碳视角下的中国新型电力系统

碳视角下的中国新型电力系统的图1
双碳目标下电力行业低碳化发展成为国家的重大需求与关键抓手,需要构建安全-经济-低碳的新型电力系统,破解“不可能三角”难题。
碳视角下的中国新型电力系统的图2

电力行业低碳转型,迎来前所未有的机遇,也面临严峻的困难挑战。从机遇看,面向碳中和目标,未来将构建以新型电力系统为核心的清洁能源体系,电力消费需求将翻一番,从8万亿度电增长到16万亿度电,终端电气化率将显著提升至70%以上;电力供给侧,非化石能源引来前所未有的发展机遇,风电光伏将增长10倍以上。当然,构建新型电力系统不是一蹴而就,目前,世界上没有一个国家级电力系统能够独立实现碳中和,建设碳中和的新型电力系统是从0到1的突破。

“与其他能源形式相比,电力系统是发-输-配-用统一调配、实时平衡的复杂大系统。 从碳视角下,虽然碳排放主要发生在发电侧,但碳排放的转移、消费将随着能源电力的流动,贯穿源-网-荷各个环节。面向双碳目标,需要‘全局统筹’的碳中和战略,‘反向寻优’的碳规划技术,以及“电碳耦合”的碳评估体系。”
碳视角下的中国新型电力系统的图3
碳视角下的中国新型电力系统的图4
碳视角下的中国新型电力系统的图5 新型电力系统
碳视角下的中国新型电力系统的图6 新型电力系统概念图 
型电力系统是以新能源为供给主体、以确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标,以坚强智能电网为枢纽平台,以源网荷储互动与多能互补为支撑,具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。这是当前最火最热的词,来源于国家的号召。
2021年3月15日,中央财经委员会第九次会议中指出,“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。

简单来说,建设新型电力系统是采用新技术优化现有发电、电网、用电的电力系统,达成环保+高可靠性的2个目标的过程,主要内容包括如下:
发电侧:
鼓励环保新能源,如风电、光伏发电等发展,同时会出现诸如氢能等更加绿色低碳的新能源、更加多品种多业态的非化石能源;
煤电占比不断下降,长期将从严控煤电,到去煤电、零煤电。
推行碳计算、碳交易、碳管理、碳回收。
电网侧:
在保障现有大电网的稳定可靠前提下,发展微电网。
强化需求侧响应,进一步精细化电网 调度颗粒。
推进电网与管网、通信网、电视网、交通网的多网融合。
用电侧:
发展电能替代,减少煤油化石能源使用,如电动车、电锅炉。
提升用电效率,较少线损,对工厂、电器进行能效考核。
电力系统整体:
采用“大电网+微电网”双重结构,主干网全局调度,注重提升整体可靠性和传输效率,分布式微网提升地区能效和自愈自洽能力。
微电网参见“虚拟电厂”概念,采用类似“IT容灾”或者“神经网络算法”方式,在小区域建立微电源+小储能+微调度,逐级实现电力供应的平衡、提效、自愈、自洽。
数字(孪生)电网 感觉南网谈“数字电网”多,国网谈“能源互联网”为主。
南网的解读:
数字电网是以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代数字技术为核心驱动力,以数据为关键生产要素,以现代电力能源网络与新一代信息网络为基础,通过数字技术与能源企业业务、管理深度融合,不断提高数字化、网络化、智能化水平,而形成的新型能源生态系统,具有灵活性、开放性、交互性、经济性、共享性等特性,使电网更加智能、安全、可靠、绿色、高效。
百度百科不知为何,解释引导为“孪生电网”:
数字电网的建设过程是传统电网的数字化、智能化、互联网化过程。
对传统电网进行数字化转型,遵循网络安全标准和统一电网数据模型构建相对应的数字孪生电网,用先进的数字技术平台,以“计算能力+数据+模型+算法”形成强大的“算力”,依托物联网、互联网打通电网相关各方的感知、分析、决策、业务等各环节,使电网公司具备超强感知能力、明智决策能力和快速执行能力,让数字电网的边界从传统电网扩展至社会的方方面面,变革传统电网的管理、运营和服务模式,驱动相关产业的能量流、资金流、物流、业务流、人才流的广泛配置,用“电力+算力”推动能源革命和新能源体系建设,助力国家经济体系现代化,构建本体安全的数字电网新体系。
两者合在一起:数字孪生电网:
数字孪生电网是基于数字孪生基础设施的电网数字化转型方法,通过在数字空间建设电网、环境、人员和业务四要素,实现数据驱动的全局、全生命周期的数字孪生体,从而达到不断改善的应用目的。
在说数字化之前,说下“信息化、数字化、智能化”的三种概念:
网上有个解读,说三者是三阶段提升的概念:
第一阶段

