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黨的二十大報(bào)告強(qiáng)調(diào)，“深入推進(jìn)能源革命”并“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。隨著5G、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)新應(yīng)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(zhuǎn)型發(fā)展的重要方向。本文將探討電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的現(xiàn)狀及未來(lái)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)。
一、電力行業(yè)轉(zhuǎn)型背景
（一）數(shù)字經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用
《“十四五”國(guó)家信息化規(guī)劃》中指出，深入推進(jìn)綠色智慧生態(tài)文明建設(shè)，推動(dòng)數(shù)字化綠色化協(xié)同發(fā)展。從長(zhǎng)期戰(zhàn)略來(lái)看，數(shù)字經(jīng)濟(jì)和綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是相輔相成的。立足綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展視角，綠色高質(zhì)量轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)是能源結(jié)構(gòu)的改變，本質(zhì)是能源系統(tǒng)從化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)變。而可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)和廣泛利用對(duì)計(jì)算機(jī)、通信、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了更高要求，因此綠色經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要與數(shù)字化和數(shù)字經(jīng)濟(jì)協(xié)同共進(jìn)。立足數(shù)字經(jīng)濟(jì)視角，大數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)和不斷升級(jí)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，但也帶來(lái)了大量的能源消耗，在當(dāng)前技術(shù)領(lǐng)先的情況下，5G設(shè)備能耗仍是4G設(shè)備能耗的4倍以上。因此，數(shù)字經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展也有賴于與綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)同共進(jìn)。
（二）電力行業(yè)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)
經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求促使電力供應(yīng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布數(shù)據(jù)，我國(guó)電力需求增長(zhǎng)總量大、速度快?？偭縼?lái)看，國(guó)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)域電能替代電量2013-2020年累計(jì)完成電量8677億千瓦時(shí)，“十三五”期間，新增發(fā)電裝機(jī)容量為6.7億千瓦。從增速來(lái)看，“十三五”期間，我國(guó)電力需求年均增速為4.9%。與發(fā)達(dá)國(guó)家年均電力需求增速相比，我國(guó)電力需求增長(zhǎng)速度快。未來(lái)，受技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)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(biāo)推進(jìn)電力結(jié)構(gòu)清潔低碳轉(zhuǎn)型加速。根據(jù)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提供的數(shù)據(jù)：在裝機(jī)量上，截至2020年底，我國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到9.34億千瓦，占發(fā)電總裝機(jī)的42.5%，風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)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(guó)可再生能源利用總量達(dá)6.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占一次能源消費(fèi)總量的13.6%。其中，可再生能源發(fā)電量2.2萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量的29.1%?！蛾P(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》提出“到2025年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右，到2030年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到25%左右，到2060年非化石能源消費(fèi)比重需達(dá)到80%以上”的增長(zhǎng)目標(biāo)，未來(lái)清潔電力將有巨量發(fā)展空間。
儲(chǔ)能技術(shù)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(kāi)發(fā)利用背景下的重要議題，儲(chǔ)能是重要解決方式。2021年中國(guó)新增儲(chǔ)能裝機(jī)為7397.9MW，累計(jì)裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到43.44GW。在電力儲(chǔ)能中，以抽水蓄能和電化學(xué)蓄能為主，2021年我國(guó)抽水儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到37.57GW，占比超86%，而電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到5.12GW，占比達(dá)到11.8%。抽水蓄能的技術(shù)已發(fā)展相對(duì)成熟，轉(zhuǎn)化效率可以75%-83%，度電成本僅為0.207元/kWh，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。在《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見(jiàn)》中，對(duì)抽水蓄能提出的定位為電力系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)電源。
二、雙碳背景下傳統(tǒng)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型瓶頸
“雙碳”目標(biāo)與電力行業(yè)轉(zhuǎn)型趨勢(shì)引領(lǐng)下，傳統(tǒng)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，主要存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題：
一是發(fā)電設(shè)備監(jiān)測(cè)管理問(wèn)題。由于發(fā)電有連續(xù)生產(chǎn)需求，設(shè)備啟停時(shí)間長(zhǎng)、能耗大，設(shè)備故障會(huì)導(dǎo)致巨大損失，無(wú)論是水電、火電、風(fēng)電，還是光伏，都需要提高設(shè)備監(jiān)管和維護(hù)水平，而目前傳統(tǒng)電力設(shè)備在數(shù)字化升級(jí)轉(zhuǎn)型方面還有較大空間。
