數(shù)字化驅(qū)動(dòng)能源電力轉(zhuǎn)型
范霽紅
（國家電力投資集團(tuán)公司科技創(chuàng)新總監(jiān)兼大數(shù)據(jù)中心主任）
一、智慧能源是數(shù)字化賦能的能源
能源革命如火如荼，會(huì)改變整個(gè)社會(huì)的發(fā)展方向。能源革命的核心要素是可再生能源和數(shù)字化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，其他特征都是這兩大核心要素的派生。通過這兩個(gè)核心要素，結(jié)合其他非核心要素，將形成一個(gè)充足的、低碳的、具有更多分布式特點(diǎn)的、能源雙向流動(dòng)的能源系統(tǒng)。
現(xiàn)在的能源系統(tǒng)，基本上是一個(gè)集中的、單向的能源系統(tǒng)，今后會(huì)增加更多的分布式系統(tǒng)，整體上是分布式和集中式的結(jié)合。同時(shí)，未來的能源系統(tǒng)還是雙向協(xié)同的。一方面，能源供應(yīng)者和能源使用者之間的協(xié)同會(huì)更加及時(shí)，方式更加多樣化；另一方面，能源使用者也可以變成能源供應(yīng)者?，F(xiàn)在能源是商品或者產(chǎn)品，未來能源會(huì)發(fā)展成一種體驗(yàn)，能夠解決用戶與能源相關(guān)的所有問題，帶來更好的用戶體驗(yàn)。因而，需要大量采用數(shù)字化技術(shù)來支撐這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，最終將整個(gè)能源系統(tǒng)發(fā)展成為智慧系統(tǒng)。這個(gè)智慧化的能源系統(tǒng)，首先要求電廠實(shí)現(xiàn)智慧化。
綜上所述，可以用“四個(gè)全面”來描述這樣一個(gè)智慧能源系統(tǒng)，即通過數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)的全面互聯(lián)、全面感知、全面智能、全面協(xié)同的智慧能源。
（一）數(shù)字化轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)能源清潔低碳安全高效的必由之路
能源供給從高碳到低碳，是社會(huì)發(fā)展的客觀需求。只有通過數(shù)字化和可再生能源的結(jié)合，能源才能從有限到無限或者從有限到充足。風(fēng)電、太陽能發(fā)電的間歇性特點(diǎn)具有天然的親數(shù)字化特性，即通過數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)其充分利用。一方面，風(fēng)電、光伏、水電通過數(shù)字化技術(shù)更加容易實(shí)現(xiàn)少人值守或者無人值守；另一方面，可再生能源更多的是依賴天氣和氣候條件，通過數(shù)字化技術(shù)氣象條件能夠與能源生產(chǎn)、需求、應(yīng)用、儲(chǔ)能系統(tǒng)、用戶用能習(xí)慣等更好地結(jié)合。
（二）數(shù)字化使能源達(dá)到供需均衡的最佳狀態(tài)
可再生能源要求能源系統(tǒng)建設(shè)更多的分布式系統(tǒng)，具有去中心化特點(diǎn)。這個(gè)特點(diǎn)，需要采用多種數(shù)字化技術(shù)，應(yīng)用到從發(fā)電、輸配電到用電的每一個(gè)環(huán)節(jié)，形成一個(gè)智慧化的綜合管理系統(tǒng)。
綜合管理系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代通信技術(shù)對(duì)發(fā)電、輸配電和用電等環(huán)節(jié)的效率狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)對(duì)這些環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、分析、報(bào)告和優(yōu)化處理，進(jìn)而使能源系統(tǒng)進(jìn)化成開放、透明、去中心化、可廣泛自愿參與的系統(tǒng)，從而達(dá)到供需均衡的最佳狀態(tài)。
（三）實(shí)現(xiàn)能源需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和能源供應(yīng)的協(xié)同優(yōu)化
能源革命還會(huì)帶來能源流動(dòng)從單向到雙向、能源從商品到體驗(yàn)的變革。要達(dá)到這些目標(biāo)，需要實(shí)現(xiàn)能源需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和能源供應(yīng)的協(xié)同優(yōu)化。
發(fā)電側(cè)，風(fēng)電、光伏、水電、火電、核電等多源互補(bǔ)，形成多輪驅(qū)動(dòng)的電源供應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)全面互聯(lián)，達(dá)到綠色清潔、降本增效；輸配電側(cè)，通過數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)電源調(diào)配全面感知、區(qū)域協(xié)同全面智能；用電側(cè)，居民、工業(yè)、商業(yè)等負(fù)荷類型全面協(xié)同，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、場景開發(fā)，與發(fā)電側(cè)實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。
