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数字中国在乡村的新能源微电网解码

发布时间:2024-05-19 01:02:05 来源:爱游戏网站主页 作者:爱游戏网址是多少

  2023年4月24日,由联合国主办,中国国家统计局、浙江省人民政府联合承办的第四届联合国世界数据论坛在杭州举行。高层领导在致辞中表示“中国将做强做优做大数字化的经济,增强经济发展新动能。”

  联合国经济和社会事务部统计司司长斯特芬·施万斯特表示,本次论坛的成果《杭州宣言》,将继续践行2017年在南非开普敦举办首届论坛的成果文件,即《开普敦全球可持续发展行动计划》,以推动实现2030年可持续发展议程,持续加强统计能力建设,推动建立有韧性的国家数据ECO。他认为,随着数据生产规模的持续扩大,对数据ECO投入也需要相应增加。当前数字转型已渗透到生活方方面面,因而数据ECO也需要更稳定和包容,更具韧性。

  浙江省常务副省长徐文光表示,浙江早在2003年就做出了实施“八八战略”、建设“数字浙江”的重大战略部署,鸣响了发展数字化的经济的发令枪。回顾20年历程,主要有三个特点:一是锚准定位,锚定“数字浙江”建设,充分挖掘数据价值,快速推进数字化的经济、数字社会深层次地融合发展;二是苦练内功,坚持把科技作为第一生产力、人才作为第一资源、创新作为第一动力;三是做好加法,做好“数字化的经济+”文章,推广“产业大脑+未来工厂”模式,实施“数字化的经济+对外开放”“数字化的经济+日常生活”。他强调,浙江将以承办本次论坛为契机,积极用好论坛成果和溢出效应,从省域层面加强与各方的务实合作,加快建设数字化的经济高水平发展强省。

  国家关于碳中和、能源革命、数字中国、乡村振兴发展的策略目标明确,近三年相继做出重要部署:

  (1)2021年12月12日,国务院印发《“十四五”数字化的经济发展规划》,指出2025年我国数字化的经济增加值,占国内生产总值(GDP)比重要达到10%,我国数字化的经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段。

  (2)2022年10月24日,中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。

  (3)2023年2月13日中央一号文《中央 国务院关于做好2023年全方面推进乡村振兴重点工作的意见》。

  (4)2023年2月27日,中央、国务院印发了《数字中国建设整体布局规划》。

  (6)2023年3月23日,国家能源局、生态环境部、农业农村部、国家乡村振兴局,《关于组织并且开展农村能源革命试点县建设的通知》。

  (7)2023年3月28日,国家能源局下发《关于快速推进能源数字化智能化发展的若干意见》。

  《规划》指出,建设数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎【新旧经济动能转换】,是构筑国家竞争新优势的有力支撑。加快数字中国建设,对全面建设社会主义现代化国家、全方面推进中华民族伟大复兴具备极其重大意义和深远影响。

  《规划》强调,要坚持以习新时代中国特色社会主义思想特别是习总 书记关于网络强国【信息安全=信创+网络/数据安全+AI】的重要思想为指导,深入贯彻党的二十大精神,坚持稳中求进工作总基调,完整、准确、全面贯彻新发展理念,加快构建新发展格局,着力推动高水平质量的发展,统筹发展和安全,强化系统观念和底线思维,加强整体布局,按照夯实基础、赋能全局、强化能力、优化环境的战略路径,全方面提升数字中国建设的整体性、系统性、协同性,促进数字化的经济和实体经济深层次地融合,以数字化驱动生产生活和治理方式变革,为以中国式现代化全方面推进中华民族伟大复兴注入强大动力。

  纵观四次生产力变革,新兴生产要素的诞生,是社会生产力变革的重要推动因素。新兴生产要素使得技术发展跳出原有的路径,为经济发展注入全新的驱动力。在人类历史上,土地、资本、技术作为生产要素出现的阶段,都是生产力加快速度进行发展的时期,分别对应农业革命、商业革命与工业革命。自5G技术大范围应用开始,数据要素逐步起量,至AI技术应用场景爆发,数据要素重要性进一步凸显。数据要素对经济稳步的增长与企业盈利有显著的正向影响。

  (1)从宏观经济的角度看, 国家工业信息安全发展研究中心多个方面数据显示,数据要素对我国2021年GDP 增长的贡献率达到14.7%,较2018年增加幅度超过2个百分点;贡献度达到0.83个百分点。2022年,中国数据要素市场规模达到815亿元。

