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      1. 為實現“雙碳”助力,數字化技術將成構建新型電力系統的核心

        2021-07-27
        我國已經全面確立了2030年前碳達峰、2060年前碳中和的“雙碳”目標。落實“雙碳”目標,電力行業任務重、責任大,發展以新能源為主的新型電力系統已成為電力行業的時代使命。
        實現“雙碳”目標是一個系統性工程,需要各個行業的通力合作,以共同打造良好的低碳生態。在“雙碳”目標下,未來能源系統將以新能源為主體,以電力、熱能等多種能源形式為載體,以能源技術與信息技術深度融合為特征,實現能源的互濟互補和安全高效利用。
        以新能源為主體的新型電力系統將是未來能源系統的核心組成部分,將呈現如下特征:
        一是分布式資源快速增加,配電、用電形態發生巨大變化。
        隨著政策引導和技術進步,風電、光伏等新能源將大量以分布式的形式并網;同時,在能源消費革命和再電氣化進程的推動下,電動汽車等分布式資源必將迎來大規模的發展。
        這使得電源與負荷不再單純是電力系統的始末兩端,而是雜糅共陳。一方面,配電網的潮流將更為多變,運行控制和安全防護的邏輯將更為復雜;另一方面,我國資源與負荷逆向分布的矛盾將得到一定程度的緩解,電力的大規模轉移需求持續下降。
        二是負荷側實現廣泛而深度的供需互動。
        隨著人工智能、大數據等技術的發展,用戶可借助信息技術智能調整自身用能特性,參與供需互動,降低了用戶參與的專業性要求和時間成本要求。更為廣泛的用戶參與和更完善的信息支撐,將促成更為有效的供需互動,從而更大程度地打破“源隨荷動”的運行限制。
        三是超高比例新能源接入,系統面臨的不確定性進一步增加,電力、電量平衡壓力大。
        減少化石能源的使用是降低碳排放的根本性措施,風、光等新能源的開發將是實現清潔替代的關鍵。然而新能源具有很強的不確定性,其出力的隨機性和波動性將給電力系統的電力與電量平衡帶來巨大的壓力。
        從中期來看,2030年全國風、光裝機容量達到12億千瓦以上,同時火電機組有序退出,將給系統帶來嚴峻的新能源消納壓力;從長期來看,碳中和目標要求電力系統演化為“零碳電力系統”,電力電量平衡必須借助于儲能等技術突破來實現,并需要新能源和負荷側提供主動支撐能力。
        四是大量電力電子設備入網,系統慣量大幅降低,安全穩定運行面臨巨大挑戰。
        隨著常規火電機組的有序退網和大規模新能源電源的并網,以及大量含高比例電力電子元件輸電設備的投運,未來電力系統的慣量必然大幅降低,將顛覆現有的系統控制運行模式,威脅電力系統的安全穩定運行。
        五是氫能、儲能、可控核聚變等新技術有望實現突破,并規?;瘧玫诫娏ο到y,從而革新現有電網形態。
        隨著全球范圍內持續高強度的科研投入,氫能、儲能、可控核聚變等新技術有可能實現技術突破,并達到商用化程度,從而對電力系統帶來顛覆性的革新,很大程度上解決超高比例新能源接入給電力系統帶來的挑戰。然而值得注意的是,新技術的突破具有強不確定性,現今上述任一新技術都難以成為解決能源領域問題的可靠方案。
        新型電力系統的上述特征既給電力行業的發展注入新的活力,也給電力系統的安全穩定運行帶來巨大挑戰。在構建新型電力系統時,除了挖掘能源領域本身的技術潛力外,非常有必要博采其他領域的先進技術。
        近年來,信息領域的新技術不斷涌現,大數據、人工智能、云計算、物聯網、虛擬現實等技術快速發展,已經深入到社會的方方面面。電力系統作為一個具有海量數據的復雜系統,非常有望通過數字化建設,借助新興信息技術提升資源配置效率、提高風險管控水平,助力突破新型電力系統高比例新能源與高比例電力電子裝置的“雙高”困境帶來的技術難題。
