目前,能源行業(yè)存在技術、體制與市場壁壘,能源供應側、傳輸側和消費側都存在大量信息不透明、不共享等問題,是能源轉型面臨的重要挑戰(zhàn)。因此,亟需以“透明電網(wǎng)”為核心,推動能源低碳轉型,構建安全高效的現(xiàn)代能源體系。
“要實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標,意味著未來中國的能源結構要以可再生能源為主。到2060年,能源供給側脫碳,實現(xiàn)以新能源為主體,消費側以泛電氣化為特征,電成為主力,同時電力系統(tǒng)與電力電子技術、數(shù)字技術深度融合。”中國工程院院士李立浧近日在“第五屆IEEE能源互聯(lián)網(wǎng)與能源系統(tǒng)集成國際會議”上表示。
基于能源結構調整大勢和碳達峰、碳中和目標,李立浧提出了“透明電網(wǎng)”的構想。“打破能源行業(yè)存在的技術、體制與市場壁壘,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的可見、可知、可控,狀態(tài)透明。未來,能源和電力從生產側到輸送側、用戶側全流程融合發(fā)展,實現(xiàn)信息透明,用戶能參與到能源電力的發(fā)展過程中。”
能源信息亟需透明和共享
李立浧表示:“預計到2060年,供給側清潔電源將成為主力電源,可再生能源占比或達90%,光伏、風電成為新增能源的主力軍,形成綜合能源系統(tǒng)。消費側方面,電能成為能源消費的主流,電能消耗占比從2020年的20%提升至2060年的70%甚至90%(泛電氣化)。用戶體驗成為新能源車發(fā)展的關鍵驅動力,新能源車實現(xiàn)全覆蓋。”
“與常規(guī)能源系統(tǒng)以化石能源為主、各類能源獨立運行相比,綜合能源系統(tǒng)中氣、電、冷、熱、蓄、新能源等協(xié)調互濟,梯級應用,其復雜性遠高于常規(guī)能源系統(tǒng)。”李立浧指出,“屆時,全國發(fā)電裝機容量近百億千瓦,而風光新能源單機容量僅兆瓦級別,數(shù)量龐大的機組只靠人工調度不可想象。”
如何解決這一問題?李立浧認為,要源網(wǎng)荷儲協(xié)同發(fā)展,要有數(shù)字化、信息化、智能化作支撐。“人工智能等信息化、數(shù)字化、智能化技術具有巨大的爆發(fā)力,有望成為應對能源電力變革的突破口。目前電力系統(tǒng)特別是電網(wǎng)系統(tǒng),信息化、數(shù)字化、智能化的步伐還需進一步提速,建設‘透明電網(wǎng)’正是朝著這一目標前進。”
順應數(shù)字化時代發(fā)展趨勢,積極推動能源轉型已成為行業(yè)共識。李立浧表示,目前能源行業(yè)存在技術、體制與市場壁壘,能源供應側、傳輸側和消費側都存在大量信息不透明、不共享等問題,是能源轉型面臨的重要挑戰(zhàn)。“當前亟需以‘透明電網(wǎng)’為核心,推動能源低碳轉型,構建安全高效的現(xiàn)代能源體系。”
“透明電網(wǎng)”將打破行業(yè)壁壘
何為“透明電網(wǎng)”?
李立浧表示,簡而言之,即以數(shù)字和數(shù)據(jù)為核心,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的可見、可知、可控,狀態(tài)透明。“‘透明電網(wǎng)’是智能電網(wǎng)發(fā)展到極致的表現(xiàn)。未來,電力系統(tǒng)不僅僅是發(fā)電、輸電和用電的關系,整個透明化系統(tǒng)讓各方充分融合互動。社會各方能夠廣泛深入?yún)⑴c電力生產、消費等各個環(huán)節(jié),協(xié)同促進能源電力的安全高效、綠色低碳發(fā)展。”
李立浧以交通、農業(yè)為例,闡述了“透明電網(wǎng)”理念的由來。“交通導航系統(tǒng)將路況、車況可以清晰透明地展現(xiàn)在網(wǎng)絡上,有助于及時判斷交通擁堵狀態(tài)、車輛健康狀況、規(guī)劃行車路線等完成自動駕駛。現(xiàn)代農業(yè)系統(tǒng)中,植物的莖干及葉子上布滿了傳感器,通過數(shù)據(jù)傳輸處理,系統(tǒng)能自動判斷澆水施肥的量與時間,可以節(jié)省15%—30%的水,作物產量能提高20%左右。電力網(wǎng)絡和交通路網(wǎng)有諸多相似之處,縱橫交織的道路和輸電線路、道路車流與電力潮流均可以類比。那么,電力系統(tǒng)的狀態(tài)為何不能實時展現(xiàn)呢?”
在李立浧看來,依托“透明電網(wǎng)”正可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)狀態(tài)的實時展現(xiàn)。“受制于現(xiàn)實條件,長期以來,電力系統(tǒng)的潮流不能直接測量而是需要計算。而隨著小微智能傳感器的突破和海量應用,提供精確的數(shù)字數(shù)據(jù)將成為可能,電網(wǎng)可以變得透明。”
數(shù)字孿生技術是關鍵抓手
如何建設“透明電網(wǎng)”?
李立浧認為,“透明電網(wǎng)”的核心是獲取真實、即時的數(shù)字數(shù)據(jù)。一方面,需要體積小、能耗小,且能自取能的小微智能傳感器;另一方面,需要智能設備,實現(xiàn)設備智能化,這些設備不僅能維持原有功能,還能提供電壓、電流、溫度等實時信息。
更關鍵的是,大量的數(shù)字和數(shù)據(jù)信息如何形成系統(tǒng)、發(fā)揮作用?這就需要類似于交通導航系統(tǒng)的強大軟件平臺,實現(xiàn)導航運行。屆時,電網(wǎng)管理就能真正體現(xiàn)出數(shù)字化、信息化、智能化。
具體而言,構建何種軟件平臺?李立浧認為,構建智慧能源生態(tài)系統(tǒng)是我國能源行業(yè)的發(fā)展趨勢,數(shù)字孿生技術將成為解決當前智慧能源發(fā)展面臨問題的關鍵抓手。
李立浧進一步指出,電力系統(tǒng)可以基于程序構建數(shù)字孿生的軟件平臺,對設備、潮流等進行全自動實時監(jiān)測和管理,實現(xiàn)系統(tǒng)透明化。“以軟件定義電力系統(tǒng),研發(fā)數(shù)字孿生技術,還有許多工作要做,需要電力系統(tǒng)內外的專家共同努力。”
李立浧表示:“我國的數(shù)字孿生標準制定尚處于起步階段,亟需啟動數(shù)字孿生相關標準的制定。同時,教育和科研機構盡快制定相關人才培養(yǎng)方案,鼓勵相關資源向智慧能源行業(yè)的數(shù)字孿生技術方向傾斜,增強技術推廣過程中的人才培育;以全球視野和格局進行人才培養(yǎng)和技術交流,為實現(xiàn)我國能源系統(tǒng)的數(shù)字化轉型,建設透明電力系統(tǒng),提供堅強支撐。”