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    數字電網:“比特”與“瓦特”走向深度融合
    2021-11-24 17:11
      中國戰略新興產業融媒體記者 杜壯
     
      需求驅動,綠電進駐交易市場
      新能源在多年來“政策驅動”下經歷了大發展階段,走向了“需求驅動”的新起點。在當前電力市場建設成果基礎上,試點開展綠電交易,著眼綠色能源生產消費市場體系和長效機制構建,是電力行業助力“雙碳”目標實現的重要舉措。從綠證交易到綠電交易,如何精準匹配發電方和用戶的需求?綠電交易市場的建立意義何在,如何推行?能否以市場化為抓手,促進電價合理波動?數字化技術對助力構建新型電力系統有何啟發?本期專題,將與您一起探討綠電進駐交易市場將面臨的風險與挑戰。
     
      瓦特是功率單位,在電力行業中隨處可見,比特是信息量單位,是數字時代的象征。在眾多的數字技術中,數字孿生成為電網數字化的重點技術之一。電網企業直指數字化在電網“新基建”中的核心地位,瞄準“數字新基建”。
     
     
      2020年我國能源消費產生的二氧化碳排放中,電力行業占能源行業二氧化碳排放總量的42.5%左右,電力行業的碳達峰、碳中和進度影響著整個“碳中和、碳達峰”目標實現的進程。在新型電力系統中,電源、電網、儲能、負荷(源網儲荷)各個環節相互耦合,使得電力系統的分析必須由過去孤立分析方式,向各個環節的協同分析轉變,構建數字電網變得更為迫切。
      瓦特是功率單位,在電力行業中隨處可見,比特是信息量單位,是數字時代的象征。數字孿生等技術的應用,讓數字電網“比特”和“瓦特”走向了深度融合。
     
      讓電網變得更“聰明”

      能源是社會經濟發展的重要基礎和動力,在“雙碳”背景下,我國能源行業走上數字化轉型之路。風電、光伏發電等新能源具有隨機性、間歇性、波動性特征,電力系統“雙高”“雙峰”的特性明顯,伴隨“碳中和、碳達峰”目標帶來的更大規模并網,電網安全穩定運行和電力電量平衡面臨極大考驗。為了有效保障在新能源大規模并網后的電網運行安全,能源使用效率的提高變得更為重要。
      通過App報裝90千伏安的制造業普通工業用電,從提出申請到完成接電,只需要一天半的時間;原本10天才能完成的高壓輸電線路巡檢工作,現在兩個小時就可以完成;曾經工人無論嚴寒酷暑都要進行大量設備的巡視、操作,如今靠機器人就可以代為完成……讓電網變得更“聰明”,少不了數字電網的身影。
      南方電網發布的《數字電網白皮書》指出,數字電網是以云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術為核心驅動力,以數據為關鍵生產要素,以現代電力能源網絡與新一代信息網絡為基礎,通過數字技術與能源企業業務、管理深度融合,不斷提高數字化、網絡化、智能化水平,而形成的新型能源生態系統,具有靈活性、開放性、交互性、經濟性、共享性等特性,使電網更加智能、安全、可靠、綠色、高效。
      世界經濟論壇數據顯示,到2030年,各行業受益于信息和通信技術減少的碳排放量將達121億噸,其中能源領域超過18億噸。
      從發電行業來看,國際能源署預測,采用數字化技術,可使2016-2040年的年發電成本降低800億美元,相當于全球發電總成本的5%。
      中南財經政法大學數字經濟研究院執行院長盤和林表示,數字電網所形成的不僅僅是一個智慧的、高效的輸電網絡,而是一個從能源結構、輸電方式等各個方面都有所變革的電力能源生態,借助數字技術,數字電網所拓展的電力能源智慧服務體系可以聯動能源上下游產業以及數字技術服務商。
      
