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近日，各地已經輪番上演高溫(wen)、暴雨、冰雹(bao)、洪水的極端天氣(qi)。極端天氣(qi)的頻發，也讓越(yue)來(lai)(lai)越(yue)多的人感受到溫(wen)室(shi)效(xiao)應帶來(lai)(lai)的危害。

為(wei)了應對全球變暖(nuan)，選擇碳(tan)中(zhong)和之路已(yi)經成為(wei)許多國家的(de)(de)(de)共(gong)識。在(zai)雙(shuang)碳(tan)戰(zhan)略背(bei)景下，我們知道開發(fa)(fa)可再生的(de)(de)(de)清潔(jie)能源(yuan)是重中(zhong)之重。畢(bi)竟在(zai)人類高碳(tan)排(pai)(pai)的(de)(de)(de)活動中(zhong)，幾乎四分之三(san)的(de)(de)(de)碳(tan)排(pai)(pai)來(lai)源(yuan)于(yu)能源(yuan)的(de)(de)(de)消耗(hao)。在(zai)發(fa)(fa)展風光水(shui)電(dian)等資源(yuan)的(de)(de)(de)過程(cheng)中(zhong)，可再生能源(yuan)的(de)(de)(de)并網(wang)(wang)是關鍵。因為(wei)可再生能源(yuan)顯(xian)著的(de)(de)(de)間(jian)歇(xie)性和強(qiang)隨(sui)機波(bo)動性，接(jie)入大(da)電(dian)網(wang)(wang)后，給(gei)系(xi)統帶來(lai)了強(qiang)烈的(de)(de)(de)波(bo)動，影響電(dian)網(wang)(wang)的(de)(de)(de)穩(wen)定與安全。

在解決清潔能源并網(wang)(wang)的(de)有效措(cuo)施中(zhong)(zhong)(zhong)，儲能和虛(xu)擬電(dian)廠是其中(zhong)(zhong)(zhong)有效的(de)方式，腦極體在之(zhi)(zhi)前的(de)虛(xu)擬電(dian)廠和儲能勢動的(de)文章(zhang)都有詳細的(de)介紹過，除(chu)此之(zhi)(zhi)外(wai)，運用仿真(zhen)模擬的(de)數(shu)字孿生技術映(ying)射并網(wang)(wang)也成為(wei)重要的(de)舉措(cuo)。今(jin)天就和大伙兒(er)掰(bai)(bai)扯(che)掰(bai)(bai)扯(che)其在能源電(dian)網(wang)(wang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)應用、價值與瓶頸。

光伏仿真模擬正當時

從能源(yuan)側的(de)角(jiao)度來看(kan)，以清潔能源(yuan)光伏(fu)發電(dian)舉例來說，其(qi)全(quan)(quan)(quan)生(sheng)命周期都需要嚴格(ge)的(de)安全(quan)(quan)(quan)生(sheng)產管(guan)(guan)理，因此在(zai)能源(yuan)生(sheng)產到(dao)傳輸的(de)全(quan)(quan)(quan)路徑都需要安全(quan)(quan)(quan)可控(kong)的(de)技術來管(guan)(guan)理全(quan)(quan)(quan)部的(de)流(liu)程。以“數字孿生(sheng)”技術為主，基(ji)于豐富的(de)數據為核心，可以對電(dian)力從預測、生(sheng)產到(dao)傳輸的(de)流(liu)程全(quan)(quan)(quan)部監(jian)管(guan)(guan)。

在光伏發電設備中，具體來看，仿真模擬(ni)的數字孿(luan)生(sheng)技(ji)術主要(yao)從狀態的診斷(duan)、生(sheng)產(chan)調試(shi)、運行(xing)分析、安全(quan)控制等幾個核(he)心層面(mian)展(zhan)開(kai)。

在光(guang)伏發(fa)(fa)電(dian)過(guo)程中，光(guang)伏太陽板的(de)位置、角(jiao)度、光(guang)照、風速等變化，會影響太陽能發(fa)(fa)電(dian)功率的(de)變化，如果能夠根據仿真模擬的(de)技(ji)術提前預測發(fa)(fa)電(dian)功率進行(xing)調配(pei)(pei)的(de)話，可以很(hen)好地解決電(dian)網配(pei)(pei)平(ping)的(de)問題。只有(you)能源端發(fa)(fa)電(dian)側預測準確及(ji)時，才能給下游輸送端留(liu)出足夠時間調配(pei)(pei)儲(chu)能額度。

