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杜安環(huán)保
黨的二十大報告強調，“深入推進能源革命”并“加快規(guī)劃建設新型能源體系”。隨著5G、大數(shù)據、區(qū)塊鏈、云計算、人工智能等新技術新應用的高速發(fā)展，數(shù)字化、智能化已成為傳統(tǒng)電力行業(yè)轉型發(fā)展的重要方向。本文將探討電力行業(yè)數(shù)字化轉型的現(xiàn)狀及未來轉型趨勢。
一、電力行業(yè)轉型背景
（一）數(shù)字經濟和綠色經濟發(fā)展的促進作用
《“十四五”國家信息化規(guī)劃》中指出，深入推進綠色智慧生態(tài)文明建設，推動數(shù)字化綠色化協(xié)同發(fā)展。從長期戰(zhàn)略來看，數(shù)字經濟和綠色經濟的發(fā)展是相輔相成的。立足綠色經濟發(fā)展視角，綠色高質量轉型的重點是能源結構的改變，本質是能源系統(tǒng)從化石能源向可再生能源轉變。而可再生能源大規(guī)模開發(fā)和廣泛利用對計算機、通信、互聯(lián)網技術提出了更高要求，因此綠色經濟可持續(xù)發(fā)展需要與數(shù)字化和數(shù)字經濟協(xié)同共進。立足數(shù)字經濟視角，大數(shù)據中心、物聯(lián)網和不斷升級的移動通信網絡是支撐數(shù)字經濟的基礎設施，但也帶來了大量的能源消耗，在當前技術領先的情況下，5G設備能耗仍是4G設備能耗的4倍以上。因此，數(shù)字經濟持續(xù)發(fā)展也有賴于與綠色經濟發(fā)展協(xié)同共進。
（二）電力行業(yè)轉型趨勢
經濟社會發(fā)展需求促使電力供應需求持續(xù)增長。根據中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布數(shù)據，我國電力需求增長總量大、速度快?？偭縼砜?，國網經營區(qū)域電能替代電量2013-2020年累計完成電量8677億千瓦時，“十三五”期間，新增發(fā)電裝機容量為6.7億千瓦。從增速來看，“十三五”期間，我國電力需求年均增速為4.9%。與發(fā)達國家年均電力需求增速相比，我國電力需求增長速度快。未來，受技術進步、經濟發(fā)展、電氣化率提升等因素影響，電能需求仍將持續(xù)走高。
“雙碳”目標推進電力結構清潔低碳轉型加速。根據《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提供的數(shù)據：在裝機量上，截至2020年底，我國可再生能源發(fā)電裝機達到9.34億千瓦，占發(fā)電總裝機的42.5%，風電、光伏發(fā)電、水電、生物質發(fā)電裝機容量連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一。在發(fā)電量和消納量上，2020年我國可再生能源利用總量達6.8億噸標準煤，占一次能源消費總量的13.6%。其中，可再生能源發(fā)電量2.2萬億千瓦時，占全部發(fā)電量的29.1%?！蛾P于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出“到2025年非化石能源消費比重達到20%左右，到2030年非化石能源消費比重達到25%左右，到2060年非化石能源消費比重需達到80%以上”的增長目標，未來清潔電力將有巨量發(fā)展空間。
儲能技術將成為提升新能源電力消納能力的有效解決方案?？紤]到新能源不穩(wěn)定性特征，保障能源系統(tǒng)安全和提升能源利用效率成為新能源大規(guī)模開發(fā)利用背景下的重要議題，儲能是重要解決方式。2021年中國新增儲能裝機為7397.9MW，累計裝機已經達到43.44GW。在電力儲能中，以抽水蓄能和電化學蓄能為主，2021年我國抽水儲能累計裝機規(guī)模達到37.57GW，占比超86%，而電化學儲能累計裝機規(guī)模達到5.12GW，占比達到11.8%。抽水蓄能的技術已發(fā)展相對成熟，轉化效率可以75%-83%，度電成本僅為0.207元/kWh，具有較高的經濟性。在《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》中，對抽水蓄能提出的定位為電力系統(tǒng)的主要調節(jié)電源。
二、雙碳背景下傳統(tǒng)電力行業(yè)轉型瓶頸
“雙碳”目標與電力行業(yè)轉型趨勢引領下，傳統(tǒng)電力行業(yè)轉型過程中，主要存在以下幾個方面問題：
一是發(fā)電設備監(jiān)測管理問題。由于發(fā)電有連續(xù)生產需求，設備啟停時間長、能耗大，設備故障會導致巨大損失，無論是水電、火電、風電，還是光伏，都需要提高設備監(jiān)管和維護水平，而目前傳統(tǒng)電力設備在數(shù)字化升級轉型方面還有較大空間。
二是并網調度問題。風光等新能源生產的不穩(wěn)定，疊加新能源電站電壓調節(jié)能力有限，導致電站輸出電力功率具有較強的不確定性，致使電網潮流復雜多變，大大增加了電網運行調控難度。安全問題和功率預測問題帶來了新能源并網消納難，棄電率居高不下等難題。
