带来停电、切换后重启等安全问题。
对刘鹏琦关于长期分润模式的追问,张海瑞没有给出具体收益分享机制,只归纳现阶段两类价值:降低用电成本、避免浪费;以及在无电或供电落后地区快速部署,改善电气化水平并规模复制。
欠发达市场购买的是可靠性。非洲、东南亚不少地区仍会“有时候有电、有时候没电”,中国工厂迁入后即使劳动力便宜,也可能受制于不稳定供电,因此发电、电网和控制系统需要随制造业“一起去出海,一起去服务”。
欧洲、澳洲和美国购买的则是降本。按张海瑞口径,中国家庭全年平均用电成本约1,000元,澳洲两三千元以上,欧洲在俄乌冲突后更高;博联智电称其技术开发、准入认证和销售通道从一开始便面向全球市场。