9月24日，國家主席習近平在聯合國氣候變化峰會發表視頻致辭，宣布中國新一輪國家自主貢獻：到2035年，中國全經濟范圍溫室氣體凈排放量比峰值下降7%-10%，力爭做得更好。非化石能源消費占能源消費總量的比重達到30%以上，風電和太陽能發電總裝機容量達到2020年的6倍以上、力爭達到36億千瓦。
36億千瓦！這一令世人矚目的數字，是中國向世界作出的“綠色承諾”，是推動構建人類命運共同體的大國擔當。新能源的蓬勃發展，將是一場能源體系向低碳轉型的深刻變革，也是一次驅動社會綠色、可持續、高質量發展的重大機遇。隨著清潔能源“走進”千家萬戶，每個人都能用上更安全、更清潔、更實惠的“綠色”電力。
優化電網運行控制體系是提高國家能源安全和保障能力的題中之義。數字孿生技術的探索與應用以其精準推演、全局仿真、智能調控的優勢，有望成為有效支撐36億千瓦綠色裝機目標落地的關鍵舉措之一。
■新能源“成長的煩惱”
據測算，未來十年，我國將每年新增超2億千瓦的新能源裝機。電力系統向“新”而行，新能源大規模并網，帶來了波動性大、支撐力弱、互動性強等考驗，對電網運行控制體系的挑戰與日俱增。
一是波動性掣肘，電網供需難平衡。我國資源稟賦與負荷中心呈逆向分布，“發電在西北、負荷往東南”的格局，導致新能源發電需要特高壓大規模遠距離輸送。在36億千瓦的新目標下，新能源必將成為滿足負荷增長需求的核心電源，煤電的功能定位相應由基礎電源轉向調節與保障性電源。與傳統電源“因需而動”不同，新能源“靠天吃飯”，出力時有時無，而電力本身光速傳輸、無法儲存、發用瞬時平衡，導致供需易錯開、難匹配。特別是高溫、寒潮等極端天氣和自然災害頻發，空調等調溫負荷規模大、攀升快，電力供需極易形成巨大“剪刀差”，成為電網系統面臨的新難題。
國家能源局公布的數據顯示，截至2025年8月底，我國太陽能、風電裝機已達約17億千瓦，風光裝機占比超過46%。業內普遍認為，新能源裝機容量占比超過50%時，電網將面臨出力波動性、間歇性等系統性風險，平衡難度大。
而現在，我國青海、甘肅等地電網新能源最大出力占比已經超過80%。若要在2035年實現36億千瓦的目標，未來十年需新增約19億千瓦，相當于100多座三峽電站的總裝機。在新型電力系統加快建設的背景下，新能源裝機比例必將繼續攀升，電網安全面臨前所未有的挑戰。
二是支撐力不足，電網安全換機理。傳統同步發電機保障電網安全的關鍵在于“轉動慣量”，這是風光發電所不具備的能力。新能源場站并網需要變流器、逆變器等大量電力電子設備，這些電力電子設備以微秒級速度開關，導致發電出力驟升驟降，給電網安全穩定帶來嚴重威脅。
這一本質差異讓電網出現故障的形式和故障連鎖反應的特點發生根本改變。系統抗干擾能力變差，頻率、電壓的穩定性弱，小故障可能引發快速的連鎖反應，傳統安全防御體系面臨失效，在部分實際運行場景下，現有穩定分析與控制理論及技術體系的有效性邊界已逐漸顯現。今年西班牙、葡萄牙新能源出力驟然爬升至70%，系統安全裕度降低，局部故障引發的大停電蔓延至整個伊比利亞半島，給我們敲響了警鐘。
三是互動性升級，調度控制變復雜。36億千瓦的裝機推動新能源產業快速發展，除了大規模集中式新能源場站之外，分布式電源、電動汽車、儲能設備等也將快速增長。這直接導致電網的調度對象從過去的幾百個大型電廠，變成了千萬級分散的電力設備。配電網從“只用電不發電”的無源網絡，變成了“又用電又發電”的有源網絡。電流潮流方向也從過去的“單向輸送”變成了“雙向流動”。
相應地，電網調度模式將從“發電跟著用電走”變為“源網荷儲”協同優化，調度員的角色會從安排發電的“鍵盤手”變為協調各方資源的“樂隊指揮家”。這必須依靠智能數字平臺、超強算力與先進算法的支撐才能實現，整個調度系統的復雜程度大幅提高。
■數字孿生電網“未來已來”
簡單來說，數字孿生就是為物理世界的實體在數字空間構建一個1:1的“雙胞胎”——既能實時反映物理實體的狀態，又能推演未來變化，為新型電力系統運行控制技術發展帶來重大機遇。
數字孿生電網，不是簡單的3D示意圖，也不是傳統的離線仿真工具，而是一個“會思考、能決策”的智能系統。隨著新能源占比的逐年提升，電網呈現出結構更加復雜、設備更加繁多、技術更加龐雜的發展趨勢，數字孿生電網通過全方位采集電網實時數據，進行數字化映射模擬，利用通用技術建模預測，推動電網運行控制從經驗調度向智慧調度發展。