信息化:将业务数据做上信息系统,比如帐本、客户 信息做成数据库内容,业务过程还是以线下物理活动为主。
第二阶段

数字化:业务过程大量数据化,如交易过程也数字化,像电子支付,而不是只记帐结果。
第三阶段

智能化:在将业务过程数字化的基础,进行效率、质量的提升,甚至改变原有业务的运行方式,如无人驾驶,原来需要人现在不需要了,可能以后出行方式都变了。
巅峰能源并不认同这种概念解读。
巅峰认为这三个词是一件事的三个维度。信息化是手段、数字化是表现、智能化是发展程度。本来数字化就是说把物理世界抽像为数据01存储,信息化就是实现数字化的手段,而智能化是信息化、数字化的目标或者说结果,我们做信息数字化当然是为了提升业务智能,但每个阶段的智能水平不同,可以叫智能化1.0、2.0、3.0,或者叫数字化1.0、2.0、3.0,但要说信息化、数字化、智能化三个阶段,就有些扯了。
这其中,用智能化应该做划分阶段更合理,因为产业智能化不只是信息系统,还夹杂着管理升级、硬件升级、政策升级。而数字化通常认为代表着软件信息系统。没办法,不造新概念没钱啊。
回过头来说数字电网,个人觉得这个比智能电网更小一些,读起来更像电网信息化,可以代表用信息技术手段提升电网生产管理水平,数字孪生电网中的“孪生”,是电网信息化中的一大类,接近于“电网建模”,即对电网做精细化建模,达到接近真实描述的现实世界中的电网的结构、特性、运行状态,未来发展等。具体说明就是对电网“全生命周期”的“VR”,加上基于这个高真实度模型的各种研究应用。
更简单的说,数字孪生电网,就是现实电网,在计算机上模拟网络结构和生产过程,识别和分析出如何更高效、更安全地完成工作。
怎么“更高效”难说,搞信息技术的其实懂电力业务的少,但“模拟”在游戏领域早就是成熟技术了,估计这个方向最后会变成做一堆可视化系统。
碳视角下的中国新型电力系统的图7 能源互联网
能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术,信息技术和智能管理技术,将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来,以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。
碳视角下的中国新型电力系统的图8 能源互联网的特点
这个国网谈的最多,是国网的Slogan——建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业,现在被新型电力系统的风头盖过。相较于南网常谈的“数字电网”,个人觉得能源互联网的概念更胜一筹,毕竟电网主业是能源不是IT,能源互联网的覆盖范围超出了数字电网,且能源互联网这概念很新颖(虽然2011年国际上就有了),比用多了的“数字XX”高大上很多。
其实巅峰看到“能源互联网”概念时也想了很久,毕竟是两个看起来没关联的词的组合。思考后想到的是,互联网,让世界互联互通,能从中国一秒到达美国,光纤、IP/TCP、DNS等基础设施抹平世界差异,互相沟通无障碍(请忽视GFW和语言差异 )。
能源互联网,要像互联网那样,让能源可以全世界互联互通,走到哪里都有能源(电),哪里缺能源(电)就补哪里,使用能源像使用网络那样方便。
这样纯字面的理解,已经可以解释“能源互联网”中的分布式、开放共享等概念了。

