37494 能源勢動:電力行業的碳中和該如何實現?

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能源勢動:電力行業的碳中和該如何實現?
腦極體 ·

燕良

2022/07/05
從長期來看,碳中和目標要求電力系統演化為“零碳電力系統”,電力電網的平衡需借助數字技術、新興技術的突破來實現,結構性的深化與改革,也孕育著新一輪的科技革新與機遇。
本文來自于微信公眾號“腦極體”(ID:unity007),作者:燕良,投融界經授權發布。

近日全國(guo)各(ge)地(di)暴雨(yu)、高溫、冰(bing)(bing)雹、洪澇(lao)等(deng)異常(chang)氣象頻(pin)繁在不(bu)同(tong)地(di)域上(shang)演。時間線拉長來(lai)(lai)看(kan),近20年(nian),全球(qiu)變暖、冰(bing)(bing)川融(rong)化、海平面上(shang)升等(deng)溫室(shi)效應帶來(lai)(lai)的氣候(hou)變化正嚴(yan)重影響著我們的生存環境。隨著世(shi)界各(ge)國(guo)對全球(qiu)氣候(hou)變化的逐漸重視,碳(tan)達峰、碳(tan)中和等(deng)一系列(lie)碳(tan)排放(fang)規劃逐步落(luo)地(di)。

能源勢動:電力行業的碳中和該如何實現?

數(shu)據顯(xian)示,在我國(guo)的(de)(de)碳(tan)排放(fang)中(zhong),能(neng)源(yuan)(yuan)燃(ran)燒(shao)是(shi)(shi)中(zhong)國(guo)主要(yao)的(de)(de)二氧(yang)化碳(tan)排放(fang)源(yuan)(yuan),占全部二氧(yang)化碳(tan)排放(fang)的(de)(de)88%左右。而(er)能(neng)源(yuan)(yuan)燃(ran)燒(shao)的(de)(de)用途主要(yao)是(shi)(shi)用來發(fa)電(dian),數(shu)據顯(xian)示,2019年電(dian)力碳(tan)排放(fang)42.27億噸,占全社(she)會排放(fang)總量的(de)(de)43%。能(neng)源(yuan)(yuan)系統脫碳(tan)是(shi)(shi)實現(xian)碳(tan)中(zhong)和目(mu)標(biao)的(de)(de)關鍵,而(er)電(dian)力行業的(de)(de)脫碳(tan)是(shi)(shi)重(zhong)中(zhong)之重(zhong)。

那么問(wen)題來了:電力(li)行業在助益實現碳中(zhong)和(he)的(de)路(lu)徑都有哪些?電力(li)行業的(de)數字(zi)化轉(zhuan)型又是如何支(zhi)持能(neng)源系統的(de)碳中(zhong)和(he)轉(zhuan)型之路(lu)?

脫碳之路

日常生活中(zhong),有(you)無處不在(zai)的電(dian)源插(cha)頭,插(cha)上電(dian)源線撥動開關,空(kong)調、冰箱、電(dian)腦等電(dian)器就開始運(yun)轉;在(zai)工廠中(zhong),自(zi)動化的機(ji)器運(yun)轉也離不開電(dian)力的支持,小小的開關背后(hou),是龐(pang)大精密復(fu)雜的電(dian)力系統。

電(dian)(dian)力(li)(li)(li)行業(ye)(ye)背后的(de)(de)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)系統,由發電(dian)(dian)、變電(dian)(dian)、輸電(dian)(dian)、配(pei)電(dian)(dian)和(he)用電(dian)(dian)等環(huan)節(jie)組成的(de)(de)電(dian)(dian)能生(sheng)產與消費系統。電(dian)(dian)力(li)(li)(li)行業(ye)(ye)的(de)(de)脫碳之路主要也是(shi)圍繞著這(zhe)些關鍵的(de)(de)環(huan)節(jie)展(zhan)開.