三是儲能問題。目前成熟的儲能技術以抽水蓄能為主，存在建設周期長、初始投資成本較大等問題。同時，儲能電站的大規(guī)模建設還處于初期階段，目前缺乏類似發(fā)電和輸配電的整體統(tǒng)籌。此外，未來以新能源為主導的新型電力系統(tǒng)可能會出現(xiàn)由極端天氣導致的新能源長時間出力受限的情況，目前儲能技術還無法完全有效解決該問題，大容量、長時間、跨季節(jié)調節(jié)的儲能技術還有待突破。
三、數(shù)字化技術助力電力低碳轉型建議
電力行業(yè)一個最大的特殊性在于電能無法長時間存儲，產供銷是動態(tài)平衡且同時完成的。因此，電力行業(yè)在實現(xiàn)“雙碳”目標的進程中，可借助數(shù)字化技術提升電網數(shù)據采集、分析和應用能力，充分發(fā)揮其在能源資源優(yōu)化配置中的積極作用，降低能源損耗，促進能源綠色生產和消費，支撐“雙碳”目標實現(xiàn)。
發(fā)電方面，盡管包括集中式和分布式光伏、水電、陸上風電、多能互補等在內的可再生能源普及是未來發(fā)展方向，短期內火電的主導地位仍不可動搖。新能源資產的普及將帶來新的機遇與挑戰(zhàn)，對傳統(tǒng)火電的升級改造提出了更高的要求，利用大數(shù)據、人工智能、微服務等技術，實現(xiàn)如：三維數(shù)字電廠、數(shù)字孿生、流程仿真、智能預警等應用APP，幫助企業(yè)降本增效，提高運行效率，完成數(shù)字化轉型。同時，新能源產生的“綠電”也將會逐步參與到電力市場交易中，為發(fā)電企業(yè)帶來了提供綠電交易、碳管理等輔助服務的新機遇。
電網方面，應對可再生能源發(fā)電的波動性，以及電動汽車、儲能等設備的接入，維持電網穩(wěn)定性的要求不斷提高。在電力輸送環(huán)節(jié)，通過5G+工業(yè)互聯(lián)網、視覺+工業(yè)互聯(lián)網、AI計算，輸配電的智能交互、智能微電網等數(shù)字化技術實現(xiàn)源網荷儲的協(xié)調與平衡，提高可再生能源消納比例。
儲能用能方面，“能源互聯(lián)”將成為未來的主要轉型趨勢。用戶側能源形式多元化，包括了分布式光伏等發(fā)電設備以及各類用電設備和電力儲能設備。“能源互聯(lián)”將更加注重零售側的服務和用能管理，發(fā)電企業(yè)有機會針對分布式光伏、儲能、電動汽車充電等提供更多種類的服務。同時，隨著電氣化和智能化的普及，終端用電設備將更加多樣化，提供電車用能服務、能效提升、需求側響應等服務。
四、案例——智慧電廠解決方案
在綠色環(huán)保和經濟發(fā)展需要的雙重壓力下，電廠真正實現(xiàn)碳減排需要聚焦到優(yōu)化節(jié)能減排的技術路徑，實現(xiàn)對能源生產效率的精細化管理，從而減少碳排放和能源消耗。在“雙碳”目標下，利用數(shù)字技術加速提高電力企業(yè)生產管理水平，進一步實現(xiàn)安全生產、節(jié)能降耗、提質增效、綠色環(huán)保，將成為電力企業(yè)發(fā)展的主要方向。
（一）基本信息
成立于1993年的南京科遠智慧科技集團股份有限公司，憑借領先的技術優(yōu)勢和豐富的電廠建設經驗，首創(chuàng)“智慧電廠”概念，并基于科遠智慧EmpoworX工業(yè)互聯(lián)網平臺推出智慧電廠解決方案，助力電力企業(yè)從根本上實現(xiàn)節(jié)能減排。
（二）解決方案
搭建燃料管理全流程優(yōu)化決策智能管控平臺，包括煤倉的科學堆取、在線盤煤、智能摻配、爐內燃燒優(yōu)化、摻燒知識自學習、運行優(yōu)化數(shù)據挖掘等功能，基于大數(shù)據為最佳摻配、平衡煤質、削峰填谷、精細摻燒提供可靠依據，最大程度保證了入爐煤的經濟性和穩(wěn)定性，有效降低鍋爐的事故率，提高鍋爐燃燒效率。
圖1 數(shù)字化煤廠智能管控平臺
智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)傳統(tǒng)燃煤電廠鍋爐的“智慧燃燒”，通過對二次風軟測量對燃燒器進行智能控制，基于一次風煤粉濃度測量數(shù)據調節(jié)進風量與煤粉配比，以及飛灰含碳量判斷燃燒充分程度并進行自動調節(jié)。利用經驗數(shù)據的價值，提高負荷響應速度，降低最低穩(wěn)燃負荷，較少結焦及腐蝕，提高爐效。
圖2 智能電廠功能架構圖
（三）運行結果
在提高安全性方面，通過設備的智能管理平均減少非計劃停機1次/年，平均減少安全事故1次/年；在節(jié)能減排方面，通過提高機組效率、優(yōu)化模塊等實施節(jié)能減排2g/kWh以上。在提高經濟性方面，相關模塊的建設降低了勞動強度，將2*600MW等級機組定員控制在150人，2*9F等級機組定員控制在80人，同時大幅度提高辦公效率，使電廠三類缺陷平均故障處理時間由原先的30小時/條降低至10小時內。
原標題：IIGF觀點 | 淺析電力行業(yè)數(shù)字化轉型現(xiàn)狀及趨勢