二、能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程加快
近年來，數(shù)字化技術(shù)發(fā)展進(jìn)程加快，這不僅受益于政策推動(dòng)，更主要是技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)，技術(shù)明顯產(chǎn)生價(jià)值。
（一）能源行業(yè)發(fā)展伴隨著信息技術(shù)應(yīng)用廣度深度的拓展
上世紀(jì)80年代，技術(shù)進(jìn)步帶動(dòng)集散控制系統(tǒng)（DCS）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）發(fā)展，應(yīng)用水平體現(xiàn)為自動(dòng)控制能力，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化；本世紀(jì)初信息化系統(tǒng)、系統(tǒng)聚合與集成發(fā)展，應(yīng)用水平體現(xiàn)為平臺(tái)與信息集成能力，實(shí)現(xiàn)了信息化；2015年后物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/人工智能等得到較大發(fā)展，應(yīng)用水平體現(xiàn)為數(shù)據(jù)分析能力，未來目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智慧化。
（二）數(shù)字化轉(zhuǎn)型將影響企業(yè)在行業(yè)中的地位
根據(jù)Gartner 2019年的調(diào)研報(bào)告，100%的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)進(jìn)入了數(shù)字化的擴(kuò)展階段或改進(jìn)階段，而行業(yè)落后企業(yè)卻只是處在僅有數(shù)字化愿景或根本沒有數(shù)字化規(guī)劃的狀態(tài)。在電力能源行業(yè)（注：英文為utility，指公共事業(yè)，除電力能源外，還有供水，下同），超過三分之一的企業(yè)已進(jìn)入數(shù)字化擴(kuò)展和改進(jìn)階段，近三分之一的企業(yè)處在只有數(shù)字化愿景或根本沒有數(shù)字化規(guī)劃的狀態(tài)，近三分之一的企業(yè)處在已有數(shù)字化規(guī)劃或已實(shí)施數(shù)字化規(guī)劃的階段。由此可見，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的程度影響了企業(yè)在行業(yè)中的地位。
（三）技術(shù)突破為能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了基礎(chǔ)
根據(jù)Gartner 2019年的電力能源行業(yè)IT技術(shù)成熟度曲線，可以看到大多數(shù)現(xiàn)在想利用的技術(shù)已處于穩(wěn)步爬升的區(qū)間，有很多已擺脫了泡沫期。
我們認(rèn)為現(xiàn)在運(yùn)用最成熟的技術(shù)是云計(jì)算。云計(jì)算是用于解決共享存儲(chǔ)資源和不同存儲(chǔ)資源中數(shù)據(jù)共享的技術(shù)，目前在電力能源領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
大數(shù)據(jù)技術(shù)用以解決海量異構(gòu)數(shù)據(jù)處理問題，我們認(rèn)為這個(gè)技術(shù)本身現(xiàn)在已經(jīng)成熟，但是在能源領(lǐng)域的一些應(yīng)用上還存在算法和數(shù)據(jù)共享的問題，需要進(jìn)一步解決。
國家電投大數(shù)據(jù)平臺(tái)上已經(jīng)有30多個(gè)應(yīng)用在運(yùn)行。與面向整個(gè)社會(huì)或金融行業(yè)的應(yīng)用不同，這些應(yīng)用的觸及面多數(shù)與設(shè)備管理、設(shè)備優(yōu)化相關(guān)。
2020年還將再上線40個(gè)應(yīng)用，這些應(yīng)用都可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。在這個(gè)過程當(dāng)中，我們體會(huì)到數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)確權(quán)是關(guān)鍵問題。在集團(tuán)內(nèi)部，將數(shù)據(jù)貫通也存在困難。國家電投集團(tuán)二級(jí)企業(yè)、三級(jí)企業(yè)把相關(guān)經(jīng)營管理數(shù)據(jù)匯總到大數(shù)據(jù)中心，存在不安全感。而國家電投還承擔(dān)著匯聚全國能源數(shù)據(jù)的任務(wù)。按照國資委要求，2020年將把全國包括央企和地方企業(yè)在內(nèi)的所有發(fā)電企業(yè)的發(fā)電數(shù)據(jù)匯總到一個(gè)平臺(tái)上。目前已經(jīng)完成約35%的裝機(jī)容量數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到10月份將完成全國85%的裝機(jī)容量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不是采用報(bào)送形式，而是直接在所有6兆瓦以上電站安裝探針，直接讀取數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的匯集對(duì)數(shù)據(jù)安全問題帶來巨大挑戰(zhàn)。