與此同時，光(guang)伏發(fa)電站(zhan)(zhan)也被要求需要每隔(ge)一(yi)段時間報告預(yu)(yu)估的(de)發(fa)電功率，因此仿真模擬(ni)的(de)預(yu)(yu)測功能(neng)是(shi)各大光(guang)伏發(fa)電站(zhan)(zhan)的(de)必需。此前在光(guang)伏發(fa)電的(de)預(yu)(yu)測功能(neng)方面(mian)，業內人士(shi)采用的(de)是(shi)算(suan)(suan)法預(yu)(yu)測的(de)方式，但因為(wei)算(suan)(suan)法模擬(ni)的(de)“黑箱”特性與一(yi)些突發(fa)的(de)天氣(qi)影響(xiang)因素等(deng)無法應用算(suan)(suan)法準(zhun)確的(de)模擬(ni)，應用算(suan)(suan)法來預(yu)(yu)測的(de)方式逐(zhu)漸(jian)被數字孿生的(de)技術思路代替。

數(shu)字孿生技術(shu)可(ke)以1：1還原整座光伏發(fa)電站的(de)形(xing)態、結(jie)構(gou)和(he)地理位置(zhi)，然后通過輸入外部參數(shu)變化（如風速、溫度和(he)天氣狀(zhuang)況），使用物理仿(fang)真模型，對現實(shi)(shi)世界的(de)電站運(yun)行情況實(shi)(shi)時模擬，提前做(zuo)出預判。

因為(wei)數字孿生(sheng)技術在工(gong)業、智慧城(cheng)市、智慧建筑等(deng)領域的(de)成功應用，因此在清(qing)潔能源(yuan)領域中(zhong)的(de)應用也讓許多業內人(ren)士期(qi)待。目(mu)前整個(ge)(ge)行業內可以(yi)(yi)提供光伏預測技術的(de)服務(wu)企業屈指可數，國外(wai)以(yi)(yi)Solargis為(wei)主的(de)幾個(ge)(ge)少數企業比較(jiao)知名(ming)，而國內目(mu)前的(de)狀況也是以(yi)(yi)幾個(ge)(ge)零星的(de)初(chu)創企業摸索為(wei)主，處(chu)于卡脖子的(de)空白。

光(guang)伏(fu)(fu)預測的(de)難度(du)高主要(yao)原(yuan)因則(ze)是光(guang)伏(fu)(fu)仿真(zhen)模擬(ni)對于(yu)氣(qi)象數(shu)據的(de)要(yao)求較高，并(bing)且(qie)融合的(de)數(shu)據相(xiang)關度(du)不高，如(ru)太陽光(guang)、氣(qi)象物理、地形地貌(mao)等參數(shu)不相(xiang)關，并(bing)且(qie)氣(qi)象數(shu)據偶(ou)發的(de)頻(pin)次不低，對于(yu)預測的(de)準確度(du)也有(you)影響。如(ru)果想要(yao)提高各類模型(xing)互(hu)相(xiang)耦合后的(de)精(jing)度(du)，則(ze)對復合型(xing)人(ren)才(cai)以及專家型(xing)人(ren)才(cai)的(de)協同提出高要(yao)求。光(guang)伏(fu)(fu)仿真(zhen)模擬(ni)領域的(de)專業壁壘較高也就不難理解。

隨著數(shu)字孿生(sheng)技術的(de)(de)不(bu)斷(duan)落(luo)地與持續(xu)演進，對(dui)于(yu)光(guang)伏(fu)(fu)市(shi)場(chang)的(de)(de)擴增與裝(zhuang)機量的(de)(de)不(bu)斷(duan)提(ti)升，光(guang)伏(fu)(fu)仿真(zhen)模(mo)擬(ni)正在“發光(guang)”并成為(wei)國內(nei)企業開始爭(zheng)相布(bu)局的(de)(de)領域，不(bu)僅是因為(wei)潛在的(de)(de)市(shi)場(chang)規模(mo)與商業機遇(yu)，從數(shu)據安(an)全(quan)的(de)(de)角度來看，因為(wei)牽扯的(de)(de)國土資(zi)源、氣象(xiang)等核心數(shu)據，國產化的(de)(de)仿真(zhen)數(shu)字孿生(sheng)技術發展正當(dang)時(shi)。

數字孿生：纏繞的“勒頸線”

光(guang)伏仿(fang)真(zhen)模(mo)擬是典型的數(shu)字(zi)孿生在能源(yuan)生產(chan)階段的場景(jing)應用，數(shu)字(zi)孿生通(tong)過建立虛擬映射的仿(fang)真(zhen)模(mo)型，實(shi)時對光(guang)伏發電(dian)站的運行狀態和(he)運行環(huan)境等進行監控和(he)模(mo)擬仿(fang)真(zhen)運行，及時制定生產(chan)機組的最(zui)優運行策(ce)略，不(bu)僅獲(huo)取更高(gao)的發電(dian)功(gong)率，也能夠提前預測發電(dian)功(gong)率進行并網的調優。

