數(shù)字技術(shù)推動發(fā)電行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型

山東電力工程咨詢院有限公司 尹書劍 段忠峰 張明陽

化石能源的消費是碳排放的主要來源。在全球碳排放構(gòu)成中，電力及熱力行業(yè)碳排放占比42%、交通碳排放占比25%、工業(yè)碳排放占比18%。我國能源消耗產(chǎn)生的碳排放約占全國碳排放總量的85%，電力行業(yè)占能源燃燒二氧化碳的44%，在各行業(yè)碳排放中占比最高，控制電力行業(yè)的碳排放是推進碳減排的重要途徑[1]。

1 數(shù)字技術(shù)賦能綠色低碳發(fā)展

以新一代信息技術(shù)為核心的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革在全球日益興起，數(shù)字技術(shù)與各領(lǐng)域業(yè)務(wù)深度交互、融合，成為推動生產(chǎn)消費綠色化、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑。在“雙碳”背景下，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的綠色低碳轉(zhuǎn)型，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已成為行業(yè)發(fā)展方向。數(shù)字技術(shù)通過與發(fā)電行業(yè)的深度融合，將在促進新能源并網(wǎng)消納、提升發(fā)電效率及安全可靠性、助力智慧能源系統(tǒng)構(gòu)建、驅(qū)動新型技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展等方面賦能發(fā)電行業(yè)綠色低碳發(fā)展。

1.1 促進新能源并網(wǎng)消納

目前新能源已成為我國裝機增長主力，風(fēng)電、光伏具有波動性、間歇性的特點，轉(zhuǎn)動慣量、抗擾動能力及電壓調(diào)節(jié)能力低，大規(guī)模新能源接入將增加電力系統(tǒng)不確定性，對電力系統(tǒng)消納能力提出挑戰(zhàn)。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用能增加以燃煤電廠為代表的靈活性電源的調(diào)峰深度和負(fù)荷響應(yīng)速率，優(yōu)化“風(fēng)光水火儲一體化”等多能互補能源基地聯(lián)合調(diào)度，促進分布式能源系統(tǒng)中燃機、新能源、儲能等能源的耦合度，充分發(fā)揮系統(tǒng)中靈活性電源的調(diào)節(jié)能力，能有效解決新能源并網(wǎng)消納問題。同時，大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字技術(shù)可對天氣、電力生產(chǎn)進行預(yù)測，為新能源機組組合和調(diào)度做好預(yù)案，提升能源系統(tǒng)整體效率，促進新能源消納。

1.2 提升發(fā)電效率及安全可靠性

運行控制優(yōu)化方面，數(shù)字技術(shù)能挖掘發(fā)電廠海量數(shù)據(jù)價值并加以利用，進而指導(dǎo)機組運行及控制。數(shù)字控制系統(tǒng)通過在多邊界限制條件下的參數(shù)尋優(yōu)、控制優(yōu)化，提高控制精度，有效提高機組經(jīng)濟性和環(huán)保性的同時，避免人為失誤。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，采用先進數(shù)字技術(shù)開展發(fā)電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測和故障智能預(yù)警及診斷，能有效提高機組運行的安全可靠性。基于人工智能和圖像識別等數(shù)字技術(shù)的智能機器人和無人機，已在火電、核電、新能源等領(lǐng)域得到應(yīng)用，主要用于電廠設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、巡檢、特種檢修、險情治理及綜合提效等方面，有效提高作業(yè)效率，增強設(shè)備的安全可靠性。

1.3 助力智慧能源系統(tǒng)構(gòu)建

智慧能源系統(tǒng)是具有全面感知、全面互聯(lián)、全面智能、全面共享等特征的新型智慧生態(tài)能源系統(tǒng)。發(fā)電側(cè)作為電力系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是助力智慧能源系統(tǒng)實現(xiàn)橫向多能互補、縱向“源網(wǎng)荷儲”高效互動，促進能源供給和需求的有效匹配的關(guān)鍵驅(qū)動。在源側(cè)，通過靈活發(fā)電資源與清潔能源間的協(xié)調(diào)互補，解決清潔能源發(fā)電隨機性的問題，增強系統(tǒng)自主可調(diào)性。在源網(wǎng)協(xié)調(diào)方面，通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)優(yōu)化電源、電網(wǎng)協(xié)同運行，解決新能源大規(guī)模并網(wǎng)及分布式電源接入電網(wǎng)的問題。在源荷互動方面，基于用能大數(shù)據(jù)挖掘建立市場機制充分調(diào)用社會調(diào)峰資源，將負(fù)荷的柔性變化作為平衡電源波動的重要手段。