1.在(zai)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)環節,火(huo)(huo)(huo)(huo)力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)是主(zhu)要的電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)來源。據(ju)國(guo)家統(tong)計局數(shu)(shu)據(ju)顯示,以燃煤發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)為主(zhu)的火(huo)(huo)(huo)(huo)力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量,占全(quan)國(guo)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量比例(li)為71.19%。其次是水力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian),占比達(da)到16.37%,然后(hou)是風力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、核能(neng)。最(zui)后(hou)是太陽能(neng)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian),比重僅為1.92%。存量的火(huo)(huo)(huo)(huo)力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)行(xing)業中,運用各(ge)類凈煤技(ji)術來改造火(huo)(huo)(huo)(huo)力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的燃燒效(xiao)率(lv)減(jian)少碳(tan)排,比如運用AI離(li)線強化學習技(ji)術,用數(shu)(shu)據(ju)驅動優化火(huo)(huo)(huo)(huo)電(dian)(dian)(dian)(dian)廠燃燒系統(tong)環節,通(tong)過AI技(ji)術對火(huo)(huo)(huo)(huo)力(li)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)的燃燒過程控制優化提升機組(zu)燃燒的效(xiao)率(lv)。

能源勢動:電力行業的碳中和該如何實現?

除了火電(dian)(dian)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)供應外,風電(dian)(dian)、光(guang)伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)規模(mo)不斷增加。西南地區水力(li)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)豐富,大(da)型水電(dian)(dian)基地建設正在有序推進。西北則以風力(li)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)、光(guang)伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)為主。如光(guang)伏(fu)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian),國家(jia)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)局(ju)數(shu)據顯示,截至(zhi) 2021 年(nian)(nian),國內光(guang)伏(fu)累(lei)計裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)規模(mo)達 305.99GW, 同比增長(chang) 21.86%,太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)在全(quan)部(bu)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)規模(mo)中占比為 12.90%,2021年(nian)(nian)國內新(xin)增光(guang)伏(fu)裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)規模(mo) 54.88GW,2016-2021 年(nian)(nian)期間,國內光(guang)伏(fu)裝(zhuang)(zhuang)機(ji)(ji)規模(mo)的年(nian)(nian)復合增長(chang)率為 32.31%,呈快速增長(chang)態(tai)勢。

2.在變電(dian)環節,變電(dian)站被譽(yu)為電(dian)力系統的(de)神(shen)經中(zhong)樞,起變換、分(fen)配、控制、監測電(dian)能(neng)等作用。變電(dian)站在工(gong)作階段也會消耗電(dian)能(neng),據估計,我國變壓(ya)器(qi)的(de)總損耗占發電(dian)量的(de)10%左右。這(zhe)部分(fen)的(de)碳排也不可忽視(shi)。變電(dian)站會嵌入一些(xie)智(zhi)能(neng)設備來感(gan)知控制設備運(yun)行的(de)狀態,科學優化運(yun)營策略,提升變電(dian)站整體的(de)能(neng)效水平,促進節能(neng)減排。

3.在輸電配電等環節,依(yi)賴電網的調度系統(tong)(tong),保(bao)持發電與負荷的系統(tong)(tong)平(ping)衡。通(tong)過建設先進智能配電網,提(ti)高資源優化配置能力。智能電網推進已(yi)經(jing)近十年(nian),各環節的自動(dong)化水平(ping)已(yi)經(jing)占據前列,數字(zi)化智能化技術與措施正在推進,以推動(dong)源網荷高效協同提(ti)高系統(tong)(tong)調節能力,提(ti)升電力需求(qiu)側響應水平(ping)。

當(dang)然,在(zai)這(zhe)些路徑外也有補充的措(cuo)施(shi),比如解決電網并網過(guo)程中間歇性、波動(dong)大的安全隱患措(cuo)施(shi),包含(han)各類的物理、化學儲能(neng)(neng)方式(shi),如抽水蓄能(neng)(neng)、壓縮空氣、電池儲能(neng)(neng)等儲能(neng)(neng)技(ji)術(shu),以解決清潔能(neng)(neng)源并網使用的困境,促(cu)進低(di)碳清潔發電技(ji)術(shu)廣泛(fan)應用與智能(neng)(neng)電網技(ji)術(shu)迭代升級(ji)。

數字技術(shu)在電(dian)力(li)行(xing)業(ye)的(de)(de)脫碳道路中,與傳統(tong)的(de)(de)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)技術(shu)相結合,通過(guo)智能(neng)化(hua)的(de)(de)協調或(huo)優化(hua)各環節,以驅動電(dian)力(li)行(xing)業(ye)的(de)(de)碳排之路加速實(shi)現(xian)碳中和(he)。電(dian)力(li)行(xing)業(ye)的(de)(de)數字化(hua)轉型,典型應用是在新型的(de)(de)電(dian)網系統(tong)中。