在能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)傳(chuan)輸(shu)(shu)側，數(shu)字孿(luan)生(sheng)可以把(ba)控傳(chuan)輸(shu)(shu)過程的(de)(de)(de)安全(quan)與優化能(neng)力(li)，例(li)如(ru)對(dui)于電(dian)(dian)纜(lan)設(she)(she)備(bei)可以進行(xing)映射建模，通(tong)過輸(shu)(shu)入的(de)(de)(de)參數(shu)與數(shu)據，對(dui)輸(shu)(shu)電(dian)(dian)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)況和(he)各節點的(de)(de)(de)負荷狀(zhuang)況進行(xing)監測，通(tong)過大(da)數(shu)據和(he)智能(neng)算(suan)法實時監控電(dian)(dian)網(wang)并及時對(dui)電(dian)(dian)網(wang)可能(neng)出現的(de)(de)(de)問題進行(xing)預警，方便管理(li)人(ren)員的(de)(de)(de)監管，以提高電(dian)(dian)纜(lan)設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)運(yun)行(xing)性能(neng)，增加設(she)(she)備(bei)的(de)(de)(de)使(shi)用壽命。

在能(neng)(neng)源(yuan)的分(fen)配側，數(shu)字孿(luan)生可(ke)以針(zhen)對能(neng)(neng)源(yuan)分(fen)配環節存在的大(da)量變(bian)(bian)電(dian)設(she)備(bei)，采(cai)用映(ying)射(she)(she)的方(fang)式將(jiang)設(she)備(bei)虛(xu)擬(ni)化(hua)，在智能(neng)(neng)安全(quan)監測設(she)備(bei)的輔助下，實(shi)(shi)現海量數(shu)據(ju)與(yu)物(wu)理設(she)備(bei)的關聯(lian)映(ying)射(she)(she)，在可(ke)視化(hua)平(ping)臺(tai)進行實(shi)(shi)時展現，形成數(shu)字孿(luan)生變(bian)(bian)電(dian)站，提升能(neng)(neng)源(yuan)分(fen)配的經濟性和安全(quan)性。

數字孿生(sheng)技(ji)術在能(neng)源領域的(de)全(quan)生(sheng)命階段都可以深度的(de)參(can)與(yu)，提(ti)高可控性與(yu)安全(quan)生(sheng)產，不過數字孿生(sheng)技(ji)術的(de)應用發展仍然存(cun)在“勒頸”挑戰。

對于數(shu)字孿(luan)生來(lai)(lai)說(shuo)，核心的(de)(de)(de)是(shi)數(shu)據，數(shu)據的(de)(de)(de)來(lai)(lai)源是(shi)否豐富(fu)、準(zhun)(zhun)確等(deng)，都(dou)對模擬的(de)(de)(de)結果影響較大。拿國外的(de)(de)(de)Solargis企業(ye)來(lai)(lai)說(shuo)，其光(guang)伏發電的(de)(de)(de)評估模型工具都(dou)是(shi)與(yu)頂級的(de)(de)(de)實驗室、光(guang)伏產業(ye)常(chang)年(nian)研(yan)究協作的(de)(de)(de)成果，積累了幾十年(nian)的(de)(de)(de)氣候與(yu)光(guang)伏廠商(shang)的(de)(de)(de)數(shu)據。對于想要布局的(de)(de)(de)企業(ye)來(lai)(lai)說(shuo)，在(zai)數(shu)據領域是(shi)否能夠獲得準(zhun)(zhun)確豐富(fu)的(de)(de)(de)數(shu)據也(ye)是(shi)考驗。

數(shu)(shu)(shu)據(ju)與技(ji)(ji)(ji)術融合(he)的(de)(de)(de)過程困難。數(shu)(shu)(shu)字(zi)孿生技(ji)(ji)(ji)術涉及采集(ji)的(de)(de)(de)不(bu)同種(zhong)類數(shu)(shu)(shu)據(ju)眾多，在(zai)仿真(zhen)建模的(de)(de)(de)過程中，如何(he)協(xie)調不(bu)相關數(shu)(shu)(shu)據(ju)之間的(de)(de)(de)耦(ou)合(he)，也比較困難。與此同時(shi)數(shu)(shu)(shu)字(zi)孿生涉及的(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術包括(kuo)5G、物聯(lian)網技(ji)(ji)(ji)術、云計算、模擬(ni)仿真(zhen)技(ji)(ji)(ji)術、AI技(ji)(ji)(ji)術等，這些(xie)技(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)(de)協(xie)同發展并不(bu)成熟，并且(qie)數(shu)(shu)(shu)字(zi)孿生后(hou)的(de)(de)(de)平臺模型標準化(hua)滯(zhi)后(hou)。