1.4 驅(qū)動新型技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展

數(shù)字技術(shù)融合“能源”與“數(shù)據(jù)”兩大要素，有效驅(qū)動以虛擬電廠、區(qū)塊鏈、智能微電網(wǎng)為代表的能源行業(yè)技術(shù)發(fā)展和商業(yè)模式創(chuàng)新。虛擬電廠通過先進的控制計量、通信等數(shù)字技術(shù)聚合分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等不同類型的分布式能源，在提高供電可靠性的同時，使更多要素參與電力市場和輔助服務(wù)市場運營。區(qū)塊鏈技術(shù)可提供公開、可靠信任體系，電力市場參與主體可通過區(qū)塊鏈智能合約參與市場交易，降低交易成本，同時區(qū)塊鏈技術(shù)為創(chuàng)新綠色能源認(rèn)證、綠色證書等新型商業(yè)模式的推廣提供可能。基于數(shù)字技術(shù)的智能微電網(wǎng)可有效地實現(xiàn)配電系統(tǒng)功率的平衡與控制、能量優(yōu)化、分布式能源裝置故障檢測與維護等功能，提高系統(tǒng)可靠性和彈性，增強能源綜合利用效率。

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型問題及挑戰(zhàn)

“雙碳”目標(biāo)對發(fā)電行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提出新的挑戰(zhàn)。我國新能源開發(fā)消納面臨開發(fā)布局與消納市場不匹配、發(fā)電特性與用電特性不匹配、電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)相對滯后等矛盾，大規(guī)模、高比例新能源并網(wǎng)改變了電力系統(tǒng)運行機理，增加電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行風(fēng)險。目前傳統(tǒng)調(diào)度運行體系、電網(wǎng)信息化、智能化程度尚未適應(yīng)新能源大規(guī)模接入、源網(wǎng)荷儲雙向互動以及靈活的電力市場環(huán)境，亟需應(yīng)用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)多能協(xié)同供應(yīng)和供需雙側(cè)的智能交互。同時新型電力系統(tǒng)建設(shè)需與其發(fā)展需求相適應(yīng)的算力規(guī)模、專用算法，以滿足新型電力系統(tǒng)的新能源預(yù)測/監(jiān)控、電網(wǎng)規(guī)劃、電力電量平衡、頻率控制等應(yīng)用需求[2]。

數(shù)據(jù)壁壘尚未打破，限制數(shù)據(jù)價值的充分發(fā)揮。行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游間（如發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)）、同企業(yè)不同企業(yè)間（如發(fā)電集團之間）、同企業(yè)不同部門之間的數(shù)據(jù)共享能力還有待實現(xiàn)。部分企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)與相關(guān)管理數(shù)據(jù)在存儲、應(yīng)用方面處于割裂狀態(tài)，數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、管理未真正實現(xiàn)互聯(lián)互通。數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方交叉復(fù)雜，數(shù)據(jù)權(quán)屬不清晰，信息孤島及數(shù)據(jù)割裂狀態(tài)增加了數(shù)據(jù)共享及利用的難度，降低了可挖掘出的數(shù)據(jù)價值。如電廠設(shè)備缺陷、生命周期參數(shù)等數(shù)據(jù)與設(shè)備制造廠的設(shè)備材質(zhì)、質(zhì)檢、流水線信息等數(shù)據(jù)是割裂的，導(dǎo)致電廠難以做好設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及壽命管理，制造廠也難以改進設(shè)備制造及性能。

尚未建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)采集質(zhì)量不足。數(shù)據(jù)是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動要素，但是發(fā)電行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及采集工作仍有較大進步空間。數(shù)據(jù)質(zhì)量及采集方式、范圍缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家不同設(shè)備的通信接口及數(shù)據(jù)類型各不相同，尤其是進口設(shè)備的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)格式封閉性較強，增加了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的難度及成本。此外，部分電廠配置傳感器數(shù)量不足、設(shè)備智能化程度不高，尚未實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的全量采集，數(shù)據(jù)的時效性、準(zhǔn)確性、可信度不高[3]。部分企業(yè)由于相關(guān)信息系統(tǒng)應(yīng)用時間晚，對相關(guān)數(shù)據(jù)記錄管理不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)可用性不高，在進行故障診斷、檢維修策略分析等需要知識庫的環(huán)節(jié)要依靠外購的知識庫，而各廠家也普遍將此類知識庫作為核心資產(chǎn)，只能通過服務(wù)的模式或有限的進行輸出。

缺少電廠數(shù)字化智能化行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于電廠數(shù)字化、智慧化、智能化的國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺。國家能源局2016年發(fā)布《智能水電廠技術(shù)導(dǎo)則》，中國自動化學(xué)會發(fā)電自動化專業(yè)委員會2017年發(fā)布《智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要》，中電聯(lián)2018年發(fā)布《火力發(fā)電廠智能化技術(shù)導(dǎo)則》，但現(xiàn)有導(dǎo)則或綱要的權(quán)威性距離國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍有差距。行業(yè)對數(shù)字電廠、智能電廠、智慧電廠的名稱及內(nèi)涵仍有分歧，重復(fù)研究及投入依然存在。

