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数字革命与能源革命

作者:曾 鸣等 来源:中国电力企业管理 发布时间:2020-05-18 浏览:
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在新一轮产业革命与技术革命的推动下,我国已迈入互联网数字经济时代。2019年10月,十九届四中全会首次明确提出“数据可作为生产要素按贡献参与分配”,标志着数据将在未来国家社会的生产生活、公共服务及公共管理等方面发挥举足轻重的作用。数字革命与能源革命的深度交互将为能源电力行业运营管理提质增效、清洁能源消纳水平提升、能源行业产业链发展等提供全新动力与可能性。

数字革命定义与内涵

数字革命的定义

现阶段国内外对数字革命(Digital Revolution)虽无统一定义,但在统筹考虑各类研究成果的基础上,可定义数字革命是依托先进通信技术、互联网技术等信息化技术的推广与应用,通过挖掘与外化数字信息内含的价值,推动数字信息向要素化、商品化、产业化等方向发展,进而推动经济社会各个领域的发展与变革的过程,是全新一轮工业革命的重要组成部分。

数字革命的内涵

习近平总书记强调“在全球信息领域,创新链、产业链、价值链整合能力越来越成为决定成败的关键”,数据信息是重要的生产要素,数据革命应通过发掘数据信息潜在价值,从而引领技术流、资金流、人才流等方面的变革,为国家社会经济的发展注入源源不断的新动能。

数字革命助力能源革命

自2014年6月习近平总书记在中央财经领导小组工作会议提出开展能源革命的战略要求以来,我国在能源的生产、消费、体制改革与技术创新领域取得了一定成绩,但是在当前我国经济转型升级和能源结构转型、消费模式转变的新形势下,我国能源革命仍面临诸多挑战。数字革命将以现代网络为载体,通过“云大物移智链”等先进信息技术在传统能源电力行业的应用,加速信息技术与能源电力产业的深度融合,引导能源电力行业向数字化、智能化及网络化转型发展,为传统能源电力行业的全方位、全链条的产业升级、业态创新、服务拓展及生态构建提供了全新的可能性。

数字革命助力能源生产革命

一方面,数字革命将进一步推动能源互联网的发展。数字革命将助力电力系统提供更安全、更智能的输电服务,有效支撑集中式清洁能源大规模、远距离传输以及分布式清洁能源的规模化、经济化利用,平抑供应侧大规模清洁能源出力波动性和需求侧电力消费不确定性等双侧随机性对系统运行带来的冲击,从而改善能源生产和供应模式、提高能源系统中清洁能源的生产和供应比例。

另一方面,能源的生产和供应模式将发生显著变化。能源生产和供应将从单一化供应模式转变为多元化供应模式,包括供应主体的多元化、能源产品的多元化和业务结构的多元化等。同时,工业互联网、数字服务等新技术、新业态的发展又将不断催生新的市场主体,这些主体的业务领域、产品类别、供应方式的增加将使得能源生产和供应环节的模式发生根本性改变,从而推动能源生产革命。

数字革命助力能源消费革命

一方面,数字革命赋予了用户更广泛的消费选择权,新业态、新模式将不断涌现。随着“云大物移智链”等信息技术及智能化终端设备在能源电力行业的应用,终端消费用户可实现对信息的即时化接收和处理,并根据市场信息做出用能时间、用能品种等多样化决策,进而丰富了能源消费选项。传统的“物理能源”消费理念逐步过渡到“能源、信息、服务”综合消费理念,从而催生出更加丰富多元的能源消费类型。

另一方面,数字革命能够支撑用户对自身能效水平的即时、全面感知,辅助用户进行用能决策。数字化与智能化用能辅助工具的广泛使用,将实现系统内能源供给、消耗的全面监测,从而支撑综合能效分析和多环节协调管控优化,通过智能化的综合能源服务管理系统动态调整系统的供、用能策略,进而从供应侧反向推动实现能源电力系统运行优化与效率提升。

数字革命助力能源技术革命

数字革命将进一步推动工业互联网与能源电力系统的融合,原有能源电力系统运行与管理模式将向高度的智能化、精确化和标准化转变:一是边缘层的系统末梢信息数据采集,设备级乃至元件级的信息将能够被及时感知;二是基础设施层(IaaS)的能源电力信息即时、安全传输,“源网荷储”各环节、各主体的信息将能够被实时送达;三是平台层(PaaS)的能源电力信息大规模、标准化存储和智能化处理,各主体、各业务领域的信息数据将能够被统一、智能、规范管理;四是应用层(SaaS)的能源电力信息有效应用,数据服务与数据应用将支撑管制性输配电业务、竞争性综合能源服务及互惠共赢能源互联网生态圈建设等多种业务的开展。此外,数字革命引领的信息-物理融合技术也将推动能源领域的技术框架和信息通讯领域的技术体系紧密融合,带动能源区块链等一批新技术的发展和应用,从而推动和支撑能源技术革命。