分布式:
像互联网全世界都有基础设施,保障能源使用的可靠性和普适性。

开放:
全世界的能源供应能互相兼容接入,以后的交通工具到哪都能充上能源(电)。

共享:
供应均衡化和使用均衡化,不像现在石油都在几个国家手里,或某地占有太多的能源。

可靠:
强化互联,自然能提高可靠性。

智能:
因为互联网是“智能”的代表,所以这个词也有智能化的意思吧,虽然我认为这个太普适不算特点。
巅峰认为这些应该是这个词字面上所能代表的意义,即让能源“像信息网络”一样可使用,而不是用“互联网改造能源”。至于其它解读中的“可再生能源、环保、数字信息化”这些,都是追加内容或二次解读,“能量流、信息流、资金流”这个解读,更像是建设信息系统的设计思想。
越解读越觉得这个词真的是高大上,世界级的概念,类似于“全世界人民团结起来”。
虚拟电厂
虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统,实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化,以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。
碳视角下的中国新型电力系统的图9
这个技术没前面的大,但可以算新型电力系统、能源互联网的缩小版或最底层支撑,所以放到这一级解释。
通俗来说,虚拟电厂就是一个虚拟化的电厂,里面的内容不是电厂,但是起到一个电厂的作用。实际上也是如此,就是将相对分散的源、网、荷、储等元素进行集成调控,形成一个黑匣子,对外等效成一个可控的电源。这个黑匣子,对外既可以作为“正电厂”向系统供电,也可以作为“负电厂”消纳系统的电力,起到灵活的削峰填谷等作用,本质是面向需求侧响应的小区域的“调度(必要项)+可控负荷(可选项)+储能(可选项)+分布式电源(可选项)”。
如果用一个短句来概括,虚拟电厂是“能源调度的智能管家”,通过虚拟电厂,来实现“储能协调”以及“哪里不够补哪里”。
这个其实在其他行业很好类比,就是美团的最底层的骑手调度、滴滴的车辆调度,在电网是分布式微电网 调度,叫虚拟电厂就高大上,美团以后的众包改叫“虚拟骑兵”。
新型电力系统、能源互联网想不通具体内容的时候,就看看这个词,再无未法理解,就去看“储能”和调度。
源网荷储
源网荷储是“电源“、”电网“、”负荷“和”储能“的组合缩写,它们之间通过源源互补、源网协调、网荷互动、网储互动和源荷互动等多种交互形式,以一种更经济、更高效和更安全的方式,提高电力系统功率动态平衡运行。它本质上就是一种实现能源资源最大化利用的运行模式和技术。
源网荷储可精准控制社会可中断的用电负荷和储能资源,提高电网安全运行水平,可解决清洁能源消纳过程中电网波动性等问题。
碳视角下的中国新型电力系统的图10 源网荷储系统的研究应用,对能源发展意义重大。
一是提高大电网故障应对能力。能够使大电网故障应急处理时间从分钟级缩短至毫秒级,为预防控制大面积停电时间提供了专业手段。
二是支撑分布式电源发展。 为进一步深化能源革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系, 2021年3月,国家发展改革委、国家能源局联合发布了《国家发展改革委国家能源局关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》。为保证电力系统安全稳定高效运行,必须加速推进源网荷储一体 化和多能互补发展,保障大规模新能源顺利消纳,源网荷储一体化应运而生。 “源网荷储一体化”是什么? 又该怎样去实施呢?
什么是源网荷储一体化?
电力系统是一个需要维持瞬时平衡的系统,在传统电力系统中,主要通过发电机组的转动惯量、调频能力根据负荷的变化进行发电量调节,以实现电力平衡,即所谓的“源随荷动”。

与传统电网相比,新型电力系统的电网发展将形成大电网主导、多种电网形态相融并存的格局。未来以家庭、社区、园区等不同大小的区域形成多层级微电网,解决规模化新能源与新型负荷大量接入、即插即用的问题。将传统电力系统“发-输-变-配-用”的单向过程,形成“源-网-荷-储”的一体化循环过程,提高新能源发电消纳占比。

