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数字化驱动能源电力转型

作者:范霁红 来源:《电力决策与舆情参考》 发布时间:2020-07-06 浏览:
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数字化驱动能源电力转型

范霁红

(国家电力投资集团公司科技创新总监兼大数据中心主任)

一、智慧能源是数字化赋能的能源

能源革命如火如荼,会改变整个社会的发展方向。能源革命的核心要素是可再生能源和数字化技术的大规模应用,其他特征都是这两大核心要素的派生。通过这两个核心要素,结合其他非核心要素,将形成一个充足的、低碳的、具有更多分布式特点的、能源双向流动的能源系统。

现在的能源系统,基本上是一个集中的、单向的能源系统,今后会增加更多的分布式系统,整体上是分布式和集中式的结合。同时,未来的能源系统还是双向协同的。一方面,能源供应者和能源使用者之间的协同会更加及时,方式更加多样化;另一方面,能源使用者也可以变成能源供应者。现在能源是商品或者产品,未来能源会发展成一种体验,能够解决用户与能源相关的所有问题,带来更好的用户体验。因而,需要大量采用数字化技术来支撑这个目标的实现,最终将整个能源系统发展成为智慧系统。这个智慧化的能源系统,首先要求电厂实现智慧化。

综上所述,可以用“四个全面”来描述这样一个智慧能源系统,即通过数字技术实现的全面互联、全面感知、全面智能、全面协同的智慧能源。

(一)数字化转型是实现能源清洁低碳安全高效的必由之路

能源供给从高碳到低碳,是社会发展的客观需求。只有通过数字化和可再生能源的结合,能源才能从有限到无限或者从有限到充足。风电、太阳能发电的间歇性特点具有天然的亲数字化特性,即通过数字化技术应用实现其充分利用。一方面,风电、光伏、水电通过数字化技术更加容易实现少人值守或者无人值守;另一方面,可再生能源更多的是依赖天气和气候条件,通过数字化技术气象条件能够与能源生产、需求、应用、储能系统、用户用能习惯等更好地结合。

(二)数字化使能源达到供需均衡的最佳状态

可再生能源要求能源系统建设更多的分布式系统,具有去中心化特点。这个特点,需要采用多种数字化技术,应用到从发电、输配电到用电的每一个环节,形成一个智慧化的综合管理系统。

综合管理系统通过互联网和现代通信技术对发电、输配电和用电等环节的效率状况进行实时数据采集、监控,通过大数据和云计算技术对这些环节进行实时检测、分析、报告和优化处理,进而使能源系统进化成开放、透明、去中心化、可广泛自愿参与的系统,从而达到供需均衡的最佳状态。

(三)实现能源需求的动态响应和能源供应的协同优化

能源革命还会带来能源流动从单向到双向、能源从商品到体验的变革。要达到这些目标,需要实现能源需求的动态响应和能源供应的协同优化。

发电侧,风电、光伏、水电、火电、核电等多源互补,形成多轮驱动的电源供应体系,实现全面互联,达到绿色清洁、降本增效;输配电侧,通过数字化技术实现电源调配全面感知、区域协同全面智能;用电侧,居民、工业、商业等负荷类型全面协同,实现动态响应、场景开发,与发电侧实现双向互动。

二、能源数字化转型进程加快

近年来,数字化技术发展进程加快,这不仅受益于政策推动,更主要是技术进步的推动,技术明显产生价值。

(一)能源行业发展伴随着信息技术应用广度深度的拓展

上世纪80年代,技术进步带动集散控制系统(DCS)、数据采集与监视控制系统(SCADA)发展,应用水平体现为自动控制能力,实现了自动化;本世纪初信息化系统、系统聚合与集成发展,应用水平体现为平台与信息集成能力,实现了信息化;2015年后物联网/工业互联网、大数据/人工智能等得到较大发展,应用水平体现为数据分析能力,未来目标是实现数字化和智慧化。

(二)数字化转型将影响企业在行业中的地位

根据Gartner 2019年的调研报告,100%的行业领先企业进入了数字化的扩展阶段或改进阶段,而行业落后企业却只是处在仅有数字化愿景或根本没有数字化规划的状态。在电力能源行业(注:英文为utility,指公共事业,除电力能源外,还有供水,下同),超过三分之一的企业已进入数字化扩展和改进阶段,近三分之一的企业处在只有数字化愿景或根本没有数字化规划的状态,近三分之一的企业处在已有数字化规划或已实施数字化规划的阶段。由此可见,企业数字化转型的程度影响了企业在行业中的地位。

(三)技术突破为能源数字化转型奠定了基础

根据Gartner 2019年的电力能源行业IT技术成熟度曲线,可以看到大多数现在想利用的技术已处于稳步爬升的区间,有很多已摆脱了泡沫期。

我们认为现在运用最成熟的技术是云计算。云计算是用于解决共享存储资源和不同存储资源中数据共享的技术,目前在电力能源领域已经得到了广泛的应用。

大数据技术用以解决海量异构数据处理问题,我们认为这个技术本身现在已经成熟,但是在能源领域的一些应用上还存在算法和数据共享的问题,需要进一步解决。

国家电投大数据平台上已经有30多个应用在运行。与面向整个社会或金融行业的应用不同,这些应用的触及面多数与设备管理、设备优化相关。

2020年还将再上线40个应用,这些应用都可以产生经济效益。在这个过程当中,我们体会到数据安全、数据确权是关键问题。在集团内部,将数据贯通也存在困难。国家电投集团二级企业、三级企业把相关经营管理数据汇总到大数据中心,存在不安全感。而国家电投还承担着汇聚全国能源数据的任务。按照国资委要求,2020年将把全国包括央企和地方企业在内的所有发电企业的发电数据汇总到一个平台上。目前已经完成约35%的装机容量数据,预计到10月份将完成全国85%的装机容量数据。这些数据不是采用报送形式,而是直接在所有6兆瓦以上电站安装探针,直接读取数据。这些数据的汇集对数据安全问题带来巨大挑战。

