绿色电力与算力如何实现“双向奔赴”？新型电力系统中的虚拟电厂将向哪些方向“进化”？高校在能源领域的科研成果如何有效落地？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康重庆给出了答案。
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算电碳一体化是新型电力系统与数字经济融合的必然方向
我国电力系统年碳排放量在全社会碳排放总量中的占比超40%，电力碳中和是实现“双碳”目标的“主战场”。电力系统低碳转型不仅是应对国际绿色贸易壁垒的重要手段，也是支撑我国从“能耗双控”迈向“碳排放双控”的坚实底座。作为国内低碳电力技术研究领域的先行者，康重庆教授团队首次揭示了电网潮流与碳排放的时空耦合机理，创立了“电力系统碳排放流理论”，并构建起系统的方法论。
与忽视电力碳排放时空差异的传统计算方法不同，电力系统碳排放流理论把碳排放作为可追踪、可溯源、可优化的网络流，与电力潮流同构耦合。其本质是嵌入在电力潮流中的等效碳排放量，随电力潮流在网络中流动，从电源节点流向负荷节点，实现了“一度电、一份碳”的精准对应。
“通过电力系统碳排放流理论，我们给电力潮流打上‘碳标签’，让每一度电都有清晰的碳足迹，从电源，到电网，再到负荷，全程可追溯、可核算、可交易，解决了‘谁用电、谁担碳’的责任划分难题，为碳市场、绿电交易、零碳园区碳核算等提供了统一的计量基石。”康重庆介绍，目前，电力系统碳排放流理论已帮助电力系统碳排放实现“分钟级、用户级”精准计量与溯源。
“借助电力系统碳排放流规律，企业可以知道何时用电最低碳、何地用电最绿色。在‘碳关税时代’，低碳电力优势就是降低企业成本的驱动器、打破贸易壁垒的通行证。”康重庆强调。
目前，电力系统碳排放流理论已有核心落地成果，电力碳表、动态电碳因子、电力碳地图、低碳需求响应都是典型代表。其中，电力碳表实现源网荷全链条碳排放实时计量，夯实数据基础；动态电碳因子打破传统固定核算模式，形成分时、分区的低碳电力评价标准；电力碳地图则直观展示区域碳强度分布与跨区碳流规律，支撑全局决策。三者共同输出实时碳信号，“进化”为低碳需求响应，推动电力负荷由“随电价调节”转向“电碳协同优化”。目前电碳监测等部分成果已在华北电网、江苏电网、广西电网等地落地，实现了电网运行安全、经济与低碳三元目标的协同优化。虽然已经明晰电网中的碳如何流动，并解决了电力系统如何主动控碳、协同降碳，但电力系统的低碳转型远没有止步。
随着人工智能技术的飞速发展，以及东数西算等战略的积极推进，数据中心成为新型负荷，用电占比快速上升。但我国风光新能源主要集中在西部、北部，数据与算力需求却主要集中在东部、中部。这种空间错配对能源与AI的双向赋能提出新的更高要求，电力系统需要在满足高速增长的算力负荷的同时实现低碳转型，挑战巨大。
对此，康重庆强调，在“双碳”目标和数字化转型机遇下，新型电力系统将由“源网荷储”四要素拓展为“源网荷储碳数”六要素，构建算电碳三位一体协同体系是新型电力系统与数字经济融合的必然方向。
“实现算电碳协同，关键就是要实现算力跟着绿电走、负荷跟着碳强度走。”算力负荷具有可延时、可平移特性，是天然的海量柔性资源，发挥其“虚拟储能+虚拟调峰”功能，可提升新能源消纳、降低系统碳强度。“因此，必须破解电力市场、碳市场、绿证市场、算力市场之间的规则分割、数据孤岛、价值脱节等问题，建立算电碳联合交易机制，让低碳算力可计量、可交易、可追溯。”
我国虚拟电厂技术飞速发展
虚拟电厂是新型电力系统构建中提升需求侧协同能力的关键举措。在康重庆看来，虽然虚拟电厂的概念起步较早，但真正的工程应用主要集中在最近七八年。但也正是这七八年时间，我国虚拟电厂技术已经走到世界前列。
