中國儲能網(wǎng)訊：推動能源革命、實現(xiàn)“雙碳目標”，亟需發(fā)揮能源數(shù)字化作為“第六能源”的作用，加快能源系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。
文 | 吳琦
作者系無錫數(shù)字經(jīng)濟研究院執(zhí)行院長
隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、AI、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟正深刻改變著人類社會的生產(chǎn)和生活方式，成為全球經(jīng)濟發(fā)展的新動力，能源系統(tǒng)向低碳化、分散化和智能化轉(zhuǎn)型已成為必然趨勢。
近年來，人類在享受能源所帶來的經(jīng)濟發(fā)展、社會進步等巨大利益的同時，也付出了慘重的資源和環(huán)境代價，能源開發(fā)利用過程中的深層次、結(jié)構(gòu)性矛盾也日益凸顯。
節(jié)能被稱為“第五能源”，是指通過找出能源使用優(yōu)化空間，使用節(jié)能技術(shù)達到減少能源浪費、實現(xiàn)節(jié)約能源和可持續(xù)發(fā)展目標的過程，有助于解決能源開發(fā)利用的問題，被視為與煤炭、石油、天然氣和電力同等重要的“第五能源”。
而能源數(shù)字化對于能源供給的作用不僅體現(xiàn)在需求端的“節(jié)流”方面，更體現(xiàn)在利用各類前沿數(shù)字信息技術(shù)提高能源生產(chǎn)效率，通過供給端和需求端的“開源節(jié)流”，實現(xiàn)對能源的清潔、高效利用。隨著能源使用的態(tài)度從無限制地開發(fā)和利用逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽非罂沙掷m(xù)發(fā)展，以及能源行業(yè)技術(shù)的進步和數(shù)字信息技術(shù)的發(fā)展，人類社會逐漸進入到更高維度的能源利用形態(tài)。能源數(shù)字化貫穿能源從開發(fā)生產(chǎn)、運輸、回收利用的全生命周期，是更高維度的能源表現(xiàn)形態(tài)。也正因此，能源數(shù)字化可稱為繼煤炭、石油、天然氣、電力、節(jié)能后的“第六能源”。
能源數(shù)字化是指基于能源大數(shù)據(jù)，利用數(shù)字技術(shù)和控制技術(shù)來引導能量的有序流動，實現(xiàn)從能源供給端到消費端的高效管理和精準匹配，滿足不同區(qū)域、不同群體、不同體量的用能需求，進而構(gòu)筑高效、清潔、經(jīng)濟的現(xiàn)代能源體系，提高能源系統(tǒng)的安全性、生產(chǎn)率、可獲得性和可持續(xù)性。
能源數(shù)字化催生出新的能源產(chǎn)品形態(tài)，即數(shù)字能源。數(shù)字能源不是數(shù)字形式的能源，而是一種數(shù)字化的能源生態(tài)。能源數(shù)字化的價值主要體現(xiàn)在三個方面:一是平臺價值，即利用數(shù)字化平臺技術(shù)，使能源供需雙方更快速匹配與互動，通過提高能源使用效率，增加能源供給；二是產(chǎn)品價值，即利用算法、算力、數(shù)據(jù)實現(xiàn)對能源供需的重構(gòu)，開發(fā)出新的產(chǎn)品服務和交易品種；三是度量價值，能源數(shù)字化豐富了能源的計價方式，進一步拓展了能源的金融市場屬性，使其成為一種新的度量方式。
數(shù)字經(jīng)濟與能源經(jīng)濟融合
人類利用能源的歷史大致可以分為五個階段：最初是以草木為燃料的“柴薪時代”，這標志著人類對于自然資源已經(jīng)由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃永?；而后，是以煤炭為燃料的“蒸汽機時代”，人類擺脫了生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為動能的低效率，正式進入工業(yè)時代；第三是以電力廣泛應用為顯著特點的第二次工業(yè)革命，電力開始用于為機器提供動力，成為補充和取代蒸汽動力的新能源。此外，第二次工業(yè)革命期間，以煤氣和石油為染料的內(nèi)燃機的發(fā)明和使用，也推動了石油開采業(yè)和化工業(yè)的產(chǎn)生。