碳视角下的中国新型电力系统的图11


电力系统的平衡

源网荷储可以算是对电力“发送用+储能”的总称,相对传统的“发送用”,多了一个储能,试图解决电力无法存储的难题,增加了极大的调动空间。
源网荷储是上章讲的“新型电力系统”、“能源互联网”、“虚拟电厂”中绝大部分要做的工作的实践内容,讲了这么多高大上概念,解决的就是“源网荷储”的内容。
这其中最难的就是“储”的问题了,一种是实的储能站,目前还是昂贵且有燃爆风险,第二种就是虚拟电厂的解决方案,以储能为辅,算法调度为主,难点是可挪腾的空间、供需特别是终端响应的意愿。
这个词说的太直白了,让大大们在写方案中没办法用“XX就是能源互联网,能源互联网就是XX”这种词,所以很少用在标题上。
数字新基建
以新一代信息通信网络为基础,以数字化技术和互联网理念为驱动,适应能源互联网建设需要,建设形成的支撑企业数字转型,电网智能升级、生态融合创新的基础设施和服务。
碳视角下的中国新型电力系统的图12
数字新基建 这个词的来源:2018年12月19日至21日,中央经济工作会议在北京举行,会议重新定义了基础设施建设,把5G、人工智能、工业互联网、物联网定义为“新型基础设施建设”。随后“加强新一代信息基础设施建设”被列入2019年政府工作报告。2020年3月,中共中央政治局常务委员会召开会议提出,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。2020年3月6日,工信部召开加快5G发展专题会,加快新型基础设施建设。电力相关单位跟进,以国网为例,2020年6月15日下午,国网在京举行“数字新基建”重点建设任务发布会暨云签约仪式,对外发布“数字新基建”十大重点建设任务,并与华为、阿里、腾讯、百度等合作伙伴签署战略合作协议。
国家说的“基建”是指社会基础设备的建设,“新基建”的新指区别于过去的铁路、公路、轨道交通等传统基建,为当前信息社会,建设新型(数字、智能型)的基础设施。简单分下类,有3种:
1.信息系统建设的基础设施,如5G、固网千兆宽带、数字中心、物联网;2.传统基建智能化,如智能交通(电动车、充电桩)、数字电网、工区4.0等等。3.新型基础技术研究与应用,如北斗、芯片等、智能交通等。
电力这边,国网是将其分为十项:电网数字化平台、能源大数据中心、电力大数据应用、电力物联网、能源工业云网、智慧能源综合服务、能源互联网5G应用、电力人工智能应用、能源区块链应用、电力北斗应用。
这个题目好像因为新冠疫情及新型电力系统等新概念推出,现在整体的概念很少提了,但本身和“新型电力系统”有很大交集,范围又广,后面的具体技术都可以和这项扯上关联。
电力大数据
电力大数据是深度挖掘电力的各类数据价值,在传统电力供应外提供电力数据增值服务。
这个概念直白,也就不分概念、解读两节了。巅峰把电力大数据放在其他技术前面,是因为电力大数据是虚拟电厂、能源互联网乃至新型电力系统的基础,有了用电大数据,才能分析负荷类型,区分重要性,预测供需,进而“智能调度”
数据来源:按电力的5环节及业务,电力大数据有以下类型:
碳视角下的中国新型电力系统的图13 电力大数据的分类
1.巅峰能源用数据的来源、性质来分类,更能说明电力大数据的用途:
电网生产数据,如网架设备数据、电网运行数据、生产运维数据,这个通常用于电力内部的生产管理优化,指导大电网的运行方式,最明显的用途是分析设备的可靠性、预测故障、状态检修安排生产任务,和用电数据结合做负荷预测、负荷调度等。

2.电力营销用电数据,如交易电价、售(用)电量、用电客户等方面数据,这个就是现在最热门也最敏感的——用户侧分析,大的可分析地区经济、复产复工、制造业指数,小的可分析工厂运行情况,人员迁移情况,再小的可以分析家庭用电特征,个人是否居家等。

3.电力企业管理数据,电力公司内部管理,用于电力内部申报项目,没什么好对外说的。
一些常规的内部应用规划方面通过用电大数据,提高中长期负荷预测的准确度,指导电网规划。运行方面通过应用用电大数据,提高短期和日前负荷预测的准确度,指导调度计划的制定;通过应用电网运行大数据,优化电网运行方式;通过应用新能源发电大数据,提高新能源发电预测水平,提升电网消纳新能源发电的能力。营销方面应用用电大数据,刻画电力客户用电行为特征,优化客户管理策略。对外服务创新型应用大数据应用一直与隐私之类的冲突,应用是极其敏感的,电力企业大多没有靠增值服务赚钱的需求,因此电力大数据目前基本只能和政府合作,或者与其他国企如移动联通、铁路等交换数据,如:为政府部门提供产业转移、产业发展、房屋空置率等社会经济指标统计;为政府部门管理企业运行提供支持,常规的如能耗、碳排放,进阶的如环保、安全启用监控等,细的如夜店营业时长、逃犯家用电告警等。国企互助类,如基站用电保障、银行征信辅助。其他的像什么物流到家预测、电器营销辅助之类的,太敏感了,现阶段不能做。
自愈自洽
巅峰把这个两个词放在这里,是因为上面的新技术的目标,都是为实现“环保+高可靠性”两个目标的,而高可靠性,将用以下两个技术实现,也将是未来智能化投资的两个大项:

