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冬季寒潮来袭，北方靠暖气，南方用空调。
空调在南方一年四季使用率都很高。
在浙江，空调用电负荷已超过三峡电站的总装机容量。
这么多空调，除了“知冷知热”，还有更大的作用——作为电网级规模化备用资源，帮助实现新能源高效消纳。
怎么做到的？
由国网浙江电力牵头研发的“含高比例新能源的电力系统需求侧负荷调控关键技术及工程应用”给出了答案。11月3日，该项目获2020年度国家科技进步奖二等奖。
发掘
负荷调控潜力大但难度也大
由于风电、光伏等新能源发电具有多时空的强不确定性和间歇性，加之新能源接入电网比例不断升高，这都要求浙江电网具备更多的调节资源，但浙江省内电源侧灵活调节能力已经捉襟见肘，挖掘需求侧调节潜力成为必然选择。
从我国的用电结构来看，工商业用电在全社会用电中占大头。用电负荷主要有分散式商业负荷和集中式工业负荷两种。
数据显示，在东部地区，以空调负荷为例的分散式商业负荷在夏季占最大负荷比重超过40%，这些地区分布式光伏占比较高；而在北方的一些地区，冶炼负荷等集中式工业负荷耗电量占全社会用电量10%以上，部分地区占比超过30%，这些地区风电资源密集。
上述两类负荷参与电网新能源消纳潜力可观。但要真正挖掘这些负荷的调控潜力，仍存在不少技术瓶颈。
就拿空调来说，这类负荷单体容量小、分布散、特性差异大，难以持续、快速、大规模调控。另外，包含楼宇空调、屋顶光伏、电动汽车等在内的灵活负荷集群参与电网调控时响应速度存在差异，有明显时延，叠加高比例新能源更是造成多重强不确定性。而冶炼负荷调节易诱发不受控负荷瞬变，冲击电网安全且影响产品质量。这些问题极大制约了新能源高效消纳，威胁电网安全运行。
针对这一系列难点，国网浙江电力联合浙江大学、源牌科技、清华大学、中国电科院等单位，组成产学研用相结合的科研团队，全力攻克技术难题。
突破
从切负荷到调温度，平滑调控国际领先
功率反弹是空调等温控类负荷调节的一个常见难题。“楼宇的保温性有限，空调功率调节难以长时间持续。当空调不得不恢复投入时，会出现一个功率尖峰，超过之前正常功率水平。”项目组主创人员、浙江大学研究员叶承晋介绍。为抑制功率反弹，项目研发团队发明海量分散负荷分层—汇聚的集群控制技术，通过客户分组轮动的方式来满足电网调节需求，充分利用柔性变风量控制以及冰蓄冷等蓄能空调技术，让温控系统的调节灵活性尽可能扩大，实现负荷持续小时级平滑稳定调节。应用这些技术，商厦、车站等也可以成为电网互动资源。
此外，项目科研团队首创电磁耦合预测反馈控制方法，在国际上首次实现冶炼等集中式负荷秒级平滑调控，示范项目风电就地消纳率提升12%。
这种负荷调控方式“平滑”在哪？
“拿空调举例，过去的调控模式是直接把空调关了，但现在只要调节温度即可。”叶承晋说，“传统的负荷切除模式是0-1式的，就是当系统发生突发情况，平衡被破坏以后，就将切负荷作为一项紧急手段帮助系统恢复平衡，我们的负荷调控技术与之相比，最大的技术区别是平滑调节而非直接切除，可以做到用户友好、网荷共赢。”
近年来，发达国家的负荷调控模式多为市场机制引导负荷响应，速度较慢，且多以民用负荷为对象，只限于中低压小容量应用。
历经7年的产学研联合攻关，国网浙江电力牵头的项目实现电网级规模化应用，在负荷调控领域完成多项突破，创造多个第一。项目在国际上首次实现了吉瓦级集中工业冶炼负荷秒级平滑控制参与调频，吉瓦级分散商业空调负荷集群持续小时级稳定调峰，负荷调控深度、平滑度、速度、规模等核心指标均处于国际领先水平。
落地
数百万千瓦光伏电就地消纳，社会、客户、电网多方共赢
在浙江嘉兴的城市级能源互联网示范项目园区内，通过对近60个楼宇空调、40余家企业的厂区新风、温控系统等灵活负荷进行调控，已经实现了2.4吉瓦光伏全额就地消纳。
2019年8月29日，全国首个城市级能源互联网示范项目在浙江嘉兴海宁建成，这也是“含高比例新能源的电力系统需求侧负荷调控关键技术及工程应用”项目的首次落地应用。
这不仅解决了当地过去光伏倒送的问题，实现2.4吉瓦光伏全额就地消纳，还使应用区域户年均停电时间由2.6小时降至16分钟，中/低压母线电压越限次数下降65.4%。项目推广应用至全省后，实现9.3吉瓦浙江分布式光伏全额就地消纳，相当于减少发电煤耗120万吨/年。在浙江，海量需求侧资源正被唤醒，一条让光伏和楼宇空调资源化为电网级规模化备用能力的技术之路正缓缓铺就。
目前，项目成果已规模化应用至浙江、河北、上海、重庆等11个（市），覆盖中国尊、浦东机场等657栋大型建筑及上海世博园等48个园区，并推广至吉隆坡、迪拜等地的海外工程中。
未来，负荷调控技术前景广阔。“举例来说，我国数据中心用电量连续八年超过12%速度增长，2020年的总电耗超过上海年用电量。未来，我们的负荷调控技术可以进一步应用至数据中心等新型负荷乃至多能耦合的综合能源客户，支撑国家能源清洁、低碳发展。”叶承晋说。
作者：郝怡柯
责编：吴黎

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