進入20世紀后期，天然氣以其低成本等優(yōu)勢，從石油時代初期的“廢氣”華麗轉(zhuǎn)身，成為人類社會能源的重要組成部分；由于人類此前的能源活動幾乎全部依賴于地球上不可再生資源，伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展和人口的快速膨脹，地球上的不可再生資源面臨枯竭，人類社會逐步進入到尋找和利用可再生能源，以及利用計算機和自動化技術(shù)實現(xiàn)能源節(jié)約的時代，人類對于能源的利用已經(jīng)突破了生物體的界限。而今，在數(shù)字化催生的能源新業(yè)態(tài)、新模式、新技術(shù)、新產(chǎn)品的推動下，人類對于能源的利用也已步入新的紀元，即能源數(shù)字化時代。
隨著數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟的深度融合，傳統(tǒng)能源企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成必然趨勢。能源生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)字化能夠幫助生產(chǎn)者準確判斷能源需求者的類別和能量需求的時間和體量，以可控范圍內(nèi)最低的成本提供能源；能源運輸和分配系統(tǒng)的數(shù)字化能夠幫助能源運輸者以最高的效率分配和運輸能源，以此來提高能源利用率；能源消費系統(tǒng)的數(shù)字化可以為消費者提供個性化、多樣化、定制化的能源消費方式。最終，能源系統(tǒng)通過數(shù)字化手段有效連接和共生融合，形成一個完整的能源數(shù)字化生態(tài)。
人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)在能源領(lǐng)域的應用非常廣泛。彭博新能源財經(jīng)數(shù)據(jù)顯示，2017年能源數(shù)字化市場規(guī)模為520億美元，約占全球數(shù)字技術(shù)應用市場的44%。在這520億美元中，有46%用于化石能源電廠的運行管理（如傳感器、數(shù)字采集和解析以提高電廠效率），35%用于智能電表（180億美元）。彭博預計到2025年，全球能源數(shù)字化市場規(guī)模將達到640億美元。其中，電網(wǎng)自動化預計將占100億美元，家庭用能系統(tǒng)的規(guī)模將達110億美元。
數(shù)字化推動能源革命
在能源數(shù)字化過程中，能源企業(yè)借助人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)，優(yōu)化管理流程，降低生產(chǎn)成本，提升能源生產(chǎn)、運輸和使用效率，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，保障能源供給，將極大加快能源革命進程。
首先，能源數(shù)字化通過提高傳統(tǒng)能源的開采生產(chǎn)運輸效率，降低開采成本和損耗，增加能源供給。
國際能源署（IEA）在《數(shù)字化與能源》報告中指出，數(shù)字技術(shù)的廣泛使用可以使生產(chǎn)成本降低10％到20％。IEA預計，在全球范圍內(nèi)，技術(shù)上可開采的油氣資源可以提高5％左右，頁巖氣將實現(xiàn)最大漲幅。
以殼牌公司2016年與惠普的合作為例，其將傳感器數(shù)據(jù)通過光纜傳輸至專有服務器，把潛在油田數(shù)據(jù)與世界上其他油田數(shù)據(jù)作對比，來幫助地質(zhì)學家對井位做出更加準確的判斷，提高開采生產(chǎn)效率。
其次，能源數(shù)字化通過提升能源利用效率，節(jié)約能源投入，減少能源浪費，也間接增加了能源供給。
IEA分析稱，數(shù)字化可以通過降低運營和維護成本，提高發(fā)電廠和電網(wǎng)效率，減少意外停電和故障時間，延長資產(chǎn)的使用壽命。僅在歐盟，增加存儲和數(shù)字化需求響應就可以在2040年將光伏發(fā)電和風力發(fā)電的棄電率從7%降至1.6%。在清潔能源生產(chǎn)調(diào)度數(shù)字化領(lǐng)域，以朗新科技集團光伏云平臺為例，通過數(shù)字化、智能化的手段，助力中國更多的中小光伏電站降低運維成本，大幅提高發(fā)電效率。
第三，能源數(shù)字化具有數(shù)字經(jīng)濟平臺化、共享化的特點，可以實現(xiàn)能源供需的精準、實時匹配，助力能源市場化交易和市場化價格機制形成。
通過“云大物移智”等數(shù)字技術(shù)的應用，能源數(shù)字化平臺化、共享化的特點，能實現(xiàn)能源供需全鏈條式、端到端的連接與協(xié)同，并在算法驅(qū)動下有效連接供需、精準匹配，提升了能源生產(chǎn)消費間的實時互動水平。如通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以打造分布式能源系統(tǒng)，使能源供應合同直接在其生產(chǎn)者和消費者之間傳輸，參與者可以把多余的電量進行流通，實現(xiàn)點對點的能源交易，完成去中心化的能量傳輸。