电网自愈减少故障停电时间的概念,故障时,可以快速切换电源,保障供电。所以,电网故障自愈,就是当供电线路发生故障以后,无需人工参与,智能实现故障点的定位和隔离,并完成非故障区域用户的转供复电。

此项技术也可以减轻现场抢修人员压力,为当地用户提供更优质的供电服务,相关用户可以直观感受到“少停电、停电短”带来的便利。

电网自愈依赖强大的网架、自动化的设备、先进的技术。

电网自洽在空间和时间上平衡负荷使用,减少因负荷过高而停电或冗余电源的概念。当负荷过高时,对电源、需求侧的负载进行平衡计算,多方达成共识,自动降低非重要负荷(如空调调低温度),达成平衡,保障可靠性,负荷过低时,加大生产或储能,减少电力损失。


这个词是巅峰能源在看新型电力系统用电侧的建设内容时想起的,后来到网上查下还是有少量文章提到的。


电网自洽是电网自愈的升级版本,电网自愈在电网故障时能快切恢复,而电网自洽是更敏感的,在负荷过高或不平衡时,能够协同供需侧多点达成用电“智能合约”,自我形成平衡。虚拟电厂关注点在储能,而电网自洽关注点在用电终端的智能响应。

RPA(RoboticProcessAutomation),翻译为机器人流程自动化,或称为数字化劳动力(DigitalLabor)。
随着供电公司信息化的不断深入,新建的信息系统越来越多,有许多大量的、重复的系统操作的工作,给各级业务人员带来非常沉重的工作负担。另外,由人工操作所产生的安全问题,合规性问题,以及出错率高等问题,也给电力行业带来了很多困扰。
RPA软件机器人可通过模拟人在电脑上对鼠标键盘上的操作,按一定的规则去自动化执行流程或者一系列的任务,将业务人员从重复繁琐的工作中解放出来。它可以像真人员工一样进行自动化办公,且7×24小时全天候不间断。
碳视角下的中国新型电力系统的图14 RPA在电力系统中的应用
同时,RPA软件机器人能够充当各系统、各应用间的“摆渡车”,在不影响企业原有IT系统结构的同时,解决接口缺失问题及数据迁移自动化。
RPA作为一种实施速度和可预见性更高、流程割裂程度更低的数字化转型方式,已成为近年来关注度最高的技术趋势之一。
最近RPA系统这个概念好像正当红,到处都是电力RPA的新闻,RPA是个通用的东西,在电力其实没有什么特殊性。