  (2)从企业经营的角度看,数据要素使用较多的上市公司,ROA(资产收益率)相应地较高。2021年的平均ROA(资产收益率)差距是4.7个百分点。

  针对电力、煤炭、油气等行业数字化智能化转型发展需求,通过数字化智能化技术融合应用,急用先行、先易后难,分行业、分环节、分阶段补齐转型发展短板,为能源高水平质量的发展提供有效支撑。

  数字赋能。发挥智能电网延伸拓展能源网络潜能,推动形成能源智能调控体系,提升资源精准高效配置水平;推动数字化智能化技术在煤炭和油气产供储销体系全链条和各环节的覆盖应用,提高行业整体能效、安全生产和绿色低碳水平。

  协同高效。推动数据资源作为新型生产要素的充分流通和使用,打通不同主体间的信息壁垒,带动能源网络各环节的互联互动互补,提升产业链上下游及行业间协调运行效率,以数字化智能化转型促进能源绿色低碳发展的跨行业协同。

  融合创新。聚焦原创性、引领性创新,加快人工智能、数字孪生、物联网、区块链等数字技术在能源领域的创新应用,推动跨学科、跨领域融合,促进创新成果的工程化、产业化,培育数字技术与能源产业融合发展新优势。

  从数字经济+商品交易的基础原理,通过快速落地清洁能源光伏、风电实现双碳目标,充分的发挥“电”的商品属性,科学家设计出系统化解决老百姓生活用能走向光伏取暖,光伏电动汽车充电,所有家用热水采用热泵节能制热,清洁电替代天然气做饭,形成最小用电消纳微电网,不改造传统电网便可实现电源能量流双向流动,为乡村振兴提供可实施、可落地、可见效的全新生产力提升新技术。

  智能微电网具备以下四个基本特征:智能节能,可减少大规模分布式电源接入对电网造成的冲击,微电网与外部电网的交换功率和时段具有可控性,通过对电源、负荷和储能系统的协同控制,实现与电网之间的功率交换;微型大多数表现在电压等级低,电压等级一般在35kV及以下;系统规模小,系统容量不大于20MW,通常为兆瓦级及以下;清洁电源以可再次生产的能源为主,或以天然气多联供等能源综合利用为目标的发电型式;自治微电网内部基本实现电力供需自平衡。微电网与外部电网的年交换电量一般不超过年用电量的50%,运行时能保障重要负荷在一段时间内连续供电;单一型微电网应具有黑启动能力;微电网可再次生产的能源装机容量与最大负荷的比值在50%以上,或能源综合利用效率在70%以上。

  智能储能节能电微型电网,微电网的定义由分布式电源、用电负荷、配电设施、监控和保护设施等组成的小型发配用电系统(必要时含储能装置)。其分类微电网分为并网型微电网和单一型微电网,可实现自我控制和自治管理。并网型微电网既可以与外部电网并网运行,也可以离网单独运行;单一型微电网不与外部电网连接,电力电量自我平衡。在城市、商业、工业、新型城镇等地区鼓励建设以风、光发电.燃气三联供系统为基础的微电网,提高能源综合利用效率;聚能优电智能微网电站低碳、绿色能源、可再次生产的能源发电。

  目前中国微电网行业主要集中于公共机构、工商业区和社区领域三个细致划分领域市场,在2021年市场占比分别为33%、31%和19%,相比之下军队和孤岛领域占比较低,约为11%和6%。

  从我国分布式发电装机量方面来看,呈现逐年递增的趋势,目前中国约有281个已经完工的微电网项目,其中可再生装机容量约为725MW。2021年分布式光伏发电并网装机容量约为107GW,与2020年相比,同比增长约37.56%,其次是风电领域,2020年分布式风电累计装机容量约为1.2GW,研精毕智预测2030年将达到30GW左右。

  中国微电网行业已经逐步进入加快速度进行发展的阶段,2018年市场规模约43.7亿元,同比增长了9.8%,同时在现阶段,全球大约有80%的微电网待建项目在中国,在国家不断出台行业政策、推进微电网技术和产业链下游应用扩展的过程中,预测中国微电网市场规模将会逐年增加,到2023年有望达到70亿美元,年平均复合增长率为12.0%,市场有较大的发展空间。

  由于传统微电网主要是通过柴油机和燃气机进行发电。新能源微电网是最近几年发展起来的新生事物,与传统微电网之间有着紧密的联系。随着我们国家新能源利用率的不断提升,同时在碳达峰及碳中和目标的提出之下,为光伏和风电等新能源的发展提供了基础,同时也带动了我们国家新能源微电网应用的快速落地。

