从一望无际的光伏蓝，到蔚为壮观的风车阵，近年来“风光”新能源如同一股绿色洪流，深刻改变着中国的能源格局。

为了响应国家“能源革命”新思路、服务四川省创新驱动发展战略，2016年，清华大学与四川省政府共同建立起清华四川能源互联网研究院，这家新型研发机构开始了它的“向新力”探索。

新能源渗透率的快速提升在我国新型电力系统建设进程中表现明显，其高度随机性和间歇性的特点给电力系统供需平衡带来了严峻挑战，产生了巨大的灵活调节需求。面向关键技术的攻关，2021年，清华四川能源互联网研究院下属研究所——新能源电力系统分析与优化研究所（以下简称“研究所”）成立，研究重点聚焦于以陆（海）新能源为核心的新能源场站分析与优化技术、高比例可再生能源电力系统灵活性规划与运行技术以及相关平台建设等。身为研究所副所长，李海波所在的创新团队成果丰硕：核心技术之一“高比例可再生能源电网主动同步支撑与协调调控系统”荣获中国电工技术学会2023年度科技进步奖、中国产学研合作促进会创新成果一等奖，还夺得日内瓦国际发明展金奖，在国际学界大放光彩。

近日，李海波接受本刊记者专访，分享团队科研成果的诞生历程与经验。在一系列科研攻关下，高比例可再生能源电网，正从目标愿景逐渐成为我国电力系统的现实状态。

研以致用 支撑“源网协调”灵活性新跃迁

一段时期以来，电力系统的“双高”新特征—高比例可再生能源、高比例电力电子装置，引起了整个系统本征特性的深刻改变。具有显著随机、波动性的风能和太阳能成为主力电源，常规火电机组逐步向灵活调节电源转型，并通过水电厂、燃气电厂、储能、主动负荷需求响应等灵活资源调节实现对可再生能源随机波动性的互补。然而，灵活性不足也成为我国“弃风弃光弃水”矛盾的内在原因。虽然中国不同地区弃风的原因各异，如内蒙古、冀北地区主要由于外送通道不足，而东北三省则是调峰能力不足，但根源具有相似性。

据李海波介绍，项目团队在清华四川能源互联网研究院常务副院长、清华大学长聘教授鲁宗相的带领下历时7年产学研联合攻关，在电力系统灵活性基础原理、理论方法和关键技术等方面取得一系列原创性成果，重点解决电力系统灵活性供需平衡的理论原理、基于概率模型的生产模拟和量化评估方法、灵活性统筹规划和基于灵活性的源网协调优化运行技术。并在东北、甘肃、蒙西、江苏、冀北等电网的规划和运行中应用，实际应用结果表明：能够为当前中低比例可再生能源电力系统的高效消纳和未来高比例可再生能源电力系统的规划提供灵活性定量评估和优化工具。

这一成果将电网的跨空间资源配置能力纳入考虑，也在中长期的实践中得到验证。近年来，我国可再生能源弃电问题逐步得到缓解，风光电富集区域的跨区域消纳快速增长。2025年6月，内蒙古与河北省、国家电网签署蒙西至京津冀±800千伏直流输电工程协议，这是内蒙古自治区“沙戈荒”大基地的首条配套外送通道，为京津冀协同发展提供清洁能源支撑。

在初步建立电力系统灵活性的理论体系之后，要确保高比例新能源场景下的电网稳定运行还面临多方技术挑战。首先，新能源占比进一步升高后，如何满足高比例可再生能源电网的用电需求存在挑战，需要找到支撑新能源多尺度电力电量平衡能力提升的灵活性理论与优化运行方法；其次，如何提升新能源在不同电网条件下对系统频率、电压和阻尼的主动支撑能力；此外，面对海量异构发电单元并网，其非参数、非线性、时变等特性凸显，电力系统运行方式逐渐呈现复杂多样特点，亟待引入人工智能等新技术实现革命性突破。

锚定需求，李海波与科研团队历时6年产学研联合攻关，在高比例可再生能源电网多尺度灵活主动支撑与优化运行的基础原理、理论方法和关键技术等方面取得一系列原创性成果。

具体而言，针对新能源受资源－气象驱动导致多尺度电力电量平衡支撑能力缺乏的问题，提出多时间－空间－能源品种协同平衡的风光供电能力预测方法以及灵活性理论与优化运行技术；对于高比例新能源系统惯量下降，新能源电源缺少对系统频率、电压、阻尼的主动支撑能力问题，系统性地提出新能源电源“机-场-群”运行特性及主动同步支撑与协调调控方法；针对缺少或无常规电源支撑的边缘电网区域新型并/组网形态中电压－无功、频率－有功等自发耦合特性被削减、低压配电网长期处于电压优化调控盲区的问题，研究以柔直支撑型、光储支撑型、分布式光伏支撑型为代表的新能源边缘电网自主支撑与调控技术等。

项目通过“产学研”结合促进了研究成果转化，取得了良好的应用效果。华北电网弃电率连续8年下降，新能源基地柔直换流站电压安全裕度提升0.03p.u.，自响应调频场景判断正确率达到100%，次同步电流从74.4A下降至5.2A，抑制率为93.01%；陕西电网光伏电站变流器可精准（误差0.5%）快速（16ms）跟踪稳态电压给定值；甘肃电网弥补了自动电压控制系统在新能源功率剧烈波动时的性能下降缺陷……项目成果的广泛应用有效提升了我国电力系统的新能源主动支撑能力和新能源消纳能力。