國家電投大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用情況
（四）基于多方安全技術(shù)的數(shù)據(jù)要素化基礎(chǔ)設(shè)施已成熟
近期，我們與清華大學(xué)姚期智團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作研究。清華大學(xué)推出了多方安全計(jì)算的技術(shù)，可在密文上直接計(jì)算，得出與明文計(jì)算完全一致的結(jié)果，并且還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有限的授權(quán)。多方安全計(jì)算（密文計(jì)算）是對(duì)明文計(jì)算的補(bǔ)充，而不是全面替代。通過與其他給予明文的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)技術(shù)相結(jié)合（隱私計(jì)算），可以有效地化解保護(hù)數(shù)據(jù)隱私與數(shù)據(jù)共享、流通之間的矛盾，使多方數(shù)據(jù)在信息相互保密前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享與綜合利用。
數(shù)據(jù)服務(wù)部署在數(shù)據(jù)服務(wù)端，負(fù)責(zé)把明文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成計(jì)算因子或?qū)⒚芪挠?jì)算結(jié)果解算成明文。其功能類似通訊網(wǎng)絡(luò)中的“電話機(jī)”。計(jì)算服務(wù)給予合約的隱私計(jì)算服務(wù)，負(fù)責(zé)按照數(shù)據(jù)提供方和數(shù)據(jù)使用方之間的數(shù)據(jù)計(jì)算合約，調(diào)配算力執(zhí)行隱私計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果送至合約制定的結(jié)果獲得方。其功能類似通訊網(wǎng)絡(luò)中的“過程交換機(jī)”或電網(wǎng)中的“輸變電站”，是數(shù)據(jù)共享與流通的計(jì)算控制站和算力調(diào)配中心，是隱私計(jì)算和高效算力的結(jié)合體；在使用數(shù)據(jù)和算力進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。計(jì)算因子是數(shù)據(jù)的密文化碎片，本身不承載任何可以“看見”的具體信息，是數(shù)據(jù)計(jì)算價(jià)值的載體。隨著技術(shù)不斷完善，密文計(jì)算已經(jīng)得到很大程度的簡化，并在實(shí)際應(yīng)用中落地，現(xiàn)在已經(jīng)在銀行和電信行業(yè)應(yīng)用，有待在電力能源行業(yè)開展應(yīng)用。
（五）國內(nèi)能源企業(yè)開始通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升企業(yè)運(yùn)營效率、創(chuàng)新發(fā)展新業(yè)態(tài)
數(shù)字時(shí)代已經(jīng)成為“產(chǎn)品即服務(wù)”的時(shí)代，客戶體驗(yàn)將超過價(jià)格和產(chǎn)品，成為關(guān)鍵的品牌差異化因素，信息技術(shù)與新型能源發(fā)展改變傳統(tǒng)能源單一的價(jià)值鏈體系，市場的競爭日益激烈，同時(shí)客戶對(duì)能源的使用需求與質(zhì)量要求不斷提升，企業(yè)必須創(chuàng)新轉(zhuǎn)型、開拓新的業(yè)務(wù)和市場，才能進(jìn)一步發(fā)展。
國家電網(wǎng)公司正在進(jìn)行“具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”的戰(zhàn)略部署。以企業(yè)數(shù)據(jù)中臺(tái)，提煉公司核心業(yè)務(wù)域共性業(yè)務(wù)服務(wù)能力；以電力物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、終端的廣泛互聯(lián)，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集；推動(dòng)國網(wǎng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)化，整合數(shù)據(jù)資源，推動(dòng)公司內(nèi)部組織變革與產(chǎn)業(yè)整合，支撐公司轉(zhuǎn)型升級(jí)和培育發(fā)展新動(dòng)能。華潤集團(tuán)提出“雙擎兩翼”，“+互聯(lián)網(wǎng)”作為其中一翼納入集團(tuán)戰(zhàn)略，聚焦轉(zhuǎn)型升級(jí)六大戰(zhàn)略目標(biāo)之一的“智能化水平提升”。搭建全集團(tuán)集中共享的財(cái)務(wù)、人力、知識(shí)等八大領(lǐng)域十二大管理信息化基礎(chǔ)平臺(tái)，打造支持?jǐn)?shù)字化轉(zhuǎn)型的數(shù)字化管控平臺(tái)?！叭A潤通”是面向全社會(huì)生活場景化的數(shù)字化交易管控平臺(tái)，“華潤匯”致力于打造面向全集團(tuán)人財(cái)物等核心資源的數(shù)字化資源管控平臺(tái)。