国家电投大数据平台应用情况


(四)基于多方安全技术的数据要素化基础设施已成熟

近期,我们与清华大学姚期智团队进行合作研究。清华大学推出了多方安全计算的技术,可在密文上直接计算,得出与明文计算完全一致的结果,并且还可以对数据进行有限的授权。多方安全计算(密文计算)是对明文计算的补充,而不是全面替代。通过与其他给予明文的数据隐私保护技术相结合(隐私计算),可以有效地化解保护数据隐私与数据共享、流通之间的矛盾,使多方数据在信息相互保密前提下实现数据融合共享与综合利用。

数据服务部署在数据服务端,负责把明文数据转成计算因子或将密文计算结果解算成明文。其功能类似通讯网络中的“电话机”。计算服务给予合约的隐私计算服务,负责按照数据提供方和数据使用方之间的数据计算合约,调配算力执行隐私计算,并把计算结果送至合约制定的结果获得方。其功能类似通讯网络中的“过程交换机”或电网中的“输变电站”,是数据共享与流通的计算控制站和算力调配中心,是隐私计算和高效算力的结合体;在使用数据和算力进行数据融合的基础上产生新的数据。计算因子是数据的密文化碎片,本身不承载任何可以“看见”的具体信息,是数据计算价值的载体。随着技术不断完善,密文计算已经得到很大程度的简化,并在实际应用中落地,现在已经在银行和电信行业应用,有待在电力能源行业开展应用。

(五)国内能源企业开始通过数字化转型提升企业运营效率、创新发展新业态

数字时代已经成为“产品即服务”的时代,客户体验将超过价格和产品,成为关键的品牌差异化因素,信息技术与新型能源发展改变传统能源单一的价值链体系,市场的竞争日益激烈,同时客户对能源的使用需求与质量要求不断提升,企业必须创新转型、开拓新的业务和市场,才能进一步发展。

国家电网公司正在进行“具有中国特色国际领先的能源互联网企业”的战略部署。以企业数据中台,提炼公司核心业务域共性业务服务能力;以电力物联网,实现设备、终端的广泛互联,数据自动采集;推动国网大数据产业化,整合数据资源,推动公司内部组织变革与产业整合,支撑公司转型升级和培育发展新动能。华润集团提出“双擎两翼”,“+互联网”作为其中一翼纳入集团战略,聚焦转型升级六大战略目标之一的“智能化水平提升”。搭建全集团集中共享的财务、人力、知识等八大领域十二大管理信息化基础平台,打造支持数字化转型的数字化管控平台。“华润通”是面向全社会生活场景化的数字化交易管控平台,“华润汇”致力于打造面向全集团人财物等核心资源的数字化资源管控平台。

国家电投把数字化转型放在一个比较重要的位置已经有三年的时间。2017年就成立了集团的大数据中心。2018年,国家电投又整合了相关资源,成立了中能融合智慧科技有限公司,中能融合智慧科技有限公司旨在成为能源大数据的汇聚平台,2019年发起了中国智慧能源的产业联盟,这些工作得到了国务院国资委、工信部、国家能源局,以及中央网信办等政府部门的大力支持。

2019年国家电投成立了各个产业创新中心,专业化支撑智慧能源发展,推动水、火、风、光、核等业态与数字技术深度融合,取得了初步成效。

三、存在问题及未来方向

很多技术在技术层面已没有问题,但是如何应用、如何获益还需探索。例如,物联网技术,底层技术已经成熟,实际落地还需要寻找技术创新与效益最佳的结合点。移动互联网应用,技术成熟,但在能源行业的商业模式需要探索。人工智能技术,还有很多问题没有解决,还要实现很多复杂算法,应用层次上需要从感知智能上升到认知智能。区块链是前瞻性技术,需寻找能源行业应用模式,绿证交易可能能用上,在发电业务如何应用还需探索。数字孪生技术,实际代价可能很大,甚至可高于建立实体模型,受益程度不确定。出于核安全考虑,安全系统带来的成本、设备冗余带来的成本、高质量和高可靠性带来的成本、验证带来的成本等核电站人工参与监管成本攀高,占核电站成本的80%。若通过基于数字孪生技术的电站全生命周期监控的新系统,借助数字化设计通过模拟分析减少大量试验、简化材料及工艺选型;借助数字化建造提高效率和减少失误,提高设备利用率和降低运行成本;借助全流程数字化系统自动审查、复核和确认设计方案,传感器数据确保符合设计要求,运行实现高度智能化和无人值守,人工智能进行监管更安全且成本降低。如此一来,核电电价能够从现在的0.5元/千瓦时回归原始成本0.1元/千瓦时。但是,这与目前的《核安全法》要求相矛盾,未来还需要升级相应管理体系,这个技术才能最终得以落地。

能源数字化转型的核心是数据驱动,具有通过数字化优化管理效能、推动精益运营、提升消费体验、创新商业模式和共建开放生态等五方面趋势。国家电投集团将全面的数字化转型作为“十四五”目标,2020年已经开始启动数据驱动,具体表现为以能源物联网提升数据感知能力、以数据挖掘推动运营决策精益化、由优化产品向提升消费体验转变、以能源数字化推动商业模式创新、以价值为导向共建开放创新生态。

原文首发于《电力决策与舆情参考》2020年6月12日第23期

关键字:数字化能源

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