數字化轉型的障礙

如果(guo)對電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)(tong)行業有(you)過了解的(de)讀者可(ke)(ke)能知道,傳(chuan)統(tong)(tong)(tong)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)(tong)采取的(de)生(sheng)產模(mo)式是“源(yuan)隨(sui)荷動(dong)”。什(shen)么意思呢?傳(chuan)統(tong)(tong)(tong)的(de)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)(tong)可(ke)(ke)以根據用(yong)電(dian)(dian)側的(de)負荷來(lai)調(diao)整電(dian)(dian)源(yuan)的(de)發電(dian)(dian)量,用(yong)可(ke)(ke)控的(de)發電(dian)(dian)系統(tong)(tong)(tong)去(qu)匹配波動(dong)幅度不(bu)大可(ke)(ke)測的(de)用(yong)電(dian)(dian)系統(tong)(tong)(tong),在運(yun)(yun)行過程中滾(gun)動(dong)調(diao)節,從而實(shi)現(xian)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)(tong)安全可(ke)(ke)靠(kao)運(yun)(yun)行。

隨(sui)(sui)著可(ke)再生(sheng)的(de)(de)清潔能(neng)(neng)(neng)(neng)源規(gui)(gui)模增加(jia),新能(neng)(neng)(neng)(neng)源電(dian)(dian)力(li)(li)并入大電(dian)(dian)網(wang),將(jiang)改(gai)(gai)變這一模式(shi)。風(feng)(feng)能(neng)(neng)(neng)(neng)、太(tai)陽能(neng)(neng)(neng)(neng)等新能(neng)(neng)(neng)(neng)源易受氣候影響,電(dian)(dian)力(li)(li)的(de)(de)生(sheng)產具有隨(sui)(sui)機性(xing)(xing)和(he)波動性(xing)(xing),而電(dian)(dian)網(wang)中的(de)(de)發(fa)電(dian)(dian)和(he)負荷要時刻(ke)保持(chi)電(dian)(dian)力(li)(li)平(ping)衡,這也對電(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)安全(quan)穩(wen)定性(xing)(xing)提出了挑戰。而大規(gui)(gui)模儲能(neng)(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)的(de)(de)研發(fa)和(he)廣(guang)泛應用是改(gai)(gai)善可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源發(fa)電(dian)(dian)間歇性(xing)(xing)和(he)波動性(xing)(xing)的(de)(de)保障(zhang),能(neng)(neng)(neng)(neng)夠顯著提高風(feng)(feng)、光等可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)消納水平(ping),是推動能(neng)(neng)(neng)(neng)源結構(gou)轉(zhuan)變的(de)(de)關鍵。

無論是適應新能源(yuan)大(da)規模高比(bi)例并網或消納(na)要求,還是支撐儲(chu)能等(deng)分布(bu)式能源(yuan)設(she)施廣泛(fan)(fan)接(jie)入,都需要以數字技術為電網賦能,以促進(jin)源(yuan)網荷(he)儲(chu)協(xie)調互動,推動新型電網向更(geng)加智慧(hui)、更(geng)加泛(fan)(fan)在(zai)的能源(yuan)互聯網升級(ji)。

新(xin)型(xing)電(dian)力系統(tong)(tong)電(dian)網的數(shu)(shu)字(zi)化(hua)轉型(xing),需要云計算、大數(shu)(shu)據、物聯網、人工智能等(deng)新(xin)一代數(shu)(shu)字(zi)技術對傳統(tong)(tong)電(dian)網進行數(shu)(shu)字(zi)化(hua)改造,支撐電(dian)力系統(tong)(tong)的綠色經濟(ji)轉型(xing)。不(bu)過數(shu)(shu)字(zi)技術在賦能電(dian)網智能綠色轉型(xing)的過程(cheng)中,面臨的阻礙不(bu)少。