  微电网具有成本低、自我控制和效率高等特点,随着用户对供电的个性化需求慢慢地提高,微电网能够完全满足用户的需求,能够最终靠独立型微电网控制自身电力电量的平衡,在供电能力方面有较大的提高,同时也能解决无电地区的供电问题。

  从全球微电网市场分布区域来看,大多分布在在亚太和北美地区,预计未来这些地区将会持续增长,有望超过全球约50%的市场占有率,在一带一路沿线微电网的装机背景之下,将会成为未来我国微电网市场的增长点之一。

  从中国微电网行业现在的状况来看,随着风电和光伏分布式发电装机量的提高,同时在国家政策的引导下,将会带动微电网行业的加快速度进行发展;从行业发展前途方面来看,新能源发展、个性化供电需求和一带一路沿线微电网的建设都将成为新的市场增长点。

  传统电力自动化、信息化,主要的推动者是发电侧、电网侧的企业,比如智慧电厂、智能电网的应用。

  比如智能电网的数字化,以前更多的投资是在输电网,以及高等级的配电网。而中低压配电网(公共配电网部分),乃至用户配电网,一直是数字化的盲区。

  这也很好理解,过去的电网是单向潮流,末端只是被动接收者,所以只要把输电网和较大的配电网管好,电网就可以安全运行了。

  举个例子,仅仅是维护公共中低压配电网的设备资产、线路、用户的静态关系,某个地市公司每年都可能花几千万去做数据治理和台账更新,还没办法保证100%的准确度。

  但是新型电力系统要源荷互动、自下而上的分层分区功率平衡,客观上需要对电网的最后5公里乃至最后1公里进行深度数字化。

  所以我们大家都认为数字泛在化,实现整个电力系统最后5公里的数字化,是源荷互动的基础,也是新型电力系统的最主要技术创新方向。

  这就是数字化的泛在趋势。当然,这种泛在是有条件的,比如经济价值如何衡量?技术路线和技术模式又是如何?实现方式是怎么样?

  基于传统通信、自动化技术研发的产品,是以硬件为核心的,基于硬件开发嵌入式软件,并形成产品功能。比如电表产品,是采购标准的计量芯片,然后搭配通信、存储、处理芯片,并进行逻辑编程,变成标准的电表。

  但是我们回到计量这个功能,除了交流采样这个环节,后续所有的处理和微电网控制,都能够使用各种场景规则与算法来实现。

  用标准硬件+可升级的平台软件定义实现功能的差异性,并且适应现场广泛的应用场景需求,这就是泛在物联网采用通用标准硬件适应千千万万用电场景的创新微电网方案。

  我们认为,未来围绕负荷侧的大量差异化场景,在用电最小场景,建立标准功能硬件产品完成用电安全与计量功能,用电控制功能放到云平台,软件化控制业务是较好的思路。

  在电力行业最后5公里的领域,软件是很难卖出价格的,尤其是SaaS软件。当然这也不只是电力领域,行业SaaS基本不赚钱是共识。

  电力行业的软件有两个关键用户,一个是人,或者说企业,比如各类管理者,实现管理价值。

  另一个是机器,也就是真正的电力消费者,将来要实现源荷互动,能效管理,都需要与机器进行协调和对话。所以一旦涉及到较高实时性要求的现场测控,软件平台化的趋势就出现了。

  软件平台化是一种融合,比如管理和控制的融合、电力自动化和工业自动化的融合、电能碳的需求融合,当然最重要的是,一二三次的深度融合。

  最后5公里的海量数据,虽然一部分高实时性数据需要本地计算和控制输出,但是更大量的数据本地无法处理,需要汇集到云端进行存储、处理和发放,并训练出更高级的AI,实现微电网系统的真正智能化:即插即用、泛在感知、动态适应、机器干活。

  同时也要实现运营监管无人化、服务价值最大化,业务服务客服AI化,电力市场用电业务交易自动化。这就是用电系统平台和云化的意义。

  与传统电力系统的数字化价值——集中式管理价值不一样,最后5公里和最后1公里的数字化价值是非常分散,非常个性化的。

  比如电力开关,开关本身功能是高度标准化的,但是开关在不同的场合,不同的用户,不同的电流状态下的运行方式和管理方式是千变万化的。

  就像一辆车,车本身的硬件功能是标准的,比如三电系统,驾驶室等。但是一辆车在道路上行驶,面临的道路情况是千变万化的,这也是为什么无人驾驶做到L5是如此之难的原因:算法无法穷尽,本地很难自学习。

  当然需求是层次化的,就像驾驶智能化有L1~L5,电力数字化也可以分L1~L5。

  目前大家关注的微电网控制,我们大家都认为是L3以上的需求,但是一个电网基础的数字化是L0需求,你无法在一个连基础量测都没有的配电网里,去马上实现什么自动负荷控制、微电网控制。