同時，區(qū)塊鏈還可以高效完成不同電力系統(tǒng)內(nèi)的實時信息采集與記錄，綜合多個市場之間的交易及價格信息，實時計算各地區(qū)和各類電力的邊際價格，推動能源市場化交易和市場化價格機制形成。
最后，能源數(shù)字化通過實現(xiàn)新能源的預測和調(diào)峰調(diào)頻，促進新能源并網(wǎng)消納，助力新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。
由于新能源的隨機波動性強，高比例新能源并網(wǎng)將導致電網(wǎng)波動大幅增加，需要加快推進新型電力系統(tǒng)的建設(shè)。通過能源數(shù)字化建設(shè)，可以對電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)優(yōu)化、分析、調(diào)配、決策，實現(xiàn)能源高效管理。
同時，能源數(shù)字化的建設(shè)可以提升新能源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和預測建模的智能化水平，并以此建立起高精度、高可信度的新能源功率預測系統(tǒng)，提升電力系統(tǒng)適應新能源隨機波動性的調(diào)度運行水平和風險防御能力，提高電力系統(tǒng)運行靈活性，助力推動形成新型電力系統(tǒng)。
應用場景及發(fā)展趨勢
全球氣候變化、能源枯竭正對人類社會的生存和發(fā)展構(gòu)成重大威脅，越來越多的國家將“碳中和”上升為國家戰(zhàn)略，中國也提出了“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的戰(zhàn)略目標。推動能源革命、實現(xiàn)“雙碳目標”，亟需發(fā)揮能源數(shù)字化作為“第六能源”的作用，加快能源系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。
橫向來看，能源數(shù)字化主要表現(xiàn)在三個方面，即能源供給端的數(shù)字化、能源輸送端的數(shù)字化以及能源需求端的數(shù)字化。
分布式電站和虛擬電廠是能源供給端重要發(fā)展方向。隨著新能源的加速普及，分布式電站的建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型將變得愈發(fā)重要。同時，虛擬電廠作為分布式能源安全、穩(wěn)定加入智能電網(wǎng)的重要技術(shù)之一，既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電，也可以作為“負電廠”消納系統(tǒng)電力，起到靈活的削峰填谷等作用，可以有效整合各種分布式能源，協(xié)調(diào)智能電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，最終加速和完善分布式電站和智能電網(wǎng)的建設(shè)。
自我平衡的智慧能源網(wǎng)絡是能源傳輸端的重點建設(shè)內(nèi)容。隨著大規(guī)模新能源的入網(wǎng)及電網(wǎng)對復雜性、即時性要求的不斷提高，需要一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我平衡的智慧能源網(wǎng)絡（NET），來共同分擔電網(wǎng)的靈活性、可靠性、安全性、可及性壓力。未來，一個家庭可能作為一個NET節(jié)點，如何自我調(diào)節(jié)、自我平衡，如何在電網(wǎng)、調(diào)度、用戶之間確保安全進行交互，如何讓設(shè)備、電網(wǎng)、用戶之間就利益提前設(shè)定進行交互，如何就電氣冷熱低碳低成本綜合實時平衡進行控制，需要有新的辦法來解決。能源物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)能夠打破能源孤島，比如基于物聯(lián)網(wǎng)的云計算技術(shù)可以對分布在不同地區(qū)的調(diào)度系統(tǒng)進行功能整合，實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度集成，從而構(gòu)建出一個實時、全面、準確的電網(wǎng)調(diào)度平臺，為智慧能源網(wǎng)絡建設(shè)提供平臺基礎(chǔ)。