      數字孿生:提升能源使用效率的有效途徑

      目前,通過數字孿生、智慧中臺、區塊鏈、邊緣智能等關鍵數字化技術應用提升能源使用效率,成為大多數行業、企業實現綠色低碳發展的有效途徑。一方面,國家電網有限公司、國家電力投資集團有限公司、中國華電集團有限公司等能源企業加速擁抱數字技術,另一方面,阿里巴巴、騰訊、百度等互聯網科技企業密集布局能源行業。
      在眾多的數字技術中,數字孿生成為電網數字化的重點技術之一。IDC預測,投資于數字孿生技術的公司的關鍵流程的周期時間將縮短30%。
      數字孿生技術能夠通過大數據采集和數字化模型構建,對物理世界進行精準“映射”,實現透明的數據可視化;其更重要的價值在于,它能夠利用這些大數據,超越物理世界的局限,對工藝、操作流程和運維過程進行仿真和預測,并實現快速驗證,從而為規劃設計、建設實施、運維服務等全生命周期內的各個環節帶來回饋價值。從電網行業來看,過去,在電網行業數字轉型過程中,各系統、部門的數據信息獨立分散,形成了數據孤島。另外,由于數據來源多樣化,數據形式不同,標準化不足,融合利用不方便,數據表現力不足,數據交互不足,難以恢復真實場景等頑固的疾病也存在。
      以施耐德電氣和雙數技術成功實施的變電站智能運輸項目為例,改造前,該變電站采用的傳統2D運輸平臺,不直觀,設備種類、數量復雜,無法統一管理,多種數據類型也無法在統一平臺上整合,運輸人員無法預測可能發生的故障和事故。
      實施改造后,數字孿生解決方案提供了配電站全場景三維建模復原、全站設備內外結構可視化展示、運輸模擬數據實時獲取、設備賬戶實時查看、故障模擬預測等一系列功能,為變電站的運輸維護帶來了點石成金的效果和體驗。和改造前相比,節省了大量時間、財力成本,大幅提升了運維效率,此外還有效縮減了配電站的效能損耗。
      工業4.0研究院院長胡權表示:“通過引入數字孿生體技術,可大幅降低電力行業企業開發的難度和成本,快速推進先進技術的應用,滿足電力行業數字化轉型的需要?!睋私?,目前工業4.0研究院提出了從1.0到3.0的演進路徑,預計經過十年左右的時間,數字孿生電網將實現全局和全生命周期生產運行需要,達到源網荷儲一體化等管理目標,形成相對完善的知識產權體系。
      
      逐步提升數字化技術的覆蓋面

      近年來,5G、人工智能和大數據等技術飛速發展,深刻改變了電力、制造等行業的格局,電網企業直指數字化在電網“新基建”中的核心地位,瞄準“數字新基建”。
      國家電網公司發布的“數字新基建”十大重點建設任務,聚焦大數據、工業互聯網、5G、人工智能等領域。據了解,2020年總體投資約247億元,預計拉動社會投資約1000億元,將帶動上下游企業共同發展。
      在中國科學院院士周孝信看來,要通過數字化轉型,推動新一代輸配電網和能源互聯網建設,適應高比例可再生能源電力消納,確保電力系統安全穩定運行。
      “當前,中國電網數字化率(包括電網的網絡安全等)在全球范圍內已處于領先水平,但大量城市的配網系統、用戶系統接入并非數字化連接?!笔┠偷码姎庵袊鴧^能效管理中壓業務,市場與戰略副總裁薛毅認為,今后很長一段時間內中國電網的當務之急是要逐步提升數字化技術的覆蓋面及普及率。
      數字電網在快速發展的過程中,也存在著一些問題。過去,電網應用信息化、自動化手段較少時,保障的僅是物理電網本身的運行安全,而現在的電網安全則是更多面臨著來自外部的挑戰。
      國網能源研究院電網發展研究所所長韓新陽認為,與過去相比,一方面,各種智能家電接入電網、大量數字化手段在電網中得到應用,電網安全的邊界不斷延伸;另一方面,黑客攻擊、網絡襲擊等風險加大,使得電網安全需要應對的場景更加復雜,研究表明,隨著能源行業信息化程度快速提升,能源電力部門已成為網絡攻擊的重要目標。
      韓新陽指出,要解決數據質量問題,應持續優化完善數據質量相關模型、規則,通過強化統一數據模型完善應用,夯實電網數據管理能力基礎。依托完善數據錄入核查相關規則,提升源端數據質量在線核查能力。與此同時,不斷加強對大數據挖掘、人工智能等相關技術手段的應用。推動大數據挖掘、人工智能分析、實時數據異常檢測等技術研究,通過技術手段開展數據質量評估、在線稽查等,提升異常數據的實時核查與分析能力。
     
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      來源:本刊原創文章
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