瑞士配电网分布式能源资源未来部署与灵活性建模：面向2050碳中和的时空数据库构建

为解决配电网在能源转型中面临的分布式能源资源(DERs)数据碎片化问题，瑞士苏黎世联邦理工学院团队构建了覆盖全国200万连接点的时空数据库，集成光伏(PV)、电池储能(BESS)、热泵(HP)和电动汽车(EV)的灵活性参数，为配电网韧性评估、灵活性资源调度及政策制定提供高分辨率数据支撑。

　　

全球能源转型浪潮下，配电网正面临前所未有的挑战。随着屋顶光伏(PV)、电动汽车(EV)和热泵(HP)等分布式能源资源(DERs)的爆发式增长，传统配电网需要应对电压波动、反向功率流和设备过载等新问题。然而，这些关键设备的部署数据往往分散且不一致，缺乏高时空分辨率的统一数据库。瑞士作为能源转型先锋国家，其配电网的精细化规划亟需考虑DERs的时空分布特性与灵活性潜力。

为此，苏黎世联邦理工学院Lorenzo Zapparoli、Alfredo Oneto等研究人员在《Scientific Data》发表了覆盖瑞士全国的中低压配电网DERs数据库。该研究整合了2百万个连接点的地理空间信息，包含PV、BESS、HP和EV的安装参数与小时级运行曲线，并基于瑞士联邦能源局(SFOE)预测构建了2030-2050年的三阶段发展场景。尤为创新的是，数据库首次量化了各类DERs的灵活性能力：PV通过发电削减(curtailment)、BESS通过可控充放电、HP利用建筑热惯性调节室温、EV采用智能充电(V1G)策略。

研究团队采用多源数据融合方法：基于建筑屋顶几何的PV潜力模型计算装机容量；结合气象站温度数据与建筑热参数模拟HP需求；通过3.2百万辆EV的出行链数据聚合市政尺度充电曲线；并采用5%统计截断法将大型设备分配至中压电网。所有数据均与现有配电网模型空间匹配，节点级PV和HP功率分别限制在100kW和1MW以内。

关键研究结果

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   光伏部署：通过式(1)计算单栋建筑PV装机容量，2050年屋顶PV覆盖率将达100%，但受限于电网接入条件，实际分配至配电网的发电量比理论值低6.4TWh。

2. 2.

   热泵建模：式(6)-(8)构建的HP热动力学模型显示，建筑围护结构系数从2030年90%降至2050年70%，反映能效提升趋势。

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   灵活性表征：如图4所示，某低压节点DERs在205年冬季典型日展现互补特性——PV午间可削减功率、HP夜间可调节供热、EV充电带可平移7kWh/日。

4. 4.

   地理分布验证：图5显示DERs功率与人口密度显著相关(Spearman系数0.76-0.96)，证实空间分配合理性。

该数据库的创新价值在于首次实现国家尺度DERs时空特性与电网模型的耦合。其模块化结构支持从节点级灵活性优化到全国能源政策评估等多尺度研究，如训练图神经网络(GNN)求解配电网潮流、设计隐私保护最优潮流(OPF)算法等。研究特别指出，季节性差异使PV灵活性夏季主导、HP冬季关键，这种时空异质性对系统规划至关重要。尽管当前版本未包含地面光伏和电解槽等设备，但其方法论可扩展至其他地区，为全球能源转型提供数据基础设施支撑。