便捷多樣的能源消費場景是能源消費端的主要趨勢。當前，能源消費端電氣化程度正不斷加深，在數(shù)字化技術(shù)的賦能下，能源消費場景也實現(xiàn)了多樣化。能源數(shù)字化平臺能夠支持企業(yè)園區(qū)等用電大戶與電廠直接進行B2B電力交易，支持售電商以B2C模式向用戶直接銷售用電套餐，還將逐漸支持用戶之間開展C2C以及用戶與售電商C2B模式的等電能交易模式。電力消費不僅體現(xiàn)在生活生產(chǎn)用能端，也體現(xiàn)在交通運輸端，其中以為新能源車提供充電運營服務的平臺為典型代表。此外，電力企業(yè)還可以依托智能電表開展智能家居服務，通過智能電表和智能電視、智能音箱等其他智能設(shè)備的整合，使客戶可以通過電腦或者手機對家庭用能進行管理。
縱向來看，能源數(shù)字化則體現(xiàn)在賦能數(shù)字生態(tài)建設(shè)和全社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
能源大數(shù)據(jù)助力數(shù)字政府建設(shè)。能源的基礎(chǔ)保障屬性決定了能源數(shù)字化具有強大的外部性，在賦能產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟和區(qū)域經(jīng)濟數(shù)字化建設(shè)具有的得天獨厚的作用，是打造全社會數(shù)字化、智能化生態(tài)的基礎(chǔ)。能源數(shù)字化具有數(shù)據(jù)驅(qū)動的特點，以能源大數(shù)據(jù)為依據(jù)，各級政府可以高效開展能源運行監(jiān)測、規(guī)劃部署等工作，同時能夠以能源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，洞悉本地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展情況，為科學決策提供數(shù)據(jù)支持。
能源數(shù)字化支撐數(shù)字生態(tài)建設(shè)。能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型離不開數(shù)字新基建的建設(shè)和發(fā)展。能源數(shù)字化除了橫向帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，還可以通過場景深化和聯(lián)接，帶動智慧交通、智能城市建設(shè)。以朗新科技集團新電途充電平臺為例，平臺一端連接城市充電樁形成一張“城市充電網(wǎng)”，一端連接城市電動汽車形成一張“城市車聯(lián)網(wǎng)”，同時再連接“分布式+微電網(wǎng)”為主的城市能源網(wǎng)，形成一個多邊互聯(lián)、深度協(xié)同、實時聯(lián)動的“綠色交通-數(shù)字能源互聯(lián)網(wǎng)”，對智慧交通和智慧城市建設(shè)發(fā)揮積極作用。
能源數(shù)字化賦能雙碳目標實現(xiàn)。以大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等數(shù)字化技術(shù)特征的能源數(shù)字化能夠在碳排放源認定、碳排放數(shù)據(jù)分析、監(jiān)管預測等方面發(fā)揮重要作用。能源數(shù)字化可以為碳指標的分配提供數(shù)據(jù)等全方位的支持，這有利于改變以往落后的機械分配方式，從各地各產(chǎn)業(yè)實際情況、規(guī)劃以及定位，制訂科學靈活的分配機制，為碳排放權(quán)交易市場打下優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)，助力雙碳目標實現(xiàn)。
全球氣候變化、能源枯竭正對人類社會的生存和發(fā)展構(gòu)成重大威脅，越來越多的國家將“碳中和”上升為國家戰(zhàn)略，中國也提出了“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的戰(zhàn)略目標。推動能源革命、實現(xiàn)“雙碳目標”，亟需發(fā)揮能源數(shù)字化作為“第六能源”的作用，加快能源系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型。橫向來看，能源數(shù)字化主要表現(xiàn)在三個方面，即能源供給端的數(shù)字化、能源輸送端的數(shù)字化以及能源需求端的數(shù)字化。