        當前,學術界和工業界高度重視電力系統中海量數據的價值,正積極探索基于數據驅動的新模型和新方法在電力系統中的應用。未來,隨著“數字新基建”的開展,電力系統的數據量和數據價值將進一步提升,在以新能源為主體的新型電力系統中,數據科學與數字化技術的應用,必將極大促進電力系統的發展,這將體現在以下四個方面:
        一是數據驅動,助力破解新型電力系統“雙高”難題。
        在規劃層面,數據驅動的規劃技術可以考慮多維復雜因素,與實際模型相結合,使規劃更具科學性。在運行層面,基于數據的分析技術,可以提高新能源電站的“可觀、可測、可控”水平,有助于解決新型電力系統中的電力和電量平衡問題,提高電網對新能源的消納能力;與基于物理模型的電力系統安全防護體系結合,數據驅動技術可以提高控制保護對低慣量系統的適應性,有助于解決新型電力系統中大量電力電子設備帶來的安全穩定控制隱患。
        二是數據賦能,實現電力企業運營的提質增效。
        基于圖像識別的故障診斷技術等的智能運維技術將進一步發展,在節省更多人才和物力的同時,增加對電力系統運行狀態的感知能力,提高電網的安全運行水平。電力系統的數字化建設,可以增加數據資源的復用和減少管理成本,為打破電力企業內部的壁壘提供了可行的方案。另外,數字化營業廳的建設也將節省大量人力成本,提升電力企業對終端用戶的服務水平。
        三是數據搭橋,激發能源市場活力。
        以數據共享共通為核心構建共享開放的電力交易平臺,可以減少市場信息差,有利于市場出清結果回歸電力的商品價值。同時,也提高了零售端的分布式電源和需求響應參與市場的積極性,進一步釋放需求側的活力。
        四是數據透明,推進社會公平與公正。
        電網的物理特性決定了其必然具有一定的壟斷性。電力系統的數字化建設可以通過公開部分非密數據以提高電網運營的透明度,增加電網上下游企業參與電力業務的公平性。
        電力系統的數字化建設,可以為新型電力系統中的海量數據賦能,助力“雙高”問題的解決。但是,電力系統的數字化建設必須要遵循其客觀規律,尤其是要注意以下三點:
        一是要守好數據安全防線。
        電力系統是關乎國計民生的重要基礎設施,在電力系統的數字化建設中,必須高度重視網絡安全,構建有效的數據安全防護體系,以保障國家安全、維護電力企業利益。
        二是要注重標準化建設。
        在電力系統的數字化建設中,必須要注重數據采集、傳輸、存儲和應用的標準化和兼容性,形成體系化的標準和規范,以減少非技術性的壁壘,促進行業的良性發展。
        三是要注意數據隱私的保護。
        電力用戶數據的隱私性和電力企業需求側管理的數據需求具有天然的矛盾,如何防范電力企業對電力用戶和上、下游企業的超額數據索求,構建中小電力企業和電力用戶隱私的有效保護,是電力行業和社會公眾需要共同面對的問題。
        有效的電力系統數字化建設可以實現對電力系統數據的賦能,挖掘新能源電力系統分布式資源和供需互動的潛力,突破新型電力系統“雙高”帶來的技術難題。同時,開放、共享的電力數據平臺,也將為調動電力系統參與者的積極性提供有效手段,有利于搭建良好的電力產業生態,從而保障電力行業“雙碳”目標任務的順利達成。
        總之,借助數字新基建的東風,通過電力系統的數字化建設,以及海量數據對新型電力系統運行水平的賦能,以數據為紐帶的低碳電力產業生態,必將促進電力行業的蓬勃發展,為實現“雙碳”目標增添強大動力。
         
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