  你在市面上买到的99%的车,都安装了几十、上百个基本的传感器,也就是实现了L0,这是智能驾驶的前提。而在一个用户配电网中,传感器数量甚至比一辆车都少,所以先实现L0再说。

  L0和L1的场景本身就已经碎片化了,这些碎片化的需求,需要通过组合的解决方案去实现,尤其是存量的配电系统。比如,由软件定义场景,能够轻易实现电动汽车有序充电的场景。

  最后5公里的价值体现,对电力用户来说是碎片化的需求,也是一种全新、生态圈的新兴企业级服务。

  企业级服务必然是一种整体服务解决方案的产品营销售卖,数据的价值需要在这种整体服务中去体现。

  比如你安装了一块电表或者智能断路器,它发现了一个可能的故障,谁来确定故障?谁来消除故障?这个故障的消除是否改变电网的拓扑和潮流?谁来维护变更记录?

  这是设备管理中最基础的一些问题,解决这样一些问题需要形成完整的解决方案,包含数据、包含传感器、包含线上线下的服务,更需要持续的运营服务。

  而目前大多数的所谓数字化,还是一种“只对验收负责”的项目思维,并不关注负荷、配电系统运行、市场行情报价、用电成本、安全管理、生命周期碳排放这些持续运营的需求。

  所以数据、智能的价值,是要通过可持续的服务解决方案实现的,这个实现过程本身是技术创新,同时又非常大程度上支配了前面五个趋势的技术创新。

  通过技术创新,让乡村屋顶变成发电厂,让电动汽车电池能够一物多用,变成充电宝,“有序充电”,辅助电网储电,为能源产业革命带来机遇。

  共享数智电源,在电网用电低谷时段,进行有序充电,平衡负荷。在白天让光伏发的电,尽可能就近消纳并储存,可以储存热、冷、电三种形态,和谐搭配,总量适度保证自身够用,多余可以临近民宿之间 “以电的商品形态”流通,通过村级配电网交易,让电变成商品。

  电,特殊商品,交易零售,采用传统方法流通,成本太高。只有发明新技术,依靠新方法,降低交易成本,可构建起新的产业生态圈!

  软件定义场景:共享数智电源,分布式安装到具体用电场景。依据场景目的与用途,在云平台里面改变软件定义,对于各种各样的储热、空调、充电、热水、冰箱、电饭锅等用电负荷,通过人工智能,利用运行积累的大数据,一直在优化,改进定义,最终逼近最优节能运行条件,让清洁能源最大效率从时间、空间、用电数量、用电价格等多重维度实现碳中和指标最优解。

  1.共享数智电源,配套智慧能源数字化服务平台,是一种新产品、新模式、新产业。新技术属于全球首创,国内国外没有相同产品。

  2.共享数智电源,不仅适用于公共电动汽车充电服务,相当于公共充电桩的效果,能够分散到居民区、办公区的停车位。因具备有序充电属性,在安装施工中不需要刻意改变台区变压器容量。瓶颈在于停车位物业与消防机构配合施工安装, 属于交流慢充范畴,适合长时间停车期间,目的地充电,已于开展车网互动+ 能源互联,有利于保护车内电池。潜在市场需求数量巨大,长期运营服务获得长期服务型收益。

  3.共享数智电源,属于新技术引领下,打造下一个服务运营商的机遇。电话程控交换机出现,打造了中国电信服务企业。大哥大移动电话的新技术出现,打造了中国移动企业和后来的三大运营商,服务于全球的通信产业,带给老百姓无处不在的方便,促进经济加快速度进行发展。我们预期,共享数智电源的出现,不仅解决电动汽车充电难题,解决电瓶车充电难题,解决各种各样用电交易难题,必将极大地方便老百姓的无所不在去用电,去实现方便用电带来的经济发展。有望短期低投入资金即可解决电动汽车充电行为变成像手机充电一样的习惯。

  乡村就近解决电力来源与消纳,光伏发电可持续。数字中国:走进生活,用户群在乡村。乡村振兴:实体财富之一电,就近从屋顶取,新文明=用电量。共同富裕:家家户户新能源,柴=电。能源革命:乡村生活能源靠太阳,无污染。

  全国乡村振兴,实现共同富裕。乡村新风尚,自己发电与消纳,清洁能源带动家家户户新四大件展望:

  (作者:张罗平系清华大学教援、原清华大学能源互联网创新研究院研究员;王国灿系中国乡镇企业协会乡村振兴工作委员会研究员)