國家電投把數(shù)字化轉(zhuǎn)型放在一個(gè)比較重要的位置已經(jīng)有三年的時(shí)間。2017年就成立了集團(tuán)的大數(shù)據(jù)中心。2018年，國家電投又整合了相關(guān)資源，成立了中能融合智慧科技有限公司，中能融合智慧科技有限公司旨在成為能源大數(shù)據(jù)的匯聚平臺(tái)，2019年發(fā)起了中國智慧能源的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，這些工作得到了國務(wù)院國資委、工信部、國家能源局，以及中央網(wǎng)信辦等政府部門的大力支持。
2019年國家電投成立了各個(gè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，專業(yè)化支撐智慧能源發(fā)展，推動(dòng)水、火、風(fēng)、光、核等業(yè)態(tài)與數(shù)字技術(shù)深度融合，取得了初步成效。
三、存在問題及未來方向
很多技術(shù)在技術(shù)層面已沒有問題，但是如何應(yīng)用、如何獲益還需探索。例如，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，底層技術(shù)已經(jīng)成熟，實(shí)際落地還需要尋找技術(shù)創(chuàng)新與效益最佳的結(jié)合點(diǎn)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，技術(shù)成熟，但在能源行業(yè)的商業(yè)模式需要探索。人工智能技術(shù)，還有很多問題沒有解決，還要實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜算法，應(yīng)用層次上需要從感知智能上升到認(rèn)知智能。區(qū)塊鏈?zhǔn)乔罢靶约夹g(shù)，需尋找能源行業(yè)應(yīng)用模式，綠證交易可能能用上，在發(fā)電業(yè)務(wù)如何應(yīng)用還需探索。數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)際代價(jià)可能很大，甚至可高于建立實(shí)體模型，受益程度不確定。出于核安全考慮，安全系統(tǒng)帶來的成本、設(shè)備冗余帶來的成本、高質(zhì)量和高可靠性帶來的成本、驗(yàn)證帶來的成本等核電站人工參與監(jiān)管成本攀高，占核電站成本的80%。若通過基于數(shù)字孿生技術(shù)的電站全生命周期監(jiān)控的新系統(tǒng)，借助數(shù)字化設(shè)計(jì)通過模擬分析減少大量試驗(yàn)、簡化材料及工藝選型；借助數(shù)字化建造提高效率和減少失誤，提高設(shè)備利用率和降低運(yùn)行成本；借助全流程數(shù)字化系統(tǒng)自動(dòng)審查、復(fù)核和確認(rèn)設(shè)計(jì)方案，傳感器數(shù)據(jù)確保符合設(shè)計(jì)要求，運(yùn)行實(shí)現(xiàn)高度智能化和無人值守，人工智能進(jìn)行監(jiān)管更安全且成本降低。如此一來，核電電價(jià)能夠從現(xiàn)在的0.5元/千瓦時(shí)回歸原始成本0.1元/千瓦時(shí)。但是，這與目前的《核安全法》要求相矛盾，未來還需要升級(jí)相應(yīng)管理體系，這個(gè)技術(shù)才能最終得以落地。
能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，具有通過數(shù)字化優(yōu)化管理效能、推動(dòng)精益運(yùn)營、提升消費(fèi)體驗(yàn)、創(chuàng)新商業(yè)模式和共建開放生態(tài)等五方面趨勢。國家電投集團(tuán)將全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為“十四五”目標(biāo)，2020年已經(jīng)開始啟動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，具體表現(xiàn)為以能源物聯(lián)網(wǎng)提升數(shù)據(jù)感知能力、以數(shù)據(jù)挖掘推動(dòng)運(yùn)營決策精益化、由優(yōu)化產(chǎn)品向提升消費(fèi)體驗(yàn)轉(zhuǎn)變、以能源數(shù)字化推動(dòng)商業(yè)模式創(chuàng)新、以價(jià)值為導(dǎo)向共建開放創(chuàng)新生態(tài)。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年6月12日第23期
