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能源电力智能数字转型三大方向 九大展望
2022-06-07 返回列表


强化科技创新驱动
推动能源系统智能数字转型
规划编制智慧能源专业组
 
 
近日,国家能源局、科学技术部联合发布了《“十四五”能源领域科技创新规划》,阐明了我国能源技术发展的指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和政策措施,描绘了我国“十四五”时期能源科技发展的总体蓝图。其中,关于能源系统数字化智能化转型升级的表述颇为引人注目。深入实施创新驱动发展战略、加快能源全产业链数字化智能化升级,已成为下一阶段我国能源产业链现代化转型的核心任务之一。
 
 
一、国内外智慧能源技术发展现状及趋势

随着新一轮科技革命和产业变革的兴起,以数字化为核心特征、以数据为关键生产要素、以数字技术为驱动力的新型生产方式蓬勃发展,能源行业的数字化、智能化转型已成为世界各国的能源技术发展的共识。在基础共性技术方面,智能感知、特种机器人、数字孪生及“云、大、物、智、移、链”等关键技术已取得长足的进步。美、欧、日等主要发达国家近年来在能源交叉融合技术方面开展了大量的探索与实践,大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等为代表的先进信息技术与能源的生产、传输、存储、消费及能源市场等环节深度融合,催生出具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等特征的智慧能源新技术、新业态、新模式。在我国,能源体系的数字化与智能化也成为能源技术发展的重要方向,能源基础设施智能化、能源大数据、多能互补、智慧用能等多类型场景与应用创新十分活跃,对能源产业发展产生了深远影响。在能源行业智能升级方面,智能化、数字化新技术已与油气、水电、风电、光伏、电网、煤矿、电厂等不同行业实现了有机融合,有效提升了能源体系整体的运行效率与安全水平。

在油气行业,全球石油行业领军企业正逐步通过研发、投资和合作整合技术,打造平台型、一体化的智能油田解决方案,通过大数据、人工智能等新技术开展智能油气田建设,实现数据自动采集、现场实时监控、智能生产优化与智能分析决策,全球油气田地面工程技术正在向着绿色、高效、智能方向发展。目前,国内智能油气田技术整体处于起步阶段,亟须突破全业务链数字化、智能化转型。

在水电行业,“十三五”期间,我国水电工程建设迈入智能化时段。智能化时代的水电工程,以数字建设管理为基础,以云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术为基本手段,以全面感知、深度分析、智能决策与反馈控制为基本运行方式,深度融合空间模型与信息,建立动态精细化的可感知、可分析、可控制的智能化建设与管理运行体系。总体来看,水电工程智能化建设与智慧化运营在关键节点或环节上已取得突破,但仍处于初级阶段,距离全面智能化仍然任重道远。需要重点研究覆盖全、可移植性优,涵盖勘测设计、建设管理、运行维护全过程,人员、材料、设备全要素,质量、安全、环境、健康、进度、造价等全方位,软件、硬件全支持的智能建造成套解决方案,持续推进工程建设全面智能化转型升级,以支撑水电开发高质量发展与精品工程建设。

在火电行业,近年来,通过改造、替换等手段,将智能化设备、智能控制、信息化建设基础,以及云平台、大数据、物联网、移动互联、机器人、虚拟现实、人工智能等先进技术手段与电力企业安全生产、运营管控有机融合,已基本构建起从电厂智能设计、建造移交,到智能装备优化控制,再到能效分析与系统优化的智能电厂全过程智能化技术体系。然而,目前在网络安全、智能管控系统、电厂智能运行与维护方面仍存在技术发展不平衡、不充分问题,有待进一步研究。

在煤矿行业,在新一轮产业革命浪潮中,基于在信息技术产业发展中的领先优势,以德、美、日、澳等为主,超前部署煤炭数字化智能化技术,在矿山建设、生产管理、智能开采技术及装备等领域应用发展步伐加快。我国煤矿数字化智能化发展建设经历了综合机械化、自动化和智能化发展阶段,当前正处于煤矿智能化初级阶段。近些年国家大力推动煤矿智能化建设,煤矿工业互联网建设已取得初步进展。5G+智能煤矿技术方面,阳煤集团新元煤矿建设全球首座5G煤矿,吕梁东义集团鑫岩煤矿建设完成全国最大规模井下5G系统,山东菏泽郭屯煤矿采用5G传输+MEC(边缘计算技术)下沉井下,探索实现井下透明化工作面、采煤机惯导等5G应用。

