摘要
中国承诺到2035年实现风电和太阳能发电总装机容量达到36亿千瓦，这是2020年水平的6倍。截至2025年8月，风光装机容量已达约17亿千瓦，占比超过46%。新能源大规模并网带来的波动性、间歇性以及对电网支撑力的削弱，对传统电网安全稳定构成严峻挑战。为应对这一挑战，数字孪生电网技术被提出作为关键解决方案。该技术通过构建物理电网的实时数字镜像，利用人工智能和数据进行精准预测、仿真推演和智能调控，旨在实现从经验调度向智慧调度的转变，有效整合分布式资源，保障高比例新能源接入下的电力系统安全与供需平衡。
线索
投资机会：
1. 核心技术供应商： 数字孪生电网的实现依赖于先进的建模、仿真、人工智能算法和高性能计算平台。在电网运行控制、智能调度、大数据分析领域拥有核心技术的企业，如文中提及的国电南瑞，将直接受益于电网的数字化升级浪潮。
2. 电网基础设施： 为支撑数字孪生，物理电网需要进行智能化改造，包括部署大量传感器、智能终端和高速通信网络（如电力5G）。这为相关硬件设备制造商和通信服务商带来市场空间。
3. 储能系统： 文章多次强调储能是平抑新能源波动的关键。数字孪生技术能优化储能的充放电策略，提升其经济价值，将刺激对电化学储能等各类储能技术的投资需求。
4. 虚拟电厂（VPP）与聚合商： 数字孪生电网能够有效聚合和调度分布式电源、电动汽车、用户侧储能等海量“碎片化”资源。专注于资源聚合和需求响应服务的虚拟电厂运营商将成为新型电力生态中的重要一环。
潜在风险：
1. 技术实现与网络安全风险： 构建覆盖全国、实时同步的电网数字孪生体技术难度极高，数据模型的准确性、系统的可靠性面临巨大考验。同时，高度数字化和互联的电网也使其成为网络攻击的巨大目标，一旦被攻击可能导致大面积停电，后果严重。
2. 投资规模与回报周期： 数字孪生电网的建设需要巨额的初始投资，其投资回报依赖于长期运营效率的提升和风险的降低。若项目进度不及预期或成本超支，将影响相关企业的财务表现。
3. 政策执行不确定性： 36亿千瓦的目标是国家级战略承诺，但具体执行路径、补贴政策和市场机制仍存在不确定性。政策调整可能影响相关产业的投资节奏和盈利模式。
4. 市场集中度风险： 电网运行控制领域技术壁垒高，市场可能由少数几家大型国企主导，导致竞争不充分，可能抑制中小企业的创新活力。
正文
在《联合国气候变化框架公约》第三十次缔约方大会（COP30）上，中国公布了新一轮国家自主贡献（NDC）目标。目标包括：到2035年，中国全经济范围温室气体净排放量比峰值下降7%—10%；非化石能源消费占能源消费总量的比重达到30%以上；风电和太阳能发电总装机容量达到2020年的6倍以上，力争达到36亿千瓦。
为保障这一绿色装机目标的实现，优化电网运行控制体系成为关键。数字孪生技术因其精准推演、全局仿真和智能调控的能力，被视为支撑该目标落地的重要技术手段。
新能源并网带来的挑战
据测算，未来十年，中国每年将新增超过2亿千瓦的新能源装机。新能源大规模并网给电力系统带来了波动性大、支撑力弱、互动性强等考验，对电网运行控制体系的挑战日益增加。
国家能源局数据显示，截至2025年8月底，中国太阳能与风电装机容量合计约17亿千瓦，占总装机容量的比例超过46%。业内观点认为，当新能源装机容量占比超过50%时，电网将面临出力波动和间歇性带来的系统性风险，平衡难度增大。目前，中国西北地区如青海、甘肃等地的电网，新能源最大出力占比已超过80%。若要实现2035年36亿千瓦的目标，未来十年需新增约19亿千瓦装机，相当于100多座三峡电站的总装机容量。