電力系統(tǒng)安全面臨挑戰(zhàn)。隨著海量異構(gòu)設(shè)備接入，在給用戶帶來便利服務(wù)體驗的同時也造成了網(wǎng)絡(luò)邊界模糊的問題。海量異構(gòu)設(shè)備接入，在給用戶帶來便利服務(wù)體驗的同時也造成了網(wǎng)絡(luò)邊界模糊的問題，，現(xiàn)有的安全防護體系尚無法完全應(yīng)對當(dāng)前逐步升級的攻擊手段。越來越多的企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)、用戶核心數(shù)據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)進行交互傳輸，風(fēng)險防控難度加大，電力系統(tǒng)愈發(fā)成為黑客們高價值的攻擊目標(biāo)，不僅會對能源電力企業(yè)自身的業(yè)務(wù)、信譽和經(jīng)濟利益造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至可能影響能源供應(yīng)，進而影響生產(chǎn)安全、社會安全、甚至國家安全。

缺少適應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的復(fù)合型人才。隨著數(shù)字技術(shù)在發(fā)電行業(yè)的融合應(yīng)用，單一型人才已不能滿足數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，橫跨多領(lǐng)域、學(xué)習(xí)能力更強、綜合素質(zhì)更高、既懂發(fā)電又懂?dāng)?shù)字化的復(fù)合型人才相對欠缺。部分企業(yè)對數(shù)字化部門的職能定位為信息系統(tǒng)的建設(shè)、維護和管理部門，管理團隊的業(yè)務(wù)知識結(jié)構(gòu)、組織能力、業(yè)務(wù)邏輯主要以企業(yè)現(xiàn)有的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)為主，缺乏足夠的新模式和數(shù)字業(yè)務(wù)運營經(jīng)驗，難以實現(xiàn)新業(yè)務(wù)模式和商業(yè)模式的突破。同時尚未建立數(shù)字人才的培養(yǎng)和賦能體系，內(nèi)部知識沉淀和共建共享不足，缺乏對全員數(shù)字素養(yǎng)提升和能力提升。

3 相關(guān)政策建議

創(chuàng)新合作機制，推進產(chǎn)學(xué)研用深度協(xié)作。組建“發(fā)電行業(yè)數(shù)字化創(chuàng)新聯(lián)合體，采取產(chǎn)教融合模式，推進多學(xué)科交叉研究，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合創(chuàng)新，實現(xiàn)“卡脖子”技術(shù)研發(fā)突破。在發(fā)電行業(yè)開展數(shù)字化綠色化轉(zhuǎn)型企業(yè)試點和場景示范工作，樹立轉(zhuǎn)型標(biāo)桿，歸納總結(jié)領(lǐng)先發(fā)電企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型成功經(jīng)驗、典型模式和實現(xiàn)路徑，推動形成一批建設(shè)指南、標(biāo)準(zhǔn)或工作手冊，推廣標(biāo)桿企業(yè)成功模式。

打破數(shù)據(jù)壁壘，構(gòu)建數(shù)據(jù)共享開放平臺?；趪壹壞茉垂I(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)運營的成功經(jīng)驗，結(jié)合當(dāng)前我國充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值、打破數(shù)據(jù)壁壘的發(fā)展需求，構(gòu)建由主管部門牽頭、多方參與聯(lián)動的國家級發(fā)電行業(yè)數(shù)字化數(shù)據(jù)信息共享平臺，推動發(fā)電行業(yè)數(shù)字化深度融合發(fā)展。

補齊短板漏項，統(tǒng)一數(shù)字發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)體系。結(jié)合《國家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》《“十四五”推動高質(zhì)量發(fā)展的國家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)規(guī)劃》的具體要求，由發(fā)電行業(yè)主管部門與標(biāo)準(zhǔn)化主管部門聯(lián)合組織開展“十四五”發(fā)電行業(yè)數(shù)字化發(fā)展規(guī)劃的編制工作。

筑牢安全基礎(chǔ)，防范化解系統(tǒng)安全風(fēng)險。由主管部門牽頭成立發(fā)電行業(yè)數(shù)字化安全管理部門，構(gòu)建發(fā)電行業(yè)數(shù)字化安全監(jiān)督管理體系，在推進立法、制定政策、細(xì)則配合等不同維度推動發(fā)電行業(yè)數(shù)字化安全體系建設(shè)，筑牢行業(yè)安全基礎(chǔ)。健全完善安全應(yīng)急事件預(yù)警通報機制，提升發(fā)電行業(yè)數(shù)字化安全態(tài)勢感知、威脅發(fā)現(xiàn)、應(yīng)急指揮、協(xié)同處置和攻擊溯源能力。

強化人才培養(yǎng)，組建梯級優(yōu)質(zhì)人才體系。組建發(fā)電行業(yè)數(shù)字化人才培養(yǎng)路徑與實施方案研究團隊，梳理我國發(fā)電行業(yè)數(shù)字化人才發(fā)展面臨的困難挑戰(zhàn)，對比國內(nèi)外先進經(jīng)驗，推進發(fā)電行業(yè)數(shù)字化人才體系建設(shè)。推動高校學(xué)科設(shè)置改革，促進發(fā)電行業(yè)與數(shù)字化行業(yè)的人才培養(yǎng)融合發(fā)展，加強職業(yè)院校的發(fā)電行業(yè)數(shù)字化技術(shù)技能類人才培養(yǎng)，深化數(shù)字經(jīng)濟領(lǐng)域新工科、新文科建設(shè)。