黨的二十大報告強調，“深入推進(jìn)能源革命”并“加快規劃建設新型能源體系”。隨著(zhù)5G、大數據、區塊鏈、云計算、人工智能等新技術(shù)新應用的高速發(fā)展，數字化、智能化已成為傳統電力行業(yè)轉型發(fā)展的重要方向。本文將探討電力行業(yè)數字化轉型的現狀及未來(lái)轉型趨勢。
一、電力行業(yè)轉型背景
（一）數字經(jīng)濟和綠色經(jīng)濟發(fā)展的促進(jìn)作用
《“十四五”國家信息化規劃》中指出，深入推進(jìn)綠色智慧生態(tài)文明建設，推動(dòng)數字化綠色化協(xié)同發(fā)展。從長(cháng)期戰略來(lái)看，數字經(jīng)濟和綠色經(jīng)濟的發(fā)展是相輔相成的。立足綠色經(jīng)濟發(fā)展視角，綠色高質(zhì)量轉型的重點(diǎn)是能源結構的改變，本質(zhì)是能源系統從化石能源向可再生能源轉變。而可再生能源大規模開(kāi)發(fā)和廣泛利用對計算機、通信、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了更高要求，因此綠色經(jīng)濟可持續發(fā)展需要與數字化和數字經(jīng)濟協(xié)同共進(jìn)。立足數字經(jīng)濟視角，大數據中心、物聯(lián)網(wǎng)和不斷升級的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )是支撐數字經(jīng)濟的基礎設施，但也帶來(lái)了大量的能源消耗，在當前技術(shù)領(lǐng)先的情況下，5G設備能耗仍是4G設備能耗的4倍以上。因此，數字經(jīng)濟持續發(fā)展也有賴(lài)于與綠色經(jīng)濟發(fā)展協(xié)同共進(jìn)。
（二）電力行業(yè)轉型趨勢
經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展需求促使電力供應需求持續增長(cháng)。根據中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )發(fā)布數據，我國電力需求增長(cháng)總量大、速度快?？偭縼?lái)看，國網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區域電能替代電量2013-2020年累計完成電量8677億千瓦時(shí)，“十三五”期間，新增發(fā)電裝機容量為6.7億千瓦。從增速來(lái)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(cháng)速度快。未來(lái)，受技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟發(fā)展、電氣化率提升等因素影響，電能需求仍將持續走高。
“雙碳”目標推進(jìn)電力結構清潔低碳轉型加速。根據《“十四五”現代能源體系規劃》提供的數據：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(fēng)電、光伏發(fā)電、水電、生物質(zhì)發(fā)電裝機容量連續多年穩居世界第一。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(wàn)億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量的29.1%?！蛾P(guān)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(jiàn)》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(cháng)目標，未來(lái)清潔電力將有巨量發(fā)展空間。
儲能技術(shù)將成為提升新能源電力消納能力的有效解決方案?？紤]到新能源不穩定性特征，保障能源系統安全和提升能源利用效率成為新能源大規模開(kāi)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(jīng)達到43.44GW。在電力儲能中，以抽水蓄能和電化學(xué)蓄能為主，2021年我國抽水儲能累計裝機規模達到37.57GW，占比超86%，而電化學(xué)儲能累計裝機規模達到5.12GW，占比達到11.8%。抽水蓄能的技術(shù)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(jīng)濟性。在《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機制的意見(jiàn)》中，對抽水蓄能提出的定位為電力系統的主要調節電源。
二、雙碳背景下傳統電力行業(yè)轉型瓶頸
“雙碳”目標與電力行業(yè)轉型趨勢引領(lǐng)下，傳統電力行業(yè)轉型過(guò)程中，主要存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題：
一是發(fā)電設備監測管理問(wèn)題。由于發(fā)電有連續生產(chǎn)需求，設備啟停時(shí)間長(cháng)、能耗大，設備故障會(huì )導致巨大損失，無(wú)論是水電、火電、風(fēng)電，還是光伏，都需要提高設備監管和維護水平，而目前傳統電力設備在數字化升級轉型方面還有較大空間。
二是并網(wǎng)調度問(wèn)題。風(fēng)光等新能源生產(chǎn)的不穩定，疊加新能源電站電壓調節能力有限，導致電站輸出電力功率具有較強的不確定性，致使電網(wǎng)潮流復雜多變，大大增加了電網(wǎng)運行調控難度。安全問(wèn)題和功率預測問(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。
三是儲能問(wèn)題。目前成熟的儲能技術(shù)以抽水蓄能為主，存在建設周期長(cháng)、初始投資成本較大等問(wèn)題。同時(shí)，儲能電站的大規模建設還處于初期階段，目前缺乏類(lèi)似發(fā)電和輸配電的整體統籌。此外，未來(lái)以新能源為主導的新型電力系統可能會(huì )出現由極端天氣導致的新能源長(cháng)時(shí)間出力受限的情況，目前儲能技術(shù)還無(wú)法完全有效解決該問(wèn)題，大容量、長(cháng)時(shí)間、跨季節調節的儲能技術(shù)還有待突破。