“云大物移智链”指的是云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链这六项的合称,不是单单指一个信息技术。这六个方向本身又包含多种信息技术,所以不要误解成一种信息技术,这是一种统称。
碳视角下的中国新型电力系统的图15  数字科技共生互补的生态圈
在新型电力系统下,电网运行逐渐呈现智能化、数字化的特点。发展“源网荷储一体化”运行急需“云大物移智链边”其中的云计算、大数据、电力物联网、边缘计算等技术手段,让电网系统配备拥有海量数据处理分析、高度智能化决策等能力的云端解决方案。从而实现各类能源资源整合、打通能源多环节间的壁垒,让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。
这个打包概念在电力公司已经热炒多年了,从16年前的“云大物移”,再到17年后加上“智链”2项,巅峰能源在“国网信息化”中就有提到,加上这几年的变化,大概情况如下:
云计算是对资源通过信息化技术达到有效管理,公有云,私有云,混合云;电力公司内部系统用,有用但范围很窄。大数据是对海量数据整合分析之后,增强决策能力;理论上电力作为生产最无法规避(造假)的数据,上节也有说过,电力大数据有很大的想象空间,但受限于数据敏感性,目前应用范围较窄,可期望空间大。物联网是通过信息传感设备实现物和物、人和物、人和人之间的互联互通。6大技术中应用最好的,对内的电力自动化每年投资巨大,应用也越来越深,对外的话,电力链接着无数物联网设备,想象空间很大。移动互联网是将移动通信与互联网结合到一起,简单点理解就是通过手机、平板等移动设备代替计算机上网,达到用户所需的服务(看新闻、打游戏、购物等)。这个对电力来说主要也是自用,虽然有做国上国网之类的APP拓展民用市场,但受安全管制,很有限。人工智能是具备感知、理解、行为和学习能力的信息技术系统,使机器像人一样理解、分析、决策,并根据经验学习。人工智能在工业领域就是要替换人的工作,电力是大工业,而且危险性很高,应用人工智能的商业价值就很高,刚好在下一节解析。
人工智能
人工智能,简称AI,故名思意就是仿人工的智能,目标是让算机具备或超越人的一些能力,从而代替人的工作,特别是有技术(智能)含量的工作,比如驾驶汽车、分辨图形、写文章(审稿)、下棋、看病等。该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。
人工智能也算炒了好几年了,现在还是有一定热度,可以排到上一节,漏了。但这技术经过验证,商业价值极难挖掘,投资上已经降温了,放这节好像也有道理。
电力行业外的人工智能,热门典型就是“阿尔法狗AlphaGo”、还有自动驾驶技术、AI客服、AI医生问诊、数字文档识别、翻译(搜索引擎上的,大家常用但没感觉)等,目前商业价值体现最大的是基于图像识别的人员监控(说的就是海康威视),其他的商业不是很好,像AI四小龙都是巨亏。
AI难推开主要原因有二:

第1个是大家现在都分析到的,AI算法实现难度大,精度不高,特别是从试验环境到实际运行验证,完全是两个结果,典型的就是自动驾驶,现实路况情况很多,容易识别错误出事。


第2个原因大家很可能忽略,刚好和电力有关。我们看AI通常只看到AI取得重大突破,却忽视了AI的“能效”,AlphaGo大战柯洁时,功耗是250000W(即250kW,网上查的),而人脑的功率是20W,两者相差10000多倍,所以谈战斗力,肯定是AI高,但谈能效比,那AI就不行了。对于追求成本效率的工业来说,这区别就大了。所以人工智能就算解决了智能、精度,但不能解决能效比,还是推不开的(PS:听说监控集成商评价4大AI的智能摄像头,他们说AI算法更智能了,我就知道摄像头更热了)。