“每个国家的资源禀赋、实际情况不同，所以各国根据自己的聚合资源情况发展出适合自己的虚拟电厂技术，形成了自己的特点。我国需求侧资源品类很多，我们针对异构资源聚合提出标准化建模方法，可以让不同资源按照统一外特性刻画出来。如此一来，可以使虚拟电厂具有规范的表征模型，进而对虚拟电厂在电力系统中参与平衡的手段进行优化与控制。这也成为我国虚拟电厂领先世界的领域。”康重庆介绍，随着我国电力现货市场的不断完善，虚拟电厂也将得到进一步发展，并在区域探索方面，取得更加明显的发展优势。
事实上，早在2017年，康重庆就带领团队开始了对虚拟电厂的前期研究。从“十三五”时期的国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项，到“十四五”时期我国首个虚拟电厂国家重点研发计划项目“规模化灵活资源虚拟电厂聚合互动调控关键技术”，再到“十五五”时期的第二个国家级虚拟电厂项目“虚拟电厂主动支撑多级电网运行关键技术”，随着研究的不断深入，虚拟电厂技术也不断进化。“目前，虚拟电厂技术已由能量为主的静态聚合为基础，逐步发展到具备动态响应的完备机组化响应能力，即在更短的时间尺度上形成对多级电网的支撑能力。”
“通过虚拟电厂，电力系统平衡模式从此前刚性的源随荷动转变为柔性的源荷互动。”康重庆介绍，在技术发展以及政策支持下，目前我国虚拟电厂已经形成了良好的发展态势，在技术上，实现了跨节点、跨区域的资源聚合；在机制上，除了组建研究领域的“国家队”，还在中国能源研究会成立了虚拟电厂专委会，中国电机工程学会新型负荷与虚拟电厂专委会也正在筹备中。同时，还吸引了大量民营企业在虚拟电厂平台交易，真正把能聚合的资源都聚合起来，产生了实实在在的收益。
标准是做一切工作的基础。谈及虚拟电厂的标准体系建设，康重庆表示，目前我国已出台多项虚拟电厂国家标准，今年3月国家能源局发布的《2026年能源行业标准计划立项指南》将虚拟电厂列入重点方向，“预计今年虚拟电厂方向在行业标准基础上产生国家标准的密度会更大。”康重庆认为，在此过程中，央国企和民企将同步参与，“虚拟电厂本质上需要央国企和民企同时作用，才能产生效应。”
四川院成长为校地合作亮丽名片
作为清华大学电机系主任，康重庆同时也是清华四川能源互联网研究院院长。2016年，清华四川能源互联网研究院（以下简称“四川院”）正式落地四川天府新区，成为清华大学与四川省校战略合作落地的首个新型研发机构，也是清华大学目前在西部地区设立的唯一一所派出研究院。
康重庆表示“十年磨一剑。我们始终坚守‘源自清华、扎根四川’的初衷，把实验室里的理论成果，变成能落地、能见效的工程实践，让清华智慧真正服务四川能源转型和国家‘双碳’目标”。
由清华大学电机系引领的“一系两院一室一联盟”的“五位一体”发展体系，为四川院提供了全方位的支撑保障——清华大学电机系为基础研究提供策源支撑，清华大学能源互联网创新研究院把握政策战略方向，四川院聚焦技术落地转化，新型电力系统运行与控制全国重点实验室攻克核心技术瓶颈，国家能源互联网产业及技术创新联盟推动产业协同发展。
十年间，四川院这支从3人起步的初创团队，已成长为拥有445名全职人才的行业领军力量，用一组组实打实的数据、一项项可落地的成果，书写着校地协同创新的“清华答卷”。“紧扣四川清洁能源禀赋，四川院精准布局科研方向，聚焦清洁低碳能源、新型电力系统、能源碳中和、能源交叉融合四大方向，构建十个学科交叉的研究中心，针对能源行业需求，着力开展技术攻关。”康重庆介绍，十年间，四川院累计承担国家级项目70余项，服务300余家能源企业，申请专利1200余件，完成科技成果处置45项、转化总金额超1亿元，在国际科技奖项及标准制定等方面实现多点突破。
从实验室到产业场，从技术突破到生态构建，十年深耕，四川院已成为省校合作的“桥头堡”、能源创新的“孵化器”。站在新十年的起点，康重庆表示：“四川院不仅要源自清华、扎根四川，也要服务全国、走向世界，紧跟时代步伐，围绕国家重大战略需求，加速成果转化，为我国新型电力系统建设、‘双碳’目标实现贡献更多力量。”
【责任编辑:刘佳】