IEA report
【IEA报告】专利视角下物理电网与智能电网的全球创新趋势分析（二）
【IEA Report December Published】
电网在清洁能源转型中的重要性
现代智能扩展电网对能源转型的成功至关重要。庞大的电缆、输电塔、变压器、电表等设施网络，共同构成电力系统支柱，维持运行数百年，而随着电力在全球能源体系中所占份额不断增加，电网将变得越来越重要。因为低排放能源主要来自电力，如太阳能光伏（PV）、风能、水电和核能，与化石燃料大有不同。
在目前的大多数市场中，太阳能光伏（PV）和风能是成本最低的电力来源。此外，电力是一种用途极多的能源形式，尤其在计算、高端制造和服务业中具有重要用途，还是现代经济的主要推动因素。与化石燃料相比，在终端应用中使用电力（如个人出行）更加节能，同时也能减少当地的空气污染。
然而，电网往往得不到足够的关注。每投入1美元用于可再生能源，约60美分会用于电网和储能（国际能源署，2024年）。许多电力系统容易受到极端天气和网络攻击的影响，而这些风险与日俱增，因此需要加大对电网韧性和数字安全的投资。总体而言，如果电网无法有效连接电力的需求和供应，或者没有得到适当的维护，亦或在技术上无法满足21世纪电力系统的要求，那么它们可能会成为经济增长和应对气候变化的瓶颈。
在过去十年中，用电增速是整体能源需求的两倍，且未来几年需求增速将进一步加快，依据当前的政策来看，全球电力用量的年均增长相当于日本一国的需求电量，这一增长主要来自轻工业消费、电动出行、制冷、数据中心和人工智能（国际能源署，2024年）。各国为了实现超越当前政策设定的能源和气候目标，未来十年全球电用量的增速要比上一个十年快20%。与此同时，电力供应将继续纳入更多的可再生能源，这些能源的输出具有波动性，并且其地理分布与当前电网布局不同。
电网面临新挑战
与日俱增的电力需求和更具波动性的发电方式让电力系统在面对短期和季节性需求时需要更具灵活性。这要求电力部门在投资和创新中重新平衡，以倾向于电网和电池储能。
电网开发者和政策制定者面临三大挑战。唯有技术改进与革新，才能解决好这些问题。正如本报告所示，全球的研究人员和创新者已经将注意力转向了这些技术。
在过去十多年里，研究人员和创新者已经开始关注解决这些问题的技术。然而，鉴于挑战难度越来越大，我们必须持续关注并进一步优化技术。
— 扩展并增强物理连接。随着数据中心和电动汽车充电桩的增加，发达经济体中的电力需求点不断变化；而在发展中经济体，这些需求点也在迅速扩张。为了满足这些需求，必须将更多分布式电力资源与终端用户的位置连接起来。技术改进有望以一种最小化总资本成本的方式来完成这一任务，通过定点干预，部署更高效或更廉价的电网基础设施，助力更高的电缆利用容量。而成本因素在此尤为重要，因为低排放电力来源（如太阳能、风能等）的安装本身需要大量的资本投入。这包括使用微型电网和小型电网作为初始选项，将新用户连接到联网的电力服务系统中来。
—— 使电网操作更加灵活并能够支持电力流动的双向性。
电网的运作需要变得更加灵活，以确保需求与供应能够实时适应变化，从而最大限度地减少供低排放电力所需的峰值发电量。这必须在不影响供电稳定性或网络频率的前提下实现。电网必须允许终端用户在供应充足时享受低成本电力的好处，还可以作为电力供应商参与经济活动，亦或通过减少电力需求（即避免需求）来参与，从而为电网提供价值。
注：双向指的是电力流动可以在两个方向上进行。传统的电网主要是单向的，即从电厂到用户，但随着可再生能源（如太阳能和风能）和分布式发电系统的增加，电力的流动变得更加复杂，可能从用户端返回到电网中（例如家庭太阳能电池板产生的电力）。因此，“双向”指的是电力既可以从发电厂流向用户，也可以从用户流向电网。
—保护人民、数据和环境。
电网必须确保安全稳定地运行，并力求对环境的影响降到最低。同时，针对网络安全的防护措施也必须与时俱进，以应对我们所面临的各种威胁。
为了应对这些挑战，我们必须使电网变得更加智能化，这一进程正在稳步推进中，例如在现有的输电网络之上构建一套通信网络。
为了将通信网络整合进电网的各个节点，生成并利用有价值的数据，我们需要引入新的硬件设备，例如传感器和开关。这些设备能够通过计算机程序进行控制，进而优化电网的运行效率。因此，三大挑战都涉及硬件和软件。在本报告中，用于添加信息流层（或多层信息流）以提高电网运行效率或灵活性的硬件和软件被称为“智能电网技术”。
（未完待续）
编译：崔 颖（新能源部）
审校：谢榕蓉（新能源部）
编辑：崔 颖（新能源部）
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