二是并網(wǎng)調(diào)度問(wèn)題。風(fēng)光等新能源生產(chǎn)的不穩(wěn)定，疊加新能源電站電壓調(diào)節(jié)能力有限，導(dǎo)致電站輸出電力功率具有較強(qiáng)的不確定性，致使電網(wǎng)潮流復(fù)雜多變，大大增加了電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控難度。安全問(wèn)題和功率預(yù)測(cè)問(wèn)題帶來(lái)了新能源并網(wǎng)消納難，棄電率居高不下等難題。
三是儲(chǔ)能問(wèn)題。目前成熟的儲(chǔ)能技術(shù)以抽水蓄能為主，存在建設(shè)周期長(zhǎng)、初始投資成本較大等問(wèn)題。同時(shí)，儲(chǔ)能電站的大規(guī)模建設(shè)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(lái)以新能源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)由極端天氣導(dǎo)致的新能源長(zhǎng)時(shí)間出力受限的情況，目前儲(chǔ)能技術(shù)還無(wú)法完全有效解決該問(wèn)題，大容量、長(zhǎng)時(shí)間、跨季節(jié)調(diào)節(jié)的儲(chǔ)能技術(shù)還有待突破。
三、數(shù)字化技術(shù)助力電力低碳轉(zhuǎn)型建議
電力行業(yè)一個(gè)最大的特殊性在于電能無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，產(chǎn)供銷是動(dòng)態(tài)平衡且同時(shí)完成的。因此，電力行業(yè)在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中，可借助數(shù)字化技術(shù)提升電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)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(jìn)能源綠色生產(chǎn)和消費(fèi)，支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)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(fēng)電、多能互補(bǔ)等在內(nèi)的可再生能源普及是未來(lái)發(fā)展方向，短期內(nèi)火電的主導(dǎo)地位仍不可動(dòng)搖。新能源資產(chǎn)的普及將帶來(lái)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，對(duì)傳統(tǒng)火電的升級(jí)改造提出了更高的要求，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、微服務(wù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)如：三維數(shù)字電廠、數(shù)字孿生、流程仿真、智能預(yù)警等應(yīng)用APP，幫助企業(yè)降本增效，提高運(yùn)行效率，完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型。同時(shí)，新能源產(chǎn)生的“綠電”也將會(huì)逐步參與到電力市場(chǎng)交易中，為發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了提供綠電交易、碳管理等輔助服務(wù)的新機(jī)遇。
電網(wǎng)方面，應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，以及電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等設(shè)備的接入，維持電網(wǎng)穩(wěn)定性的要求不斷提高。在電力輸送環(huán)節(jié)，通過(guò)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、視覺(jué)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AI計(jì)算，輸配電的智能交互、智能微電網(wǎng)等數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)調(diào)與平衡，提高可再生能源消納比例。
儲(chǔ)能用能方面，“能源互聯(lián)”將成為未來(lái)的主要轉(zhuǎn)型趨勢(shì)。用戶側(cè)能源形式多元化，包括了分布式光伏等發(fā)電設(shè)備以及各類用電設(shè)備和電力儲(chǔ)能設(shè)備。“能源互聯(lián)”將更加注重零售側(cè)的服務(wù)和用能管理，發(fā)電企業(yè)有機(jī)會(huì)針對(duì)分布式光伏、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電等提供更多種類的服務(wù)。同時(shí)，隨著電氣化和智能化的普及，終端用電設(shè)備將更加多樣化，提供電車用能服務(wù)、能效提升、需求側(cè)響應(yīng)等服務(wù)。
四、案例——智慧電廠解決方案
在綠色環(huán)保和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的雙重壓力下，電廠真正實(shí)現(xiàn)碳減排需要聚焦到優(yōu)化節(jié)能減排的技術(shù)路徑，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源生產(chǎn)效率的精細(xì)化管理，從而減少碳排放和能源消耗。在“雙碳”目標(biāo)下，利用數(shù)字技術(shù)加速提高電力企業(yè)生產(chǎn)管理水平，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提質(zhì)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(yuǎn)智慧科技集團(tuán)股份有限公司，憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和豐富的電廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，首創(chuàng)“智慧電廠”概念，并基于科遠(yuǎn)智慧EmpoworX工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)推出智慧電廠解決方案，助力電力企業(yè)從根本上實(shí)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(tái)，包括煤倉(cāng)的科學(xué)堆取、在線盤煤、智能摻配、爐內(nèi)燃燒優(yōu)化、摻燒知識(shí)自學(xué)習(xí)、運(yùn)行優(yōu)化數(shù)據(jù)挖掘等功能，基于大數(shù)據(jù)為最佳摻配、平衡煤質(zhì)、削峰填谷、精細(xì)摻燒提供可靠依據(jù)，最大程度保證了入爐煤的經(jīng)濟(jì)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(tái)
智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燃煤電廠鍋爐的“智慧燃燒”，通過(guò)對(duì)二次風(fēng)軟測(cè)量對(duì)燃燒器進(jìn)行智能控制，基于一次風(fēng)煤粉濃度測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量與煤粉配比，以及飛灰含碳量判斷燃燒充分程度并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值，提高負(fù)荷響應(yīng)速度，降低最低穩(wěn)燃負(fù)荷，較少結(jié)焦及腐蝕，提高爐效。
圖2 智能電廠功能架構(gòu)圖
（三）運(yùn)行結(jié)果
在提高安全性方面，通過(guò)設(shè)備的智能管理平均減少非計(jì)劃停機(jī)1次/年，平均減少安全事故1次/年；在節(jié)能減排方面，通過(guò)提高機(jī)組效率、優(yōu)化模塊等實(shí)施節(jié)能減排2g/kWh以上。在提高經(jīng)濟(jì)性方面，相關(guān)模塊的建設(shè)降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，將2*600MW等級(jí)機(jī)組定員控制在150人，2*9F等級(jí)機(jī)組定員控制在80人，同時(shí)大幅度提高辦公效率，使電廠三類缺陷平均故障處理時(shí)間由原先的30小時(shí)/條降低至10小時(shí)內(nèi)。
原標(biāo)題：IIGF觀點(diǎn) | 淺析電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀及趨勢(shì)