传统同步发电机依靠“转动惯量”保障电网安全，这是风光发电所不具备的特性。新能源场站并网需使用大量变流器、逆变器等电力电子设备，这些设备以微秒级速度开关，可能导致发电出力骤升骤降，对电网安全稳定构成威胁。这种差异改变了电网故障的形式和连锁反应特点，使系统抗干扰能力下降，频率和电压稳定性减弱，传统安全防御体系的有效性边界正在显现。
此外，36亿千瓦装机目标将推动分布式电源、电动汽车、储能设备等快速增长。电网的调度对象将从过去的几百个大型电厂，变为千万级的分散电力设备。配电网将从“无源网络”变为“有源网络”，电流潮流方向也从“单向输送”变为“双向流动”。相应地，电网调度模式将从“发电跟随用电”转变为“源网荷储”协同优化，调度员的角色从安排发电转变为协调各方资源，这必须依靠智能数字平台、超强算力与先进算法的支撑。
数字孪生电网的应用与功能
数字孪生技术旨在为物理世界的实体在数字空间构建一个1:1的实时映射模型，该模型既能反映物理实体的实时状态，又能推演其未来变化。数字孪生电网并非简单的3D示意图或离线仿真工具，而是一个具备思考和决策能力的智能系统。
通过全方位采集电网实时数据进行数字化映射和模拟预测，数字孪生电网推动电网运行控制从经验调度向智慧调度发展。例如，通过挖掘历史发用电规律，结合气象预测和地理数据，利用人工智能计算，数字孪生电网可以提前数小时甚至数天精准预测新能源发电量与用电负荷，确保供需平衡。在高温天气，系统可提前预警光伏发电量减少和用电负荷增长的情况，以便工作人员及时调配储能或启动备用电源。
基于精准预判，36亿千瓦新能源可以得到更合理的利用，从而减少化石能源消耗与污染物排放。同时，数字孪生电网提供了一个安全的虚拟试验环境，可用于测试设备升级或政策调整，避免因试验失误直接在物理电网中引发停电或生产事故。例如，2024年欧洲电网曾因软件升级故障导致多国电价极端波动，此类风险在数字孪生电网中可进行模拟和规避。
数字孪生电网还能有效整合分散的电力资源。系统可以实时监测家用光伏发电量、电动汽车电池剩余容量和家用储能设备状态，结合区域用电负荷进行精准判断。在用电高峰时，系统可通过平台向用户发送邀请，请求其向电网输送电力并提供补贴。用户确认后，电力可平稳输送至电网，整个过程透明可追溯，既缓解了区域用电压力，也为用户带来收益。
技术研发与未来展望
电网运行控制系统是数字孪生电网的“智慧内核”。国电南瑞作为该领域的长期深耕者，其发展历程与中国电网的升级迭代同步。从研制新中国第一套电网监控系统起步，国电南瑞通过自主创新，在高比例新能源电网运行控制、城市电网多时空联合预警与超前控制等核心技术上达到国际领先水平。
目前，国电南瑞正聚焦数字孪生电网的技术研发与场景落地，牵头开展相关课题研究，并加快建设数字孪生实验室。其研究方向包括构建统一数据底座、电力调度科学智算、全过程在线仿真和多时序全要素平衡，旨在推动电网控制模式向“以虚预实、以虚优实、虚实共生”的高级形态演进。
未来，数字孪生电网全面投入运行后，电网调度中心将呈现一个与实体电网完全同步的动态数字镜像。调度员可以通过该镜像查看实时运行数据，并能将时间“穿越”到未来某一时刻，快速计算和仿真发电与用电负荷情况，提前验证决策方案。当实际时刻到来时，实体电网的运行数据将与数字孪生中的预测结果吻合，系统已提前完成所有决策与验证，从而保障绿色能源的稳定供应。
发布时间
2025-12-14 09:50:00
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