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數字技術如何賦能“雙碳”目標下的新型電力系統

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構建以新能源為主體的新型電力系統,已經成為我國電力行業未來幾年最大的目標任務,而如何構建新型電力系統就備受關注。

8月30日,圍繞“數字技術如何賦能‘雙碳’目標下的新型電力系統”這一主題,國網能源研究院副總工程師馬莉、施耐德電氣電網行業架構師王照做客麒麟學院“綠色能源管理”會客廳,探討數字化轉型為配電網帶來的機遇與挑戰。

數字化轉型為配電網帶來重大發展機遇

馬莉表示,落實“四個革命、一個合作”能源安全新戰略、“雙碳”目標、推動構建新型電力系統,都要求轉變配電網的定位、功能與作用,未來配電網將出現四大顯著變化:配電網功能呈現“三化”特征、配電環節生產力與生產關系發生深刻變革、配電網全業務鏈深刻調整、配電網產業生態發生重大變化。

在功能方面,配電網將呈現數字化、市場化、低碳化“三化”特征,尤其是數字化方面,隨著大數據、云計算、物聯網、人工智能和區塊鏈等信息技術的快速發展,傳統配電網與各類數字技術深度融合,配電網的信息監測、狀態感知、多方通訊等能力快速提升,對海量分散發供用對象的智能協調控制能力顯著增強。

在生產力與生產關系方面,配電環節負荷特性、配電網形態、運行特性都將發生深刻變化。就負荷特性來看,將由傳統的剛性、純消費型,向柔性、生產與消費兼具型轉變;就電網形態看,將由單向輸送電力的配電網,向涵蓋需求響應、分布式發電、微電網、儲能等可調節負荷資源的有源能源互聯網轉變;就運行特性看,將由單向傳輸、實時平衡模式的控制模式,向源網荷儲協同互動的非完全實時平衡模式、大電網與微電網協同控制模式轉變。

在配電網全業務鏈方面,隨著現貨市場運行、分布式光伏等可調節負荷資源規模化發展,配電網潮流分布和線路負載率等發生較大變化,具有較高不確定性,配網規劃投資、調度運行、客戶服務的復雜性都將增強,電網企業必須要優化業務流程。

在產業生態方面,配電網轉型涉及專業眾多且各專業間技術壁壘較高,企業往往深耕某一領域,配電網生態圈將呈現擴大化、生態特征多元化,配電網產業鏈上下游市場主體需打造平臺生態、實現資源整合,推動科技創新、加強能力互補、共同做大市場。

在這種形勢下,配電網及其數字化將迎來重大發展機遇。彭博新能源財經最近發布的《電網長期展望2021》報告指出,配電網在未來幾十年內變得更加重要。2020年全球輸電網投資為1140億美元,配電網投資為1210億美元,配電網投資占比為52%。預計未來隨著分布式電源大量接入,配電網需大量新建、改造,投資占比將逐年升高,到2050年超過60%的電網投資集中在配電網。

在配電網投占比越來越高的形勢下,電網數字化投資占比也會逐漸升高,為配網數字化轉型提供了資金保障。國際能源署發布的《能源轉型下的電力安全》報告指出,2019年數字電網技術投資增速為14%,達400億美元,數字技術投資已占到電網投資20%。彭博新能源財經發布《電網長期展望2021》報告指出,2020年全球電網數字化投資占年度投資總額的19%,并預計2050年占比將增至41%。

配網數字化需要解決哪些關鍵問題?

配網數字化方向已經成為共識,那么如何加快配網數字化建設?又需要解決哪些關鍵問題?
馬莉認為,應該著重從五個方面考慮:

一是加強配電網數字化投入與政策支持。在國家層面,制定相對明確、更為嚴格的配電網數字化轉型要求,將數字化轉型納入電網規劃,在輸配電價核定中給予支持。

二是提高配電網網絡安全防護能力。加強政企協同,從健全國家指導和政策支持、完善網絡標準體系、提高電網分層防護靈活性“三維施策”,實現配電網網絡安全本質防護能力提升。

三是加快適應網源荷儲互動的市場交易機制。加快推動需求響應、分布式發電、儲能等可調節負荷參與市場交易,是推動配網數字化轉型具有突破性抓手,兩者相互促進,能夠加速促進配網數字化轉型“螺旋上升”結合我國電力市場建設路徑,分為近期、中期和遠期三階段分別設計需求響應、分布式發電、儲能等可調節負荷新興市場主體參與電力市場的交易機制。