在智慧风电方面,国内外诸多厂家在赛道上开展了大量有益探索。然而,当前国内外对智慧风电的研究,大多侧重于智能算法、智能运维等局部功能智能化,或仅关注如智慧风电的局部控制或故障诊断,只体现了某一部分的数字化、智能化。智慧风电的建设过程中虽然尝试使用了大量新技术,但无法代表电厂具有了“智慧”,距离智慧风电还有一定的距离,能充分利用人的智慧进行创新的智慧风电体系架构研究迫在眉睫。

在智慧光伏方面,世界各国持续深化布局光伏发电全产业链创新,作为推进新兴产业发展的主要战略举措。通过数字化信息技术与光伏发电技术的深度融合,逐步解决光伏电站从建设到运维过程中的各种问题。智能分布式光伏电站包括:利用信息数字化手段将分布式光伏电站所有的设备进行全数字化,所有设备可实现感知、连接、控制的全在线;通过数字化融合,可实现智能光伏控制器、跟踪支架和双面组件最佳匹配与无缝融合,使得光伏电站效率最优;数字化传输的全面覆盖,通过PLC与先进的通信技术,可实现组件安全可靠的即插即用;智能化的管理平台,是智能分布式光伏电站的大脑,可实现电站运营端到端分析、故障预警、智能诊断,并给出修复建议,大幅提升光伏电站工作效率,实现分布式光伏电站的全智能化。

在综合智慧能源方面,近几年,随着云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能和5G等技术的不断涌现,高度融合可再生能源、储能、区域微网、移动互联网、能源增值服务等先进生产力和先进技术的综合智慧能源新业态开始诞生,为推动能源转型、提高能源效率、促进可再生能源消纳提供了强有力的支撑,综合智慧能源也在全世界范围内取得了蓬勃发展,成为各国能源产业发展的新动能。我国综合智慧能源起步晚于欧美国家,但近年来发展迅速,正在由项目示范、市场验证迈向业务成长阶段。综合智慧能源产业的市场主体既有电网、发电等能源企业,也有数字化、信息化技术企业;市场需求包括综合智慧能源系统建设与运维、能源输配、分布式能源开发与供应、储能服务、节能服务等。随着以“云大物移智”为代表的先进信息技术加速与能源技术融合,以及相关支持政策的加持,在加快推进能源革命、优化能源消费结构的背景下,综合智慧能源新业态、新模式、新实践将不断涌现。

二、“十四五”重点突破的技术方向及发展目标

2020年9月,习近平总书记在第75届联合国大会上,提出了“碳达峰、碳中和”的庄严承诺,绿色、低碳转型已成为当前能源系统的核心任务之一,而能源供给的绿色化、能源传输的低碳化、能源消费的高效化则是转型工作的重要抓手。与此同时,随着新一轮科技革命和产业变革的兴起,以数字化为核心特征、以数据为关键生产要素、以数字技术为驱动力的新型生产方式蓬勃发展,人类社会正快速步入数字经济时代。随着数字化技术渗入到人类生产生活的各个角落,整个社会的数字化转型已经是大势所趋,在“十四五”规划纲要中,国家明确了“加快数字化发展,建设数字中国”的重要任务,而推动“智慧能源”示范工程建设更是作为推动数字产业化的重要抓手,以人工智能、云计算、5G、物联网、大数据为代表的新一代信息技术,将与能源的绿色生产、安全传输与高效应用实现有机融合。

(一)智慧能源的绿色低碳生产在能源的生产阶段,数字化升级的核心对象将聚焦于生产场站本体,具体包括清洁能源的绿色生产与传统能源的低碳升级两个主要方向。而升级的路径则需深入挖掘场站生产、运行方式与“云、大、物、智”等新一代信息技术的契合关系,构建技术融合生态。针对水电、风电、光伏等清洁能源,充分发挥新一代技术全景感知、高效通信、智能决策优势,面向新能源强随机、高波动、难运维等新特性,开展关键技术攻关,推动清洁能源的绿色生产。针对煤炭、煤电、油气等传统能源,将通过数字化、智能化升级,实现传统场站运行效率、决策水平的规模化提升,推动传统能源低碳转型。

(二)智慧能源的安全可靠传输在能源的传输阶段,电网将成为能源中转的核心基础设施,随着风电、光伏、储能的大规模分散式接入,以及分布式发电、可调节负荷、电动汽车充电设施等负荷侧灵活性调节资源的快速增长,电力市场主体将从单一化向多元化转变,电力输送将从发输配用单向传输向源网荷储多向互动灵活传输转变。在未来灵活开放的电力市场体系下,亟须改变电力系统的传统运行方式,通过引入5G通讯、大数据、人工智能等新技术,充分利用大规模分布式的可调节电源、储能、灵活性负荷等各类资源,实现源网荷储/风光储一体化的智慧灵活运行。