回过头来说电力,因为受限于上面说的人工智能限制,巅峰已知的大规模推广的人工智能产品好像还没有。已知的人工智能产品,设备类的有摄像头(非电力独有)、巡检机器人、作业机器人、声纹检测、红外紫外分析、机械带电作业臂等,纯软件类大多与语义归纳有关,如投诉工单分类、设备故障诊断等,自愈、自动转供电这种算不算替代调度的人工智能?
总体来说,电力一直在向无人值守这方面发展,既然都不要或少要人员了,那人工智能肯定会推广的。
新能源
新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括太阳能、生物质能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能,以及海洋表面与深层之间的热循环等。
新能源并不是全部是电力,比如像氢燃料车,但大部分还是会转化为电力,体现最多的就是风能、光伏。其实新能源因为不稳定,发电设备成本高,一直是依赖国家(包含中国和外国)补贴发展的,行业的发展都跟着国家政策走,赚着环保的钱,前两年碳排放的目标,让新能源火了。最新的消息是全球经济下行,美国、德国又要取消碳排放目标了,新能源股暴跌。
5G通信
第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。
这个自从华为不能卖5G手机后,5G概念就很少听到了。5G主要优势在带宽高、时延低,缺点是穿透力弱、耗电量大(利好电力),说适用物联网?目前感觉5G在电力行业也没有什么特殊的应用,原来4G能干的,用5G也一样(如果是巅峰未能听闻请指正)。5G对电力的最大的利好,是不是提高了用电量,那真是比其他技术更利好电力啊:)
北斗,是中国北斗卫星导航系统的简称,是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统,是国之重器,是国家空间基础设施。
北斗主要是为了国家安全,多了一个功能支持短报文通信,然后还支持高精度(依赖基站和设备)。电力是国之重器,安全也是一等大事,正好可以和北斗放在一个标题中。因为GPS免费,北斗民用根本没办法挣钱(除非政府强制),因此国家要发展北斗应用,就要叫国企们背起责任了,国网就有专门做北斗的公司。
北斗卫星全球定位前几天已启动正式运行。目前已知的北斗的特色应用就是在电信基站信号不好时,可以用短报文通信,可以在偏远地区支持智能电表、或灾害时基站坏了做应急通信(感觉用卫星电话不是更好点?)。至于定位功能,除开安全这一说,用GPS也一样,高精度这项,可能无人机巡检比较需要吧。
储能
电力储能技术,储存电能的技术。在电力系统中,电能的生产和使用同时进行,且在数量上平衡。但用电量总在波动,同时还需考虑发电设备故障的可能性。因此系统中投入运行的发电设备容量往往高于用电量,从而可将多余的电能储存起来,以备用电量上升时调剂使用。
储能方式有抽水蓄能、电池蓄能、超导体蓄能、机械飞轮蓄能、压缩空气蓄能等。其中抽水蓄能最普遍。
储存的能量可以用做应急能源,也可以用于在电网负荷低的时候储能,在电网高负荷的时候输出能量,用于削峰填谷,减轻电网波动。
碳视角下的中国新型电力系统的图16  储能的应用场景
储能是未来电力系统必要的组成部分,是不可少的。储能可以实现能量的时移应用,平抑风、光的间歇性,即用即发,通过削峰填谷实现收益,将电力供需之间的实时耦合改为跨时段耦合,丰富电力平衡的手段,实现低密度、波动性能源的高密度、可控性应用,达到类常规电源效果,成为高竞争力的能源。
这个说的是“物理储能”,虚拟电厂是借助“调度”的概念,做出可挪腾空间的“虚拟储能”,因此未来的“储能”或是“虚实结合”。
云边协同(边缘计算)
碳视角下的中国新型电力系统的图17
云边协同示意图
“云边协同”,“云”指云计算,“边”指边缘计算。“云边协同”所示含义是:“云计算”和“边缘计算”互补工作。
边缘计算模型的提出,对云计算集中式模型的不足提供了新的解决思路,是适应技术发展需求的产物,但不能完全取代云计算,两者是协同运作的;通过云和边缘的紧密协同可以更好地满足各种应用场景的需求,从而放大两者的应用价值。边缘计算产业联盟提出云边协同包含基础设施即服务、平台即服务、软件即服务的多种协同,将网络、基础设施、服务和应用程序等都视为协同的对象。
这个在报监测系统时特别有用,主站端叫云平台,终端叫边系统,一个系统两项高端(或者可以收两次钱)。
智能(配)电网
这个词有10年了吧,但配网一直是重点,就蛮提下。
智能电网简单来说,就是电力网络和IT的结合,采集电网各种数字化传感器的实时数据,结合电力设备的资产数据,通过IT手段监控、分析和统计这些数据,从而对电网进行智能和自动化的控制。
智能配网是智能电网的关键环节之一,通常10kV及以下的电力网络属于配电网络,但也有部分配电网有20kV电压等级网络架构,配电网是整个电力系统与分散的用户直接相连的部分。智能配电网的本质是将电网停止智能化处置,然后以快速的、合并的双重通讯信息基本,应用先进的技术和手腕,树立一个完善的配电系统,到达电网的平安环境、经济适用
碳视角下的中国新型电力系统的图18巅峰能源针对“全局统筹”的碳中和战略,电力行业的碳中和战略需要与整个能源体系相协同 根据清华大学气候院的研究结果,中国碳中和目标对应减排最艰巨的1.5度目标情景,碳中和目标的内涵是全部温室气体中和。2060年碳汇抵消非二氧化碳排放,将实现全部温室气体净零排放。能源系统要实现自身净零排放甚至负排放。因此,需要倒逼电力行业率先达峰,提前于2025~2030之间碳达峰;提前于2055年左右实现碳中和;力争负排,2060年实现负排放,为其他难减排部门预留空间。

调研综合各个权威研究机构的结果共识,在我国电力系统低碳转型过程中,非化石电源将扮演增量主体和存量替代角色,保留少量煤电,通过CCUS技术移除化石电源产生的碳排放,是实现电力系统净零碳排的有效途径。2025年左右,非化石装机占比将突破50%;2030年新能源装机占比将突破50%,非化石发电量占比突破50%;2060年非化石发电量占比超过90%,新能源发电量占比达到60%。