建模(mo)(mo)仿真的(de)(de)技術有(you)待突破，對于建模(mo)(mo)仿真技術中的(de)(de)理(li)論方(fang)法和關(guan)鍵技術需要(yao)提升(sheng)，因為(wei)數字孿(luan)生涉(she)及的(de)(de)數據(ju)、參數眾(zhong)多(duo)，需要(yao)結(jie)合不同類型(xing)的(de)(de)數據(ju)如(ru)氣(qi)(qi)象、地形(xing)、季節等，對于仿真模(mo)(mo)擬計算(suan)的(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)擬合難(nan)度要(yao)求也較(jiao)高(gao)，耦合出較(jiao)為(wei)精(jing)準(zhun)的(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)比較(jiao)困難(nan)。再(zai)加(jia)上可再(zai)生清潔能源的(de)(de)間歇(xie)性(xing)特性(xing)如(ru)季節、氣(qi)(qi)候等影響(xiang)，數據(ju)的(de)(de)波動幅度大(da)，合成(cheng)精(jing)度較(jiao)高(gao)有(you)效的(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)較(jiao)為(wei)困難(nan)。

無論是(shi)數據驅動還是(shi)數據+模型的(de)驅動，都對孿(luan)生數字技(ji)術(shu)在能源領域的(de)應用提出了(le)(le)較高的(de)要(yao)(yao)求，正(zheng)在發展(zhan)(zhan)初(chu)期的(de)技(ji)術(shu)需要(yao)(yao)時(shi)間(jian)與(yu)具體(ti)場(chang)景長久(jiu)的(de)打磨，才能提升，不過(guo)正(zheng)是(shi)因為技(ji)術(shu)的(de)壁壘與(yu)發展(zhan)(zhan)的(de)機遇，也為參與(yu)的(de)企業帶來了(le)(le)廣闊的(de)發展(zhan)(zhan)空間(jian)。

“映射”可持續的未來

我們知道在碳(tan)(tan)中和(he)的(de)(de)(de)目標背景下，可再(zai)生能(neng)(neng)源風(feng)、光、水等在電(dian)力系統中的(de)(de)(de)重要性逐漸提(ti)高，也是能(neng)(neng)源變(bian)革中實現雙碳(tan)(tan)目標的(de)(de)(de)必要途徑(jing)。據(ju)南方電(dian)網(wang)2021年的(de)(de)(de)預(yu)測，到(dao)2030和(he)2060年，中國風(feng)光新能(neng)(neng)源的(de)(de)(de)發電(dian)量占比將(jiang)分別達(da)到(dao)25%和(he)60%。這也意(yi)味著接(jie)入大電(dian)網(wang)中的(de)(de)(de)新能(neng)(neng)源電(dian)力越(yue)來越(yue)多，構(gou)建智(zhi)慧能(neng)(neng)源生態系統成為我國能(neng)(neng)源行(xing)業的(de)(de)(de)發展(zhan)趨勢。

而融合(he)物聯網(wang)技(ji)(ji)術(shu)、5G通信技(ji)(ji)術(shu)、大數據分(fen)析技(ji)(ji)術(shu)、高性能計(ji)算技(ji)(ji)術(shu)和(he)先進(jin)仿真分(fen)析技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)數字孿(luan)生(sheng)技(ji)(ji)術(shu)體系(xi)，成為(wei)解決(jue)電(dian)(dian)(dian)網(wang)并網(wang)與智慧能源發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)關鍵。數字孿(luan)生(sheng)結合(he)儲能設備(bei)，虛(xu)擬電(dian)(dian)(dian)廠等技(ji)(ji)術(shu)可為(wei)電(dian)(dian)(dian)網(wang)提供(gong)安全、發(fa)電(dian)(dian)(dian)效率的(de)(de)(de)提升，也能夠為(wei)并入大電(dian)(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)(de)調頻(pin)、調峰(feng)(feng)等輔助服務，實現(xian)電(dian)(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)(de)削峰(feng)(feng)填谷，促進(jin)新(xin)能源的(de)(de)(de)綠色數智化轉型(xing)。