(三)智慧能源的灵活高效消费在能源的消费阶段,提升能源利用综合效率与能源消费端可控性水平将成为数字化升级的重要战场。在综合能效提升方面,将着重推动区域综合智慧能源技术研究,研究复杂场景多能转换耦合机理,构建起电热冷水气储氢等多能流优化运行及智慧运维体系,全面提升能源综合利用率。在能源消费端可控能力提升方面,将着重开展多元用户友好智能工序互动技术研究,深度辨识与挖掘用户侧可调节潜力,提出硬件、软件、平台、机制的全环节需求侧控制技术体系,强化需求侧灵活性水平,促进新能源消纳与削峰填谷。

三、智慧能源科技发展展望


在智能油气方面,将构建油气工业互联网平台,支撑人工智能、大数据、物联网等技术与油气业务的深度整合,实现全业务链数据互联、技术互通、业务协同,为智能化应用提供统一支撑。立足自主研发与联合创新,保证核心技术及关键装备自主可控,助力油气田企业优化劳动组织模式,优化方案决策,提升生产效率,降低生产成本,提升安全保障,实现增储增产增资,用工总量保持不变,支撑油气行业创新发展、高质量发展。

在智能水电方面,将面向雅鲁藏布江下游、澜沧江上游、金沙江上游等高海拔地区复杂条件下的水电工程,集合国内外技术力量,既全面总结提炼已有成果,也要系统开展水电智能化基础理论体系和成套关键技术研究,推动形成智能化规划设计、智能建造、智慧运行管控和智能化流域综合管理等成套关键技术与设备,以更高水平的科学技术创新,加速能源技术革命。

在智能电厂方面,将构建起智能电站体系结构,实现管控一体化,充分利用大数据、云计算、物联网、人工智能等新技术,形成工业数据与应用平台的有机融合,建立起满足工控安全、网络安全需求的,且对工业大数据便于应用的智能电厂新型管控系统架构平台,实现生产设备监测、机组状态监测、检修流程管理和业务流程管理协同管理系统,完成边端+云端远程管控与故障自诊断等功能。

在智慧煤矿方面,将建立健全煤矿智能化标准体系,基本完成基础性、关键共性标准的修订工作;实现工业互联网和车联网、新一代通信技术、云计算、大数据、人工智能、虚拟现实等现代信息技术在煤炭工业领域的应用,构建起智能矿山工业互联网平台、智能矿井一体化管控平台等关键技术平台;显著提升煤矿地质探测、采掘(剥)、支护、运输等关键技术与装备智能化水平,构建智能化煤矿技术体系。

在智能风电方面,将通过AI系统来衡量确认叶片涂层不合格及其分布形态,实现风电产业链智能制造;利用先进传感技术和通讯技术,对风电机组和场内变电设备关键部件进行有效监测;利用数字孪生技术实现数据镜像,动态更新数字模型,提升诊断评估与预测能力。

在智能光伏方面,将着重推动构建智慧光伏生产制造体系,提高多晶硅等基础材料、光伏电池及部件生产制造的智能化水平,进一步提高生产效率,降低生产能耗成本。与此同时,进一步发展太阳能资源多尺度精细化评估与仿真分析技术与智能光伏电站技术,提升光伏电站运行水平与运维效率。

在综合智慧能源方面,将实现复杂场景多能转化耦合机理的系统解构,研制出智能化、网络化、模组化的多能转换关键设备,建立起面向多种应用和服务场景的区域智慧能源服务平台与智慧能源数字孪生平台,实现多能互补综合体积利用与智能优化,提升城市高品质能源供应能力,并完成典型场景下综合智慧能源系统集成应用示范工程建设。

在智能电网方面,全景一体化调控运行与高效智能运维将成为下一阶段研发的重点任务。构建大电网运行全息感知与智能决策的全景一体化调控体系,支撑新型电力系统海量可再生能源接入与多层级复杂电力市场管控;开发基于卫星及设备GIS的多源信息电网灾害预警系统,强化“空天地”一体化监测能力,形成智能高效的大电网智能运维体系,提升大电网运行维护安全水平。

在多元用户友好智能供需互动方面,将建立起虚拟电厂灵活性资源一二次系统架构,建立网-荷友好互动虚拟电厂系统平台,研制出基于5G和边缘计算的可调负荷互动响应终端,提出包括电动汽车在内的协同控制与集群优化方法,建立起多元可调负荷与智能电网良性互动机制,负荷侧可控水平显著增强。


 
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