数字革命助力能源体制革命

依托数字革命,依照“平台+生态”思路,建设互惠共赢能源互联网生态圈,创新能源电力系统的运营管理机制,发展共享经济和平台经济,实现能源电力产业上下游及周边产业各类主体协调发展。能源互联网生态圈涵盖能源“发—输—配—用”各环节的企业、用户以及上下游的设备制造商、互联网公司、政府部门、科研院所、金融公司等主体。建设互惠共赢的能源互联网生态圈就是发挥电网公司、发电企业、装备制造企业、科研院所、互联网公司、金融企业等各类主体优势,打通服务流、信息流、资金流,提升资源要素配置效率,为能源电力系统的转型升级和能源互联网的快速发展创造良好平台,以共享经济、平台经济的发展模式创新能源电力系统运营的体制机制,进而支撑能源体制革命。

数字革命在能源革命中的典型应用场景

数字革命驱动能源革命不是简单的信息技术的堆砌,也不是照搬电力系统信息化建设的套路,而应重点突出核心功能,以实用实效、解决问题为导向。新形势下,能源电力系统数字化转型过程中应注重解决能源电力行业“卡脖子”问题,以更好地服务于社会、政府、广大人民群众,带动能源相关产业链发展。

尖峰时段供需结构优化、清洁能源消纳、能源数据生态和综合能源服务是新时期、新形势下能源电力网络发展的几个关键问题,数字革命与能源革命的融合将为以上四个问题的解决提供新思路与新方案。

数字革命在“尖峰负荷”场景应用

保障供需平衡是能源电力网络的重要任务之一。一方面,随着经济的发展,需求侧大功率设备的增加导致的“尖峰负荷”现象日益显著;另一方面,“稳健投资、精准投资”的任务进一步提升了对于投资科学性的要求。在数字革命驱动能源革命的过程中,可依托海量数据的分析,利用需求侧多元主体的用能转移、削减和转换弹性,在规划、运营和消费等环节针对“尖峰负荷”问题形成相应的解决思路。

在规划阶段,数字革命“赋能”精准规划。电网作为连接供需两侧的核心枢纽,可依托能源互联网开放、包容接入的特点,一方面,通过对能源电力系统中各类能源生产设备、转换设备、管网系统等全工况感知,构建多设备全工况运行模型;另一方面,依托集成的海量多元异构数据,对多元用户开展精准画像,掌握用户用能特征。以供需特征为依据、供需平衡为前提,挖掘多能互补协同与综合需求响应的削峰潜力,从而实现稳健投资、精准规划。

在运营阶段,数字革命“赋能”科学运营。在广泛采集与集成用户用能数据、气象数据、宏观经济数据、多能源市场交易数据基础上,利用关联规则挖掘、机器学习等技术,通过对海量数据的分析与发掘,准确掌握包括用能种类、用能倾向、用能弹性等多元用户用能特性,从而揭示多元用能负荷转移、负荷削减以及异质能负荷转换的潜力,从而为能源电力系统的需求侧管理与需求响应规则制定提供支撑,从而引导需求侧参与尖峰负荷的削减与平抑。

在消费终端,数字革命“赋能”高质消费。能源电力网络的数字化转型赋予多元用户充分掌握自身用能情况、能源市场动向及各类能源设备信息的机会与权利,能量流与信息流的深度交互有利于充分调动用户参与需求响应的积极性。此外,用户参与需求响应的需求将进一步倒逼智能自动响应终端、用户聚合的虚拟电厂等新技术与新业态的发展与进步,从而推动需求侧主动实现尖峰负荷的削减与平抑。

数字革命在“可再生能源消纳”场景应用

随着能源革命的推进,“两个50%”(即一次能源清洁化率50%与终端电气化率50%)将成为我国能源发展的重要目标,高比例可再生能源接入将成为未来能源电力系统发展的必然趋势。数字革命下,工业互联网与能源电力系统的融合将为供给侧与消费侧提供一个能量流与信息流深度交互的平台,进而从能源生产模式、技术体系和体制机制等方面推动变革,保障清洁能源的高效消纳。

从平台功能看,能源电力系统数字化转型能够为我国新能源的发展提供有力支撑,为可再生能源的顺利消纳提供智能化平台。国家电网公司2020年重点任务之一就是“推动‘平台+生态’建设”,其中的新能源云部署了包括电力供需预测、消纳能力计算、新能源大数据分析服务平台等十几项子功能模块,涵盖新能源的规划辅助决策、出力与运行管理、设备与厂商管理、消纳与电价分析等各业务环节,能够为新能源产业各类主体办理各类业务提供智能化的基础平台。