現階(jie)段電(dian)力(li)行(xing)業(ye)(ye)自動化(hua)程(cheng)度高、信(xin)息化(hua)基礎系(xi)(xi)統(tong)完備(bei),因此電(dian)力(li)企(qi)業(ye)(ye)在(zai)數(shu)(shu)字化(hua)轉型上(shang),更加關注物(wu)聯網(wang)(wang)(wang)、大數(shu)(shu)據(ju)(ju)、人工(gong)智能等新技(ji)術的應用。新技(ji)術在(zai)電(dian)網(wang)(wang)(wang)中對于數(shu)(shu)據(ju)(ju)驅(qu)動決策的智能系(xi)(xi)統(tong)模(mo)型的建立并不成熟(shu);在(zai)新能源電(dian)力(li)的并網(wang)(wang)(wang)中,數(shu)(shu)字技(ji)術驅(qu)動的電(dian)網(wang)(wang)(wang)預測發電(dian)功(gong)率并不準確,電(dian)網(wang)(wang)(wang)電(dian)壓電(dian)流的調(diao)節能力(li)有限(xian),系(xi)(xi)統(tong)的穩定安全(quan)無法完全(quan)保障,電(dian)網(wang)(wang)(wang)的控制難度大,棄(qi)電(dian)情形高居不下。

與(yu)此同(tong)時,數(shu)(shu)(shu)字技(ji)術賦能下的(de)電網設(she)備(bei)關聯的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)龐(pang)大,大量的(de)生產(chan)經營數(shu)(shu)(shu)據(ju)信(xin)(xin)息割(ge)裂,沒有統一的(de)管理平(ping)臺(tai)將各類(lei)信(xin)(xin)息較好(hao)地融合,各類(lei)信(xin)(xin)息在各自的(de)平(ping)臺(tai)上處于(yu)孤島狀(zhuang)態,無法(fa)發揮數(shu)(shu)(shu)據(ju)的(de)協同(tong)效用。并且這(zhe)些數(shu)(shu)(shu)據(ju)關系著(zhu)國(guo)民與(yu)資源(yuan)的(de)敏感數(shu)(shu)(shu)據(ju),對網絡安全(quan)也(ye)提出(chu)了較高的(de)要求,構筑(zhu)安全(quan)的(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)防護體系也(ye)成為考(kao)驗(yan)。

電網的(de)數(shu)字(zi)化(hua)綠色轉型處于發展的(de)初始階段,這(zhe)些問題與(yu)挑(tiao)戰需要時(shi)間與(yu)技術的(de)迭(die)代(dai)磨合(he),電力行業的(de)碳中和之(zhi)路(lu),是(shi)能源系(xi)統結構調整的(de)關鍵部(bu)分,這(zhe)是(shi)個復雜的(de)系(xi)統問題,并不會(hui)簡單到一蹴而就(jiu)能夠達成。

不可逆的大勢與突破

電力(li)行業數字化的(de)轉型瞄準的(de)也是電網系統綠改中的(de)核心痛點入手,在電力(li)行業中,數字技(ji)術除了(le)在電網系統的(de)各類(lei)關鍵環節發(fa)力(li)外,也有(you)以集成的(de)形(xing)態如工業互聯網平(ping)臺來(lai)提升(sheng)對數據的(de)采集、分析、和(he)應用(yong)。

目前電(dian)(dian)(dian)(dian)力設(she)備制造商、大數(shu)(shu)據AI技術服務商與電(dian)(dian)(dian)(dian)力企業開展合作(zuo),通(tong)過技術平(ping)臺接入(ru)源(yuan)(yuan)、網、荷實時數(shu)(shu)據,利用AI、物聯網、大數(shu)(shu)據分(fen)析(xi)建模(mo),開展系統的調度、管(guan)控服務。一(yi)方面(mian)通(tong)過支持新能源(yuan)(yuan)實現(xian)無人值班、少(shao)人值守、區域化(hua)檢修模(mo)式等提高(gao)運(yun)營的效率,另(ling)一(yi)方面(mian)則是提高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)網系統本身(shen)的新能源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)力并網效率與整體用電(dian)(dian)(dian)(dian)效率,減少(shao)能源(yuan)(yuan)損耗(hao),支持電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)網能源(yuan)(yuan)資源(yuan)(yuan)的優(you)化(hua)配(pei)置,促進能源(yuan)(yuan)綠(lv)色生產和消費,最終支撐“雙(shuang)碳”目標實現(xian)。