更进一步地，依托项目研究成果开发出的一批平台与装置也在应用中产生积极的社会与经济效益。清华四川能源互联网研究院开发出的高比例可再生能源电力系统灵活性优化运行分析平台、高比例分布式新能源接入的边缘电网自主支撑控制系统，应用于冀北、江苏、东北、新疆、四川等多个高比例可再生能源区域电网；华北电力科学研究院有限责任公司在项目研究基础上开发出的新能源电源主动同步支撑与协调控制装置，应用于冀北电网张家口与承德两大新能源基地，为保障我国能源安全供给、实施国家节能减排战略做出了重要贡献。

国家能源局数据显示，截至2025年4月底，我国可再生能源发电装机达到了20.17亿千瓦，风电光伏合计装机达到15.3亿千瓦，历史性超过了火电装机。中国大地，风光无限，一系列成就的背后，新能源主动支撑技术和新能源系统调度运行控制技术的升级发展功不可没，李海波团队的持续探索构成其中生动且具有示范意义的实践。

填补空白 书写“光储直柔”系统性新方案

李海波介绍，“研究所的发展目标就是成为专业的新能源电力系统领域科技开发、技术咨询和软件开发机构，服务新能源电力系统安全高效发展”。随着全球能源结构的深度转型，光伏发电和储能系统的快速发展推动分布式能源技术的广泛应用，团队开展对能源管理方式的创新探索。

“光储直柔”作为一种新型能源系统架构，被认为是破解新能源消纳难题、构建高弹性电网的关键路径。“光”主要指在建筑上应用太阳能光伏发电技术，充分利用建筑物的屋顶、墙面等空间安装光伏组件，将太阳能转化为电能，为建筑自身及周边用电设备提供电力支持。“储”即配置储能装置，如电池储能系统。“直”倡导建筑采用直流供电系统，与传统的交流供电系统相比，可以减少交直流转换过程中的能量损耗，提高供电效率。“柔”则强调建筑用电系统具备柔性调节能力。上述技术通过有机融合并构成整体来实现“柔性用能”。

政策方面，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》明确提出，要建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。

自2000年以来，国内外已经开展了广泛的直流配用电和直流微电网技术研究和示范，但是直流配用电系统的经济性和设备成熟度仍然是限制直流技术在更广阔的民用领域广泛应用的关键障碍。“光储直柔”技术的核心目标是提升用电侧的节能水平，而以往的研究缺乏深入分析系统能效影响因素的方法，难以保证系统节能提升效果，也缺乏系统性的安全风险分析方法与系统适宜的场景和建设方案。

聚焦限制“光储直柔”供电应用的技术瓶颈，李海波带领研究团队针对民用建筑、市政供电等应用场景开展技术研究。攻克层层难关，成果一经诞生就填补了国内外在民用建筑和市政供电等场景“光储直柔”领域的多项空白。在“光储直柔”供电系统规划评估方法方面，项目开发了首套评估要素齐全、高效实用的支流配用电系统规划评估软件，推进了技术的产业化进程；项目提出的“光储直柔”系统多维度投资－收益评估方法、系统低成本集成关键技术，显著提升了系统的经济性。

随着全球气候变化的加剧和环保意识的提高，建筑行业作为全球能源消耗最大的行业之一，需减少建筑能耗以实现低碳经济。从研究成果在深圳、四川、北京等多地开展多场景“光储直柔”供电示范的数据来看，示范工程总建筑面积约20万平方米，自投运以来节能超过2000万元，减排约14000吨二氧化碳，成效令人惊喜。

走出实验室，研究成果应用于深圳未来大厦，建成了全国首个绿色、安全、高效、智能的“光储直柔”示范工程。运行测试与评估显示，系统能效相比交流系统提升5%以上。这份绿色智慧样本备受关注与赞誉，开创性地通过“光储直柔”技术路线探索建筑领域碳达峰路径，也向世界展现了绿色能源与建筑融合一体的可能性。

科创生力军 在川掀起新气象

回溯一系列成果的诞生历程，清华四川能源互联网研究院是四川省首个校地合作共建的新型研发机构。从点点星火到创新燎原，最重要的“创新密码”就是人才汇聚、智力支撑。正是这样的平台载体，为创新技术成果提供了诞生的环境。

清华四川能源互联网研究院新能源电力系统分析与优化研究所在成立之初，就引进了包括清华大学长聘教授鲁宗相、清华大学副教授乔颖在内的专家力量。在导师鲁宗相的引荐与带领下，毕业于清华大学电机系的李海波也加入到这个团队，形成“雁阵式”研发力量。

如今，研究院全院硕博比例超70%，国际化、高水平、充满活力的优秀队伍逐步形成，人才虹吸效应进一步凸显。研究院作为高能级创新平台积极导入创新资源，面向产业需求积极承接国家重点研发项目、高水平科技项目。丰富的学术交流活动与能够参与国家、省市重大科技项目的机会是创新平台给予青年科技人才的最好“滋养”。坚实的研发力量在项目的锤炼中激荡起创新高潮，敢于探索、求新求变，在基础理论、新技术研究以及装备研发工作中逐渐干出实绩，结出累累创新硕果。

依托创新实践，李海波入选2020年福布斯中国30位30岁以下精英榜（工业、制造、能源和环保行业）、入选中国电机工程学会“青年人才托举工程”项目、获得中国发明协会人物奖、入选四川省“天府青城计划”特聘专家。在他看来，新能源电力系统领域的技术研究及产品研发面临众多挑战与课题，身为研究所副所长，他希望与青年学者们持续推进核心技术的自主研发，对标新时代国家能源发展需求，为能源的高质量发展贡献蓬勃的科技力量，并充分激发能源禀赋普惠大众的潜力与效力。

2025年1月1日我国能源领域第一部基础性法律《中华人民共和国能源法》正式施行，为加快规划建设新型能源体系提供重要法治保障。在法治与技术的双轮驱动下，我国的能源发展已进入新一轮密集活跃期。

风起西南，兴隆湖畔，创新涌动。