風電、光伏、核電等零碳電源正在加速進入電力系統。它們能減少化石能源消耗和碳排放，但也給電網運行帶來新的挑戰。風電和光伏受天氣影響明顯，發電高峰未必正好對應用電高峰。晴朗多風時可能出現電力富餘，夜晚、陰雨天或用電高峰時又可能出現供給不足。對城市而言，未來電力系統要解決的不只是“發多少電”，還包括“什麼時候用電、在哪裏用電、能不能靈活調節用電”。

需求側資源管理(Demand-side resource management, DSRM)可通過調節用電負荷緩解棄電和發電短缺。例如，電動汽車停放時可以根據電網需要調整充放電;建築空調在不明顯影響舒適度的前提下可以適當改變運行負荷;屋頂光伏可以在白天提供本地清潔電力;建築電池儲能可以在電力富餘時充電、緊張時放電。單個家庭、車輛或建築的調節能力有限，但當這些資源在城市尺度被組織起來，就可能形成可觀的系統調節能力。但是，要在整座城市的尺度上統籌調度這數百萬個分散的“用電單元”，難度好比指揮一場千萬人蔘與的巨型交響樂——誰該出力、出多少力、怎麼補償、電網線路扛不扛得住等問題都亟待解決。

現有研究較少在城市尺度上綜合考慮電動汽車、電池儲能、屋頂光伏和建築電器需求響應等多類資源。因此，在新型電力系統構建過程中，異構分散化需求側資源的運行機理仍不清晰，這阻礙了城市決策者制定需求側資源開發、經濟激勵和配電網升級政策。

在社區單元中聯合調控多項需求側資源的示意圖。(a)零碳電源滲透率的提升加劇城市電力供需錯配;(b)C2G框架將調控任務分配到各個社區單元，社區單元根據所得任務調控自身各項需求側資源以改變自身淨負荷;(c)調控完成後，城市電力供需錯配得到緩解;(d)C2G框架的空間示意圖，電動汽車的移動軌跡將被拆解到多個社區單元中並分別進行調控。

針對相關問題，清華大學深圳國際研究生院副教授張一團隊近期在《自然·通訊》上發表成果，建立了覆蓋深圳全市4549個社區單元的“社區-電網”(C2G)耦合分析框架，為超大城市需求側資源管理提供了系統性的量化答案。

團隊建立了社區-電網互動(Community-to-grid, C2G)耦合分析框架以支持超大城市尺度DSRM。以深圳市為案例，C2G框架納入全市4,549個社區單元，可以聯合調控108萬輛私家電動汽車(P-PEV)、479,259棟非工業建築負荷和95.6平方千米屋頂光伏。

團隊模擬了兩種政策將調控任務分配到社區單元。其中，配額制政策(Flexibility quota allocation)強調行政公平，按照各社區單元擁有的靈活性資源比例分配調控任務。結果表明，配額制政策可以將發電短缺量降低至57.4-213.5吉瓦時，對應21.1-70.7千噸二氧化碳減排。潛力制政策(Potential-based allocation)強調運行效率，將更多調控任務分配給實際調節潛力更強的社區單元。與配額制政策相比，潛力制政策可以使夏季發電短缺量進一步降低15.5%-83.1%，冬季發電短缺量進一步降低9.9%-32.9%。

團隊討論了經濟激勵強度對電動汽車參與車網互動(V2G)和建築參與制冷負荷需求響應(SC DR)的影響。相較最高補貼水平，採用中等偏高補貼水平可將總成本降低至90.6%-93.1%，同時僅帶來4.0%-9.2%的發電短缺增加和0.1%-2.1%的發電過剩增加。

團隊分析了社區單元應該如何進行配電網基礎設施改造，以適配DSRM帶來的高強度雙向負荷調節需求。結果顯示，改造初期的社區對供需錯配緩解貢獻有限，更顯著的效果通常在改造中後期才能顯現。此外，不同政策也會影響改造路徑。潛力制政策識別的改造社區在空間上呈現更強聚集，有利於片區化集中改造;配額制政策由於任務分配規則相對固定，跨季節升級階段更穩定，更有利於長期滾動規劃。

相關研究成果以“通過電網交互式需求側資源管理促進超大城市電力脱碳”(Facilitating megacity electricity decarbonization via grid-interactive demand-side resource management)為題發表在《自然·通訊》(Nature Communications)上。

清華大學深圳國際研究生院2024級博士研究生李楷三為論文第一作者，張一為論文通訊作者。其他作者包括2025屆博士畢業生陶晟宇(現瑞典查爾莫斯理工大學研究員)、2023屆碩士畢業生熊祖遜(現牛津大學在讀博士)、2025級博士研究生任若珺、2023級博士研究生張宇航、2024級博士研究生繆睿、中建科技集團低碳智慧城市科技有限公司齊賀博士、清華大學建築學院林波榮教授、倫敦大學學院巴特萊特建築學部康健院士、清華大學建築節能研究中心主任江億院士。該研究得到了深圳市科技計劃可持續發展科技專項(雙碳專項)、社區級光儲直柔微網技術及成套產品研發與應用項目的支持。