三、數字化技術(shù)助力電力低碳轉型建議
電力行業(yè)一個(gè)最大的特殊性在于電能無(wú)法長(cháng)時(shí)間存儲，產(chǎn)供銷(xiāo)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“雙碳”目標的進(jìn)程中，可借助數字化技術(shù)提升電網(wǎng)數據采集、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(jìn)能源綠色生產(chǎn)和消費，支撐“雙碳”目標實(shí)現。
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、多能互補等在內的可再生能源普及是未來(lái)發(fā)展方向，短期內火電的主導地位仍不可動(dòng)搖。新能源資產(chǎn)的普及將帶來(lái)新的機遇與挑戰，對傳統火電的升級改造提出了更高的要求，利用大數據、人工智能、微服務(wù)等技術(shù)，實(shí)現如：三維數字電廠(chǎng)、數字孿生、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，完成數字化轉型。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)的新機遇。
電網(wǎng)方面，應對可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，以及電動(dòng)汽車(chē)、儲能等設備的接入，維持電網(wǎng)穩定性的要求不斷提高。在電力輸送環(huán)節，通過(guò)5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、視覺(jué)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AI計算，輸配電的智能交互、智能微電網(wǎng)等數字化技術(shù)實(shí)現源網(wǎng)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(lái)的主要轉型趨勢。用戶(hù)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(lèi)用電設備和電力儲能設備?！澳茉椿ヂ?lián)”將更加注重零售側的服務(wù)和用能管理，發(fā)電企業(yè)有機會(huì )針對分布式光伏、儲能、電動(dòng)汽車(chē)充電等提供更多種類(lèi)的服務(wù)。同時(shí)，隨著(zhù)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(chē)用能服務(wù)、能效提升、需求側響應等服務(wù)。
四、案例——智慧電廠(chǎng)解決方案
在綠色環(huán)保和經(jīng)濟發(fā)展需要的雙重壓力下，電廠(chǎng)真正實(shí)現碳減排需要聚焦到優(yōu)化節能減排的技術(shù)路徑，實(shí)現對能源生產(chǎn)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)現安全生產(chǎn)、節能降耗、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年的南京科遠智慧科技集團股份有限公司，憑借領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢和豐富的電廠(chǎng)建設經(jīng)驗，首創(chuàng )“智慧電廠(chǎng)”概念，并基于科遠智慧EmpoworX工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺推出智慧電廠(chǎng)解決方案，助力電力企業(yè)從根本上實(shí)現節能減排。
（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(xué)堆取、在線(xiàn)盤(pán)煤、智能摻配、爐內燃燒優(yōu)化、摻燒知識自學(xué)習、運行優(yōu)化數據挖掘等功能，基于大數據為最佳摻配、平衡煤質(zhì)、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(jīng)濟性和穩定性，有效降低鍋爐的事故率，提高鍋爐燃燒效率。
圖1 數字化煤廠(chǎng)智能管控平臺
智能控制系統實(shí)現傳統燃煤電廠(chǎng)鍋爐的“智慧燃燒”，通過(guò)對二次風(fēng)軟測量對燃燒器進(jìn)行智能控制，基于一次風(fēng)煤粉濃度測量數據調節進(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)調節。利用經(jīng)驗數據的價(jià)值，提高負荷響應速度，降低最低穩燃負荷，較少結焦及腐蝕，提高爐效。
圖2 智能電廠(chǎng)功能架構圖
（三）運行結果
在提高安全性方面，通過(guò)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；在節能減排方面，通過(guò)提高機組效率、優(yōu)化模塊等實(shí)施節能減排2g/kWh以上。在提高經(jīng)濟性方面，相關(guān)模塊的建設降低了勞動(dòng)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(shí)大幅度提高辦公效率，使電廠(chǎng)三類(lèi)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。
參考文獻
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作者：張琦彬中央財經(jīng)大學(xué)-北京銀行雙碳與金融研究中心助理研究員