四是加強新形勢下配電網數字化轉型技術創新。根據配電網形態變化、新形勢下配電網規劃運行需要,研究制定配電網數字化轉型技術創新清單,加快實現理論體系、方法學、工具等創新突破。

五是加快培育配電網新興業態和模式。充分發揮配電網資產、數據、客戶等資源優勢,圍繞服務經濟社會發展、創造增量經濟社會價值,加快培育發展新興業務、構建能源新生態。

政策建議需要企業的積極踐行。施耐德電氣電網行業架構師王照表示,作為全球能源管理和自動化領域數字化轉型方面的專家,施耐德電氣正通過綠色能源管理解決方案,發揮其國內外豐富的實踐經驗,廣泛整合綜合能源微網、數字孿生、仿真分析以及數字化環保型開關設備等數字化創新技術和產品,實現智能運維,助力打造高彈性配網和零碳園區,為構建以新能源為主體的新型電力系統做出貢獻。

施耐德電氣已經打造了由軟件定義的數字化智能硬件,并且覆蓋客戶端到端全生命周期的軟件服務需求,具體分為以下三步:

第一步是互聯互通的智能硬件。萬物互聯,始于“物”本身,首先需要保障硬件產品的智能化和數字化。施耐德電氣致力于創造全球領先的創新電氣設備,并且在商業運作模式上不斷迭代,以匹配創新的智能硬件產品和不斷變化的中國市場需求。

第二步是軟件定義智能硬件。施耐德電氣倡導軟硬件一體化,更主張借助軟件,應用和分析服務來重新定義和塑造硬件產品。軟件的廣泛深度覆蓋將帶動全行業及施耐德電氣自身從資本投入(Capex)到運營投入(Opex)轉型,而軟件將成為服務的數字化基礎設施。

第三步是端到端全生命周期覆蓋。施耐德電氣將從設計、建造、運營、維護等環節全面賦能客戶。施耐德電氣內部的高級分析及咨詢服務,以及其品牌旗下的全體軟件品牌將合力協助客戶優化決策,提升效率。

配網數字化如何助力碳中和?

配網數字化、智能化最終目的是為了低碳發展,進而助力各個行業、企業實現“雙碳”目標。
據王照介紹,施耐德電氣于2016年就在國外幫助一個園區實現了碳中和。這家名叫歐瑞府(EUREF Campus)的園區占地面積約5.5萬平方米,由25幢建筑組成,建筑面積約16.5萬平方米,囊括了150多家公司和科研機構,擁有3500名左右員工。

在項目實施方面,圍繞供給側,施耐德電氣打造了100%可再生能源和綠電購電協議(PPA),圍繞需求側則全面實施電氣化和提升建筑能效,圍繞數字化實現可調節負荷資源開發,進而幫助整個項目實現了碳中和,遠遠早于歐盟提出的2050年實現碳中和。這一零碳方案是兼顧社會效益與經濟效益的超前規劃,包括EcoStruxure架構的數字化方案——基于微網EMA的整體光伏、儲能和充電方案、能源管理與整體智慧園區的云邊端結合整體數字化方案,涵蓋樓控產品,變頻器,無六氟化硫中壓開關設備,EBO樓宇運營系統,PME電能管理系統等等。

不僅如此,施耐德電氣已經將這一模式運用到中國市場,并且首先在其北京工廠——施耐德(北京)中低壓電器有限公司應用。日前,經過中國船級社質量認證公司對其2020年度溫室氣體排放量核查,該工廠獲頒“碳中和”證書。

從實際效果看,數字化、電氣化不僅可以幫助企業實現“雙碳”目標,還可以大幅降低用能成本,提升企業競爭力。

施耐德電氣提供的數據顯示,通過公司綠色能源管理解決方案在數字化方面的加持,不同行業客戶能夠實現最高85%的能耗降低,節約約30%的成本,通過利用節省的最高達60%和75%的資本及運營支出來推動生產力提升,此外還能提升最高50%和25%的設備可用性和場所安全性,并有效降低碳足跡最多達50%。

因此,數字化不僅將深度改變配電網,還將助力新型電力系統的構建,實現“雙碳”目標。
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