IIGF观点 | 浅析电力行业环保数字化转型现状及趋势
更新时间：12-30 浏览：155
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导读：本文认为，电力行业数字化转型的趋势在于清洁低碳发展、储能技术。
党的二十大报告强调，“深入推进能源革命”并“加快规划建设新型能源体系”。随着5G、大数据、区块链、云计算、人工智能等新技术新应用的高速发展，数字化、智能化已成为传统电力行业转型发展的重要方向。本文将探讨电力行业数字化转型的现状及未来转型趋势。
一、电力行业转型背景
（一）数字经济和绿色经济发展的促进作用
《“十四五”国家信息化规划》中指出，深入推进绿色智慧生态文明建设，推动数字化绿色化协同发展。从长期战略来看，数字经济和绿色经济的发展是相辅相成的。立足绿色经济发展视角，绿色高质量转型的重点是能源结构的改变，本质是能源系统从化石能源向可再生能源转变。而可再生能源大规模开发和广泛利用对计算机、通信、互联网技术提出了更高要求，因此绿色经济可持续发展需要与数字化和数字经济协同共进。立足数字经济视角，大数据中心、物联网和不断升级的移动通信网络是支撑数字经济的基础设施，但也带来了大量的能源消耗，在当前技术领先的情况下，5G设备能耗仍是4G设备能耗的4倍以上。因此，数字经济持续发展也有赖于与绿色经济发展协同共进。
（二）电力行业转型趋势
经济社会发展需求促使电力供应需求持续增长。根据中国电力企业联合会发布数据，我国电力需求增长总量大、速度快。总量来看，国网经营区域电能替代电量2013-2020年累计完成电量8677亿千瓦时，“十三五”期间，新增发电装机容量为6.7亿千瓦。从增速来看，“十三五”期间，我国电力需求年均增速为4.9%。与发达国家年均电力需求增速相比，我国电力需求增长速度快。未来，受技术进步、经济发展、电气化率提升等因素影响，电能需求仍将持续走高。
“双碳”目标推进电力结构清洁低碳转型加速。根据《“十四五”现代能源体系规划》提供的数据：在装机量上，截至2020年底，我国可再生能源发电装机达到9.34亿千瓦，占发电总装机的42.5%，风电、光伏发电、水电、生物质发电装机容量连续多年稳居世界第一。在发电量和消纳量上，2020年我国可再生能源利用总量达6.8亿吨标准煤，占一次能源消费总量的13.6%。其中，可再生能源发电量2.2万亿千瓦时，占全部发电量的29.1%。《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出“到2025年非化石能源消费比重达到20%左右，到2030年非化石能源消费比重达到25%左右，到2060年非化石能源消费比重需达到80%以上”的增长目标，未来清洁电力将有巨量发展空间。
储能技术将成为提升新能源电力消纳能力的有效解决方案。考虑到新能源不稳定性特征，保障能源系统安全和提升能源利用效率成为新能源大规模开发利用背景下的重要议题，储能是重要解决方式。2021年中国新增储能装机为7397.9MW，累计装机已经达到43.44GW。在电力储能中，以抽水蓄能和电化学蓄能为主，2021年我国抽水储能累计装机规模达到37.57GW，占比超86%，而电化学储能累计装机规模达到5.12GW，占比达到11.8%。抽水蓄能的技术已发展相对成熟，转化效率可以75%-83%，度电成本仅为0.207元/kWh，具有较高的经济性。在《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》中，对抽水蓄能提出的定位为电力系统的主要调节电源。
二、双碳背景下传统电力行业转型瓶颈
“双碳”目标与电力行业转型趋势引领下，传统电力行业转型过程中，主要存在以下几个方面问题：
一是发电设备监测管理问题。由于发电有连续生产需求，设备启停时间长、能耗大，设备故障会导致巨大损失，无论是水电、火电、风电，还是光伏，都需要提高设备监管和维护水平，而目前传统电力设备在数字化升级转型方面还有较大空间。
二是并网调度问题。风光等新能源生产的不稳定，叠加新能源电站电压调节能力有限，导致电站输出电力功率具有较强的不确定性，致使电网潮流复杂多变，大大增加了电网运行调控难度。安全问题和功率预测问题带来了新能源并网消纳难，弃电率居高不下等难题。