超前推演：風險早預判，保用電無憂。夏季停空調、冬季斷暖氣，是大家遇到就會鬧心的用電問題。數字孿生電網就像“預言家”，通過挖掘過往發電、用電規律，結合氣象預測、地理數據等信息，采用人工智能計算，能提前數小時甚至數天，精準預測新能源發電量與民眾用電量，確保電網發電與用電之間的供需平衡。無論是平常日子，還是臺風、高溫等極端天氣，數字孿生電網可以評估電網的承載能力、最大供電量等，幫助工作人員提前準備，防范風險。
如遇上高溫天，它會提前發出此類預警：“下午2點云量增多，光伏發電預計減少20%，用電負荷預計增長30%。”工作人員據此及時調配儲能、開啟備用電源，同時可以向公眾展示調度原理，讓大家明白保障措施的目的，從而舒舒服服吹空調，完全不用擔心中途“拉閘”。
基于精準預判，36億千瓦新能源能得到更合理地利用。這將減少化石能源消耗與污染物排放，給地球“減負擔”。
仿真驗證：試錯低成本，護電網安全。傳統電網若直接開展試驗，無論是設備升級小偏差，還是政策調整小疏漏，都可能引發居民停電、企業停產，既費錢又危險。比如2024年的歐洲電網，因軟件升級故障導致交易所脫離市場，引發多國電價極端波動。這類風險在數字孿生電網應用后，完全可以避免。
數字孿生電網搭建了高保真的“虛擬試驗場”，能像顯微鏡一樣觀察電網波動、識別潛在規律，精準模擬設備故障、負荷波動、極端天氣等各類復雜場景。深度分析高比例新能源電網的運行趨勢，最大限度避免類似于西班牙、葡萄牙經歷的大停電事件。無論是新設備測試、調度方案策劃，還是電價效果推演，都能在虛擬空間無限試錯：提前摸清風險，不用花“冤枉錢”，不用擔心引發安全事故，甚至還能幫助大家推算出更經濟的用電方案。
閉環控制：調分散資源，賺補貼雙贏。如今，許多家庭都擁有家用光伏板、電動汽車電池、小型家用儲能等“碎片化”電力資源。以往，這些資源產生的電力要么白白浪費，要么在用電高峰時充電加重電網負荷，難以發揮實際價值。
數字孿生電網則將這些分散的電力資源全面“納入麾下”，實時監測家用光伏發電量、電動汽車電池剩余容量、家用儲能設備儲電狀態，再結合區域用電負荷，精準判斷電網供需情況。一旦面臨用電高峰、電網缺電，系統可以通過電力服務平臺實時向用戶發送邀請：“當前區域用電緊張，您家可向電網輸送2度電，還能獲得補貼。”
用戶點擊“確認”后，家中的電力平穩輸送至電網，且可以實時查看電力輸送進度、補貼到賬情況，整個過程透明可追溯。這既有效緩解了區域用電壓力，又讓用戶賺取了額外福利，實現妥妥的雙贏！
■筑牢能源安全“國之大者”
電網運行控制系統，既是高效穩定運行的“指揮大腦”，又是構建數字孿生電網的“智慧內核”。國電南瑞始終立足“國之大者”，以自主創新為核心驅動力，長期深耕電網運行控制核心技術，其發展歷程與我國電網的升級迭代同頻共振，循著清晰的時間軸線，正走著一條從技術突破到場景落地的進階之路。
從研制新中國第一套電網監控系統起步，歷經長期技術積累與迭代，國電南瑞以自主創新成功實現從“跟跑”“追趕”“并行”到“超越”“領跑”的變化，高比例新能源電網運行控制、城市電網多時空聯合預警與超前控制等多項核心技術處于國際領先水平。
肩負“提高國家能源安全和保障能力”重大使命，國電南瑞正聚焦數字孿生電網的“技術研發”，將產業創新和科技創新相融合，努力實現規模化應用“場景落地”。目前，國電南瑞依托電力行業重大問題聯合攻關團隊，牽頭開展中國電機工程學會“基于數字孿生電網的新型電力系統運行控制體系研究布局與技術實現路徑”課題研究，加快建設數字孿生實驗室，全力構建基于數字孿生電網的新型電力系統運行控制體系，在統一數據底座、電力調度科學智算、全過程在線仿真、多時序全要素平衡等方向發力，推動電網控制模式向“以虛預實、以虛優實、虛實共生”的高級形態演進。
未來，數字孿生電網全面投入運行，電網調度中心將呈現出全新的場景：調度大廳巨大弧形屏幕上不再是靜態的電力線路圖，而是與實體電網完全同步的動態鏡像——每一臺風機、每一座鐵塔、每一臺變壓器......都在虛擬空間中以流光溢彩的數字化展現，實時閃爍著電壓、電流、功率等關鍵運行數據。
可以想見這樣的場景：調度員輕觸屏幕，界面即刻切換至區域新能源運行看板。讀罷數據，只見他將手指向右拖拽，數字孿生電網瞬間“穿越”到黃昏時刻，快速計算并顯示發電和用電負荷情況。調度員盯緊屏幕上的動態仿真曲線，確認儲能電站、備用電源的調節能力是否可完全覆蓋缺口。待到日落時分，實體電網的實際運行數據與數字孿生鏡像中的預測結果完全吻合，無需人工核算，數字孿生電網已提前完成所有決策與驗證。
這美好的時刻，正是數字孿生電網默默守護的成果——它以科技的力量，讓綠色能源平穩流淌，讓每一盞燈都明亮如初，讓36億千瓦目標下的美好生活照進現實。
