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黨的二十大報告強調，“深入推進能源革命”并“加快規劃建設新型能源體系”。隨著5G、大數據、區塊鏈、云計算、人工智能等新技術新應用的高速發展，數字化、智能化已成為傳統電力行業轉型發展的重要方向。本文將探討電力行業數字化轉型的現狀及未來轉型趨勢。
一、電力行業轉型背景
（一）數字經濟和綠色經濟發展的促進作用
《“十四五”國家信息化規劃》中指出，深入推進綠色智慧生態文明建設，推動數字化綠色化協同發展。從長期戰略來看，數字經濟和綠色經濟的發展是相輔相成的。立足綠色經濟發展視角，綠色高質量轉型的重點是能源結構的改變，本質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發和廣泛利用對計算機、通信、互聯網技術提出了更高要求，因此綠色經濟可持續發展需要與數字化和數字經濟協同共進。立足數字經濟視角，大數據中心、物聯網和不斷升級的移動通信網絡是支撐數字經濟的基礎設施，但也帶來了大量的能源消耗，在當前技術領先的情況下，5G設備能耗仍是4G設備能耗的4倍以上。因此，數字經濟持續發展也有賴于與綠色經濟發展協同共進。
（二）電力行業轉型趨勢
經濟社會發展需求促使電力供應需求持續增長。根據中國電力企業聯合會發布數據，我國電力需求增長總量大、速度快。總量來看，國網經營區域電能替代電量2013-2020年累計完成電量8677億千瓦時，“十三五”期間，新增發電裝機容量為6.7億千瓦。從增速來看，“十三五”期間，我國電力需求年均增速為4.9%。與發達國家年均電力需求增速相比，我國電力需求增長速度快。未來，受技術進步、經濟發展、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，我國可再生能源發電裝機達到9.34億千瓦，占發電總裝機的42.5%，風電、光伏發電、水電、生物質發電裝機容量連續多年穩居世界第一。在發電量和消納量上，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，可再生能源發電量2.2萬億千瓦時，占全部發電量的29.1%。《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》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”的增長目標，未來清潔電力將有巨量發展空間。
儲能技術將成為提升新能源電力消納能力的有效解決方案。考慮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發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，累計裝機已經達到43.44GW。在電力儲能中，以抽水蓄能和電化學蓄能為主，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%。抽水蓄能的技術已發展相對成熟，轉化效率可以75%-83%，度電成本僅為0.207元/kWh，具有較高的經濟性。在《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》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轉型瓶頸
“雙碳”目標與電力行業轉型趨勢引領下，傳統電力行業轉型過程中，主要存在以下幾個方面問題：
一是發電設備監測管理問題。由于發電有連續生產需求，設備啟停時間長、能耗大，設備故障會導致巨大損失，無論是水電、火電、風電，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。
二是并網調度問題。風光等新能源生產的不穩定，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，致使電網潮流復雜多變，大大增加了電網運行調控難度。安全問題和功率預測問題帶來了新能源并網消納難，棄電率居高不下等難題。
三是儲能問題。目前成熟的儲能技術以抽水蓄能為主，存在建設周期長、初始投資成本較大等問題。同時，儲能電站的大規模建設還處于初期階段，目前缺乏類似發電和輸配電的整體統籌。此外，未來以新能源為主導的新型電力系統可能會出現由極端天氣導致的新能源長時間出力受限的情況，目前儲能技術還無法完全有效解決該問題，大容量、長時間、跨季節調節的儲能技術還有待突破。
三、數字化技術助力電力低碳轉型建議
電力行業一個最大的特殊性在于電能無法長時間存儲，產供銷是動態平衡且同時完成的。因此，電力行業在實現“雙碳”目標的進程中，可借助數字化技術提升電網數據采集、分析和應用能力，充分發揮其在能源資源優化配置中的積極作用，降低能源損耗，促進能源綠色生產和消費，支撐“雙碳”目標實現。
發電方面，盡管包括集中式和分布式光伏、水電、陸上風電、多能互補等在內的可再生能源普及是未來發展方向，短期內火電的主導地位仍不可動搖。新能源資產的普及將帶來新的機遇與挑戰，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、微服務等技術，實現如：三維數字電廠、數字孿生、流程仿真、智能預警等應用APP，幫助企業降本增效，提高運行效率，完成數字化轉型。同時，新能源產生的“綠電”也將會逐步參與到電力市場交易中，為發電企業帶來了提供綠電交易、碳管理等輔助服務的新機遇。
電網方面，應對可再生能源發電的波動性，以及電動汽車、儲能等設備的接入，維持電網穩定性的要求不斷提高。在電力輸送環節，通過5G+工業互聯網、視覺+工業互聯網、AI計算，輸配電的智能交互、智能微電網等數字化技術實現源網荷儲的協調與平衡，提高可再生能源消納比例。
儲能用能方面，“能源互聯”將成為未來的主要轉型趨勢。用戶側能源形式多元化，包括了分布式光伏等發電設備以及各類用電設備和電力儲能設備。“能源互聯”將更加注重零售側的服務和用能管理，發電企業有機會針對分布式光伏、儲能、電動汽車充電等提供更多種類的服務。同時，隨著電氣化和智能化的普及，終端用電設備將更加多樣化，提供電車用能服務、能效提升、需求側響應等服務。
四、案例——智慧電廠解決方案
在綠色環保和經濟發展需要的雙重壓力下，電廠真正實現碳減排需要聚焦到優化節能減排的技術路徑，實現對能源生產效率的精細化管理，從而減少碳排放和能源消耗。在“雙碳”目標下，利用數字技術加速提高電力企業生產管理水平，進一步實現安全生產、節能降耗、提質增效、綠色環保，將成為電力企業發展的主要方向。
（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，憑借領先的技術優勢和豐富的電廠建設經驗，首創“智慧電廠”概念，并基于科遠智慧EmpoworX工業互聯網平臺推出智慧電廠解決方案，助力電力企業從根本上實現節能減排。
（二）解決方案
搭建燃料管理全流程優化決策智能管控平臺，包括煤倉的科學堆取、在線盤煤、智能摻配、爐內燃燒優化、摻燒知識自學習、運行優化數據挖掘等功能，基于大數據為最佳摻配、平衡煤質、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 數字化煤廠智能管控平臺
智能控制系統實現傳統燃煤電廠鍋爐的“智慧燃燒”，通過對二次風軟測量對燃燒器進行智能控制，基于一次風煤粉濃度測量數據調節進風量與煤粉配比，以及飛灰含碳量判斷燃燒充分程度并進行自動調節。利用經驗數據的價值，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 智能電廠功能架構圖
（三）運行結果
在提高安全性方面，通過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，通過提高機組效率、優化模塊等實施節能減排2g/kWh以上。在提高經濟性方面，相關模塊的建設降低了勞動強度，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，同時大幅度提高辦公效率，使電廠三類缺陷平均故障處理時間由原先的30小時/條降低至10小時內。
原標題：IIGF觀點 | 淺析電力行業數字化轉型現狀及趨勢