三是储能问题。目前成熟的储能技术以抽水蓄能为主，存在建设周期长、初始投资成本较大等问题。同时，储能电站的大规模建设还处于初期阶段，目前缺乏类似发电和输配电的整体统筹。此外，未来以新能源为主导的新型电力系统可能会出现由极端天气导致的新能源长时间出力受限的情况，目前储能技术还无法完全有效解决该问题，大容量、长时间、跨季节调节的储能技术还有待突破。
三、数字化技术助力电力低碳转型建议
电力行业一个最大的特殊性在于电能无法长时间存储，产供销是动态平衡且同时完成的。因此，电力行业在实现“双碳”目标的进程中，可借助数字化技术提升电网数据采集、分析和应用能力，充分发挥其在能源资源优化配置中的积极作用，降低能源损耗，促进能源绿色生产和消费，支撑“双碳”目标实现。
发电方面，尽管包括集中式和分布式光伏、水电、陆上风电、多能互补等在内的可再生能源普及是未来发展方向，短期内火电的主导地位仍不可动摇。新能源资产的普及将带来新的机遇与挑战，对传统火电的升级改造提出了更高的要求，利用大数据、人工智能、微服务等技术，实现如：三维数字电厂、数字孪生、流程仿真、智能预警等应用APP，帮助企业降本增效，提高运行效率，完成数字化转型。同时，新能源产生的“绿电”也将会逐步参与到电力市场交易中，为发电企业带来了提供绿电交易、碳管理等辅助服务的新机遇。
电网方面，应对可再生能源发电的波动性，以及电动汽车、储能等设备的接入，维持电网稳定性的要求不断提高。在电力输送环节，通过5G+工业互联网、视觉+工业互联网、AI计算，输配电的智能交互、智能微电网等数字化技术实现源网荷储的协调与平衡，提高可再生能源消纳比例。
储能用能方面，“能源互联”将成为未来的主要转型趋势。用户侧能源形式多元化，包括了分布式光伏等发电设备以及各类用电设备和电力储能设备。“能源互联”将更加注重零售侧的服务和用能管理，发电企业有机会针对分布式光伏、储能、电动汽车充电等提供更多种类的服务。同时，随着电气化和智能化的普及，终端用电设备将更加多样化，提供电车用能服务、能效提升、需求侧响应等服务。
四、案例——智慧电厂解决方案
在绿色环保和经济发展需要的双重压力下，电厂真正实现碳减排需要聚焦到优化节能减排的技术路径，实现对能源生产效率的精细化管理，从而减少碳排放和能源消耗。在“双碳”目标下，利用数字技术加速提高电力企业生产管理水平，进一步实现安全生产、节能降耗、提质增效、绿色环保，将成为电力企业发展的主要方向。
（一）基本信息
成立于1993年的南京科远智慧科技集团股份有限公司，凭借领先的技术优势和丰富的电厂建设经验，首创“智慧电厂”概念，并基于科远智慧EmpoworX工业互联网平台推出智慧电厂解决方案，助力电力企业从根本上实现节能减排。
（二）解决方案
搭建燃料管理全流程优化决策智能管控平台，包括煤仓的科学堆取、在线盘煤、智能掺配、炉内燃烧优化、掺烧知识自学习、运行优化数据挖掘等功能，基于大数据为最佳掺配、平衡煤质、削峰填谷、精细掺烧提供可靠依据，最大程度保证了入炉煤的经济性和稳定性，有效降低锅炉的事故率，提高锅炉燃烧效率。
图1 数字化煤厂智能管控平台
智能控制系统实现传统燃煤电厂锅炉的“智慧燃烧”，通过对二次风软测量对燃烧器进行智能控制，基于一次风煤粉浓度测量数据调节进风量与煤粉配比，以及飞灰含碳量判断燃烧充分程度并进行自动调节。利用经验数据的价值，提高负荷响应速度，降低最低稳燃负荷，较少结焦及腐蚀，提高炉效。
图2 智能电厂功能架构图
（三）运行结果
在提高安全性方面，通过设备的智能管理平均减少非计划停机1次/年，平均减少安全事故1次/年；在节能减排方面，通过提高机组效率、优化模块等实施节能减排2g/kWh以上。在提高经济性方面，相关模块的建设降低了劳动强度，将2*600MW等级机组定员控制在150人，2*9F等级机组定员控制在80人，同时大幅度提高办公效率，使电厂三类缺陷平均故障处理时间由原先的30小时/条降低至10小时内。
文章链接：环保在线 https://www.hbzhan.com/news/detail/156941.html