電(dian)力企業的碳中和(he)之路是個復雜(za)的系統(tong)(tong)工程,涉及的環節眾多(duo),電(dian)網(wang)系統(tong)(tong)的綠色改革(ge)、運(yun)行控制、安全防護等變得更加復雜(za),隨著常(chang)規(gui)火電(dian)機組的有序退網(wang)和(he)大(da)規(gui)模新能源電(dian)源的并網(wang),電(dian)力電(dian)子(zi)技術與(yu)設備的投入,帶(dai)給整個電(dian)網(wang)系統(tong)(tong)較大(da)的波(bo)動性,雖然(ran)改革(ge)困難,但電(dian)網(wang)系統(tong)(tong)的碳中和(he)之路趨勢不可逆。

能源勢動:電力行業的碳中和該如何實現?

雖然(ran)清潔(jie)能(neng)(neng)源(yuan)會帶(dai)來(lai)挑(tiao)戰,但不斷發(fa)展的(de)(de)(de)氫能(neng)(neng)、儲(chu)能(neng)(neng)、可(ke)控(kong)核聚變等新技(ji)(ji)術(shu)(shu)有可(ke)能(neng)(neng)實(shi)現技(ji)(ji)術(shu)(shu)突破,并達到(dao)商用化程(cheng)度(du),也會給電(dian)(dian)力結構(gou)的(de)(de)(de)轉型帶(dai)來(lai)突破。我們在各類新聞中,總(zong)會看到(dao)在新能(neng)(neng)源(yuan)汽車中,快充電(dian)(dian)池、儲(chu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池屢屢突破的(de)(de)(de)新聞,鋰電(dian)(dian)池技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)革新,對(dui)電(dian)(dian)力系統帶(dai)來(lai)顛覆性(xing)的(de)(de)(de)革新,將(jiang)很大程(cheng)度(du)上(shang)解決(jue)超高比例新能(neng)(neng)源(yuan)接入給電(dian)(dian)力系統帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)挑(tiao)戰。不過儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)從實(shi)驗(yan)室到(dao)商用仍(reng)然(ran)需要很長的(de)(de)(de)一段(duan)路需要走,這種不確定(ding)性(xing),給其他技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)發(fa)展帶(dai)來(lai)空間。

無(wu)論是氫能(neng)(neng)、儲能(neng)(neng)、還是可控核(he)聚變(bian)等技術(shu),暫時都(dou)不(bu)(bu)能(neng)(neng)完全地解(jie)決電(dian)(dian)網系統的(de)問題,仍處在探索與發(fa)展(zhan)的(de)初始階段(duan),面臨的(de)曲(qu)折不(bu)(bu)少。不(bu)(bu)過(guo)從長期來(lai)(lai)看,碳中和目標要求電(dian)(dian)力(li)系統演化(hua)為(wei)“零碳電(dian)(dian)力(li)系統”,電(dian)(dian)力(li)電(dian)(dian)網的(de)平衡需借助(zhu)數字技術(shu)、新(xin)興技術(shu)的(de)突破來(lai)(lai)實現,結構性的(de)深化(hua)與改(gai)革,也孕育著新(xin)一輪的(de)科技革新(xin)與機遇。

不僅僅是(shi)意(yi)味著(zhu)踩上了發展的(de)(de)東風(feng),也(ye)能夠(gou)讓技術(shu)服(fu)務提(ti)供商們能夠(gou)搶占數字技術(shu)的(de)(de)高地,提(ti)高競爭力。如果將(jiang)這些復雜系統中(zhong)(zhong)的(de)(de)數字能力輻射(she)到其他類似場景的(de)(de)變(bian)革中(zhong)(zhong),也(ye)會為更(geng)多的(de)(de)行業帶來(lai)效率的(de)(de)提(ti)升,在(zai)實(shi)現碳中(zhong)(zhong)和的(de)(de)路途中(zhong)(zhong),拓展到更(geng)廣闊的(de)(de)行業中(zhong)(zhong),創(chuang)造更(geng)大的(de)(de)社會價值(zhi)。

碳中和 電力(li)行業 清(qing)潔能源
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應用版本:V2.7.8 | 更新日期:2022-01-21
 
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