雖(sui)然(ran)目前數字孿生在電(dian)網(wang)領(ling)域的(de)(de)(de)(de)應用場(chang)景還主(zhu)要(yao)以單點(dian)的(de)(de)(de)(de)示范工程為主(zhu)，應用的(de)(de)(de)(de)場(chang)景較(jiao)少(shao)，智(zhi)能化水平也較(jiao)低。但是隨著雙碳東風的(de)(de)(de)(de)大勢(shi)，以及配套前沿技(ji)術(shu)如物聯網(wang)、云(yun)計算、AI等技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)深度融合，長遠來看，數字孿生在電(dian)網(wang)領(ling)域的(de)(de)(de)(de)建設也會取(qu)得質的(de)(de)(de)(de)突(tu)破。

未來整個電力(li)系(xi)統(tong)(tong)，從能(neng)(neng)源生(sheng)產側到應(ying)用(yong)側，都(dou)會(hui)(hui)迎來較大的(de)改革，可能(neng)(neng)未來的(de)電網(wang)中每一臺(tai)設備(bei)都(dou)會(hui)(hui)接入到數(shu)字孿生(sheng)中，能(neng)(neng)夠準(zhun)確滿(man)(man)足精(jing)細化(hua)(hua)管理的(de)需(xu)求(qiu)，映射(she)仿真(zhen)的(de)顆粒度會(hui)(hui)越來越細，朝著精(jing)細化(hua)(hua)挺進；系(xi)統(tong)(tong)化(hua)(hua)的(de)發展也是數(shu)字孿生(sheng)電網(wang)的(de)另(ling)一個發展趨勢，以(yi)往碎片式的(de)構筑(zhu)應(ying)用(yong)方(fang)式，也會(hui)(hui)隨著顆粒度的(de)變化(hua)(hua)，部件設備(bei)功能(neng)(neng)模塊化(hua)(hua)的(de)整合，可以(yi)區域級的(de)響(xiang)應(ying)與調控，滿(man)(man)足實時狀態的(de)把控；而隨著AI技術(shu)、邊(bian)緣技術(shu)、云(yun)計(ji)算等發展，數(shu)字孿生(sheng)的(de)電網(wang)智能(neng)(neng)化(hua)(hua)水平也會(hui)(hui)大幅提(ti)高，不僅可以(yi)預估(gu)各類(lei)警報(bao)信息，也能(neng)(neng)夠提(ti)前做出措施以(yi)應(ying)對，提(ti)升(sheng)整個電力(li)能(neng)(neng)源的(de)穩定與經濟運行。

在大電網的(de)(de)并網挑戰中，數(shu)(shu)字孿生、儲能等都是(shi)有(you)效的(de)(de)措施(shi)，并且(qie)在電網的(de)(de)規劃、建設、運營等過(guo)程(cheng)會(hui)發(fa)揮關鍵(jian)的(de)(de)支撐作用。數(shu)(shu)字孿生電網的(de)(de)應(ying)用升級，最終也會(hui)對數(shu)(shu)字孿生在智(zhi)慧城市、智(zhi)慧交通、智(zhi)慧樓宇等領域(yu)的(de)(de)發(fa)展提供技(ji)術(shu)的(de)(de)支撐。這些平行領域(yu)之間技(ji)術(shu)互相遷(qian)移與應(ying)用，共同構筑著未來我們數(shu)(shu)字生活的(de)(de)智(zhi)能化、綠色化發(fa)展。

雙碳(tan)為(wei)(wei)千(qian)行百業帶來的(de)(de)不僅是商業的(de)(de)機遇與挑戰(zhan)，也為(wei)(wei)能源結構的(de)(de)變(bian)(bian)革、產業數智技(ji)術空間的(de)(de)躍升(sheng)帶來質變(bian)(bian)。從前(qian)，我(wo)們一(yi)直(zhi)強調的(de)(de)是各(ge)(ge)行各(ge)(ge)業乘著雙碳(tan)的(de)(de)東(dong)風(feng)有了(le)發展的(de)(de)機遇，現(xian)在，深(shen)入(ru)能源領(ling)域的(de)(de)深(shen)處，我(wo)們會(hui)發現(xian)產業與雙碳(tan)戰(zhan)略也是一(yi)場互相成就(jiu)的(de)(de)相遇，各(ge)(ge)自為(wei)(wei)對方帶來前(qian)所(suo)未有的(de)(de)改變(bian)(bian)，而(er)這些變(bian)(bian)化也會(hui)深(shen)入(ru)到所(suo)有細(xi)碎的(de)(de)日常中，為(wei)(wei)未來披上可持續的(de)(de)“綠罩袍”。