实现“全国一盘棋”的碳中和目标与战略,电力系统需要“反向寻优”的碳规划技术,实现电-碳耦合的源网荷储协同规划,探寻技术可行、成本可负担的电力碳中和转型路径。根据清华大学电机系与低碳实验室最新的研究结果,未来在碳中和目标下,我国电力系统结构形态将发生巨大变化。“风光等可再生能源电量占比快速增加,多种其他低碳发电与储能技术共同发展”将是双碳目标下我国电力系统发展的重要特征。电力系统达到碳中和的阶段时,电力负荷将主要由60亿千瓦左右的风电与光伏机组支撑,其电量渗透率将超过60%。电力网络逐步从单纯的电力传输通道转变为支撑不同区域间电力双向互济与共享的平台。此外,碳中和情景未来30年转型总投资成本约50万亿元,考虑电源投资成本、电网安全运行成本及新能源消纳成本等,碳中和目标将使终端电力供应成本增加20%。电力系统碳中和转型的道路上,宏观政策需要关注可再生能源高质量发展、电力市场建设以及对储能等新兴电力技术的支持。

“从源网荷的体系开始,未来怎么支撑整个大电网低碳模拟、评估、规划以及引导用户的需求响应?需要探索在碳视角下‘电碳耦合’的碳评估体系”目前,电力行业是我国煤炭消耗和碳排放最大的单一行业。不同于其他能源系统,电力系统具有严格“发电-用电”实时平衡特性,电网连接电力生产和消费,是重要的能源网络平台,是引领电力碳减排的核心枢纽,既要保障新能源大规模开发和高效利用,又要满足经济社会发展的用电需求。以上特性决定了电力系统的“减碳”绝不仅仅是源侧的任务,而是需要“源-网-荷”全链协同配合。实时、准确、全面的计量电力排放是掌握电力行业碳排放现状与趋势、挖掘电力碳减排潜力、引导电力用户互动减碳、促进电力经济低碳转型的基础与前提,也是支撑碳市场健康发展的基础保障。从“碳视角”厘清电力系统碳排放的产生、计量、转移等全环节的排放特性与减排机理,建立电力系统全环节碳排放计量与分析的基础理论与方法是建设新型电力系统的创新探索助力“双碳”目标的落实,清华大学针对我国电力行业碳计量和电力用户低碳响应方面的不足与空白,联合开发了基于电力碳排放流分析理论的电碳耦合评估体系与全环节实时电力碳计量平台,并开展了“全域碳计量-全链碳响应-全景碳足迹”示范应用。

碳视角下的中国新型电力系统的图19
以数字孪生技术赋能新型城镇电力系统研究的展望

数字孪生技术在新型城镇电力系统中的核心应用场景是电网 调度与电力装备。

在电网 调度领域,一方面,传统的以物理机理为驱动的分析模式不能满足复杂电网的分析需求,随着高级量测技术的发展应用,汇聚了电网海量运行数据形成高维数据集,基于数字孪生技术可以充分利用运行数据建立电力系统数据模型,辅助电网公司分析系统稳定性和运行裕度等;另一方面,由于新型城镇电力系统中具有新能源、储能、可控负荷等多种耦合不确定性因素,能量协调控制是一个复杂的优化决策问题,基于数字孪生技术进行建模仿真、评估预测和时空推演,制定优化调度运行方案。

在电力装备领域,一方面,在电力系统规划阶段,基于数字孪生技术通过方案迭代可以实现建设材料的优化选择,并在投运前进行虚拟测试,降低初始成本;另一方面,在装备运维检修阶段,由于电力设备点多面广、运行特征各异,传统的运维检修方法难以对设备状态进行精准评价与精细化管理,基于数字孪生技术对电力装备运行状态进行监测,能够支撑利用新一代人工智能技术对历史故障进行诊断,辅助对薄弱环节进行分析,实现预测性维护。


文章来源:洛奇马的能源转型日记

免责声明:本文系网络转载,版权归原作者所有。如涉及版权,请联系删除!


默认 最新
当前暂无评论,小编等你评论哦!
点赞 评论 收藏 1
关注