从技术体系看,一方面,数字革命呈现的信息—物理融合特性将推动能源领域的技术框架和信息通讯领域的技术体系紧密融合,带动诸如新能源大数据、能源区块链、智慧能源管理系统等一批新技术的发展和应用,开辟新能源领域的技术创新研究方向。另一方面,“云大物移智链”等现代信息技术和先进通信技术在新能源运行控制、终端用户综合能源服务等方面的应用,将促进能源信息双向流动和开放共享,为各类资源灵活汇聚、系统运行智能决策、用户用能提质增效提供支撑,全方位提升风电、光伏的生产消费占比。

从体制机制看,一方面,以区块链等信息技术为支撑,推动能源灵活自主微平衡交易,实现分布式能源、分布式储能主体与工业大用户及个人、家庭级微用能主体间的点对点实时自主交易,进而为创新绿色能源认证、绿色货币、绿色证书等清洁能源新型商业模式的推广提供可能。另一方面,利用电网公司“枢纽”和“平台”优势,创新能源电力系统的运营管理机制,实现能源电力系统及周边产业各类主体协调发展,发挥电网公司、装备制造企业、互联网公司、金融企业等各类主体优势,提升资源要素配置效率,以共享经济的发展模式创新能源电力系统运营的体制机制。

数字革命在“能源数据生态”场景应用

随着能源生产、消费与大数据理念的深度融合,能量流与信息流交互不断深化,能源大数据所蕴含的巨大价值不断凸显。尽管大数据存储、挖掘等相关技术逐步成熟,但能源大数据发展模式仍处于相对分散、无序的状态。在数字革命的统筹引导与驱动下有利于打造一个健康持续发展的能源大数据生态系统,发挥更大的聚集效应,进而助力智慧城市建设、促进产业优化升级、支撑能源生产和消费革命。

在平台构建上,数字革命为能源数据生态构建提供平台支撑。能源互联网开放、包容的技术特性,为设备制造商、能源服务商等能源行业上下游主体以及政府、金融服务商等多元第三方主体的广泛接入与互动提供了平台载体,通过分析与研究多元主体之间数据流、价值流与业务流的流向及交互机理,掌握与揭示能源数据生态圈中多元主体功能定位及其行为特征,进而为明确能源数据生态系统演化的关键因素及未来发展趋势与建设路径提供决策参考。

在价值发掘上,数字革命为能源数据价值发掘提供技术支撑。依托感知计量、信息通信、数据集成与数据挖掘等覆盖能源数据产生、传输、保存和利用等全环节、全周期的关键技术,能有效针对设备及用户开展特征画像,从而进一步明确设备运行优化潜力及用户潜在业务需求,进而为实现能源数据潜在价值发掘与变现、能源电力行业数字化转型、能源数据生态圈可持续发展提供重要技术支撑。

在商业模式上,数字革命为能源数据生态商业模式构建提供全新思路。能源数据生态能有效打破多元主体间的壁垒,实现横向能源生产商设备制造商多主体互联,纵向能源生产、交易、消费多环节互通。从顶层设计看,可协同石油、天然气、热力、互联网运营商及制造商合作,组成综合解决方案供应商或成立商业联盟,实现对能源的综合供应、调控;从能源利用终端看,可广泛聚集客户资源与数据资源,以用户需求为驱动,促进全要素供需对接,倒逼催生新服务与新业态,从而实现产业上下游共同发展。

数字革命在“综合能源服务”场景应用

在当前能源转型和电力体制改革的新形势下,能源电力行业发展由“资源驱动”转型“服务驱动”已初成定局,综合能源服务业务已成为能源电力行业重要发展方向之一。随着“云大物移智链”、边缘计算等信息通信技术的涌现,在数字革命的驱动下,综合能源服务的价值与内涵将不断发展与延伸,进而为公司模式创新与效率提升提供重要支撑。

在模式创新方面,数字革命催生综合能源服务的新业态、新模式将不断涌现。通过“云大物移智链”等信息技术与多种智能化终端应用,依托用户画像了解与洞悉市场与用户的潜在需求,通过提供个性化、创新性综合能源服务实现供需精准对接,推动传统的“物理能源”消费理念逐步过渡到“能源、信息、服务”综合消费理念,进而不断丰富与拓展综合能源服务的业务模式与体系。

在效率提升方面,数字革命助力综合能源服务优化提升能源电力系统整体效率。在数字革命驱动下,能源电力系统中智能化用能辅助工具的广泛使用将为系统内能源供给、消耗的全面监测提供坚实数据信息支撑,通过开展综合能效分析、多环节协调管控优化等综合能源服务以实现能源电力系统供、用能策略动态调整,进而实现从供应侧和需求侧双向优化系统运行,改善系统运行状态,提升系统运行效率。

本文刊载于《中国电力企业管理》2020年04期,作者曾鸣、许彦斌、方程供职于华北电力大学

关键字:能源革命 数字能源

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