李云峰 譚忠富 潘 偉

2022年國務院常務會議確定了7大項新基建，電力行業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要支撐，每一項新基建均與之息息相關?！半p碳”目標是我國對國際社會的莊嚴承諾，能源領域排碳占比很高，踐行低碳，電力行業(yè)需要充當排頭兵。實現(xiàn)碳中和需要從能源供給與消費側革命入手，而其具體手段是電力行業(yè)融入新基建。

調整能源供需結構，助力“雙碳”目標實現(xiàn)

2020年我國二氧化碳排放103億噸，占全球碳排放將近1/3；其中，燃燒石油碳排放15.4億噸，燃燒天然氣碳排放6億噸，燃燒煤炭碳排放72.6億噸。2021年碳排放量達到114.7億噸；2022年第二季度碳排放量下降了8%，減少了2.3億噸。2021年3月，歐盟議會決定，為了保護歐盟企業(yè)國際競爭力，2023年起，對進口水泥、鋼鐵、鋁、煉油廠、造紙、玻璃、化工和化肥會考慮碳邊境稅；類似地，英國對一些種類進口產品考慮加收碳調節(jié)稅；美國《清潔能源安全法案》談到，有權對不實施碳減排國家的進口產品征收碳稅。我國每年出口貿易中產生的“碳順差”至少超過10億噸?？梢?，“雙碳”對于我國來說是一場硬仗。

從能源供給側來看。2022年底，我國發(fā)電裝機25.6 億千瓦，其中煤電裝機占全球超50%，煤電發(fā)電量占全球52.2%；風光發(fā)電裝機達到了7億千瓦，風光發(fā)電量達到1.19萬億千瓦時；風光電量本國占比中，德國33%，英國28%，歐盟19%，澳大利亞17%，我國12%?？梢?，我國需要加大投資風力發(fā)電、光伏與儲能。我國城鄉(xiāng)建筑屋頂面積達到250億平方米，只要開發(fā)25%，就可以安裝7.5億千瓦光伏，按照年1000小時發(fā)電，年發(fā)電量可以達到0.75萬億千瓦時，相當于一年全國用電量的1/11左右。其中，676個縣屋頂光伏申報試點獲批，學校、醫(yī)院總面積 40%以上安裝光伏；工商業(yè)屋頂總面積30%以上安裝光伏；農村居民屋頂總面積20%以上安裝光伏，若按照這個比例安裝，年發(fā)電量可以達到0.18萬億千瓦時。1千瓦光伏設備生產過程中耗電400千瓦時，其中含火電240千瓦時；按照1000千瓦時火電排放二氧化碳0.81噸碳計算，光伏設備生產過程排0.2噸二氧化碳；按照光伏設備全壽命周期25年、年發(fā)電1200小時計算，年發(fā)電3萬千瓦時，可以替代燃煤發(fā)電產生的24噸碳，1千瓦光伏壽命周期減碳達到23.8噸。一些大企業(yè)正在通過發(fā)展光伏獲得綠證或者實現(xiàn)減碳。萬達在河南、山西、湖北、山東的19個廣場安裝屋頂光伏，一座廣場月發(fā)電量90萬千瓦時，相當于9000戶家庭一個月的用電量。阿里巴巴在菜鳥網(wǎng)絡物流園區(qū)安裝屋頂光伏30萬千瓦，年發(fā)電量3.6億千瓦時。京東在車棚/物流園區(qū)安裝屋頂光伏95萬千瓦，年發(fā)電量11.4億千瓦時，用于50個城市5000輛電動物流車的充電，以及倉內照明、自動分揀、打包、揀貨用電等。中國郵政遍及城鄉(xiāng)的工作場所屋頂安裝2000萬平方米光伏，年電量55億千瓦時。

從能源消費側來看。高鐵每小時按照350公里的速度，消費電能9600千瓦時，高鐵的發(fā)展是“以電代油”，逐漸取代近距離城市之間的飛機航班。我國電動汽車的保有量已經(jīng)達到了1099萬輛；唐山市已經(jīng)對4700輛重型運輸卡車改造為電動式，實現(xiàn)“以電代油”；許多城市公交車改造為電動式；海南省2030年停止燃油車的銷售。

發(fā)展“特高壓”新基建，助力國家能源低碳安全

新型基礎設施建設是以新發(fā)展理念為指導，以技術創(chuàng)新為驅動，以信息網(wǎng)絡為基礎，面向高質量發(fā)展需要，提供數(shù)字轉型、智能升級等，主要包括5 G 基站、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等七大領域的建設。國家能源安全旨在對能源供應中斷、能源價格暴漲等緊急情況，以合作和協(xié)調的方式做出長遠規(guī)劃，以維持能源供應的長期穩(wěn)定性。能源安全與氣候變化問題密切相關，如近50年來，隨著二氧化碳排放濃度的增加，全球變暖正以過去2000 多年來前所未有的速度發(fā)生，伴之而來的洪澇、干旱、極熱、極寒氣候極端現(xiàn)象正在增多。1985 年以來，我國中部、東部、南部非取暖地區(qū)，出現(xiàn)寒潮43次，氣溫一夜之間可以突降14 度。2021 年初，發(fā)生在美國得克薩斯州的極端暴雪天氣導致該州一半的風力渦輪機被凍住，風力發(fā)電占電力的比重從42%下降到8%。2021年1月6日到8日來襲我國的寒潮，使全國負荷達到了11億千瓦，同比增長25%；寒潮過后，風電電力從1.1億千瓦掉到0.6億千瓦，而電力負荷卻增加了0.5億千瓦。2022年7月，美國俄亥俄州氣溫達到了47攝氏度，加利福尼亞州達到了54.4攝氏度；科威特達到了53攝氏度；阿爾及利亞達到了60攝氏度；阿拉伯局部地區(qū)達到了70攝氏度；丹麥格陵蘭島，每天出現(xiàn)了60億噸的冰融化，相當于430個西湖的水量；7月20日，英國氣溫突破40攝氏度，空調用電激增，英國公用事業(yè)公司支付發(fā)電電價11.685美元/千瓦時，比平均支付電價0.215美元千瓦時高出50倍。2022年夏天我國四川出現(xiàn)了60年一遇的高溫、干旱，汛期水電輸出大省變?yōu)槿彪姶笫　?/p>

我國大西北的荒灘、沙漠、戈壁灘，西南的大江大河等，可以充分開發(fā)清潔能源?！笆奈濉彪娏σ?guī)劃中，青海開發(fā)光伏4580萬千瓦、風電1650萬千瓦，即新能源發(fā)電6230萬千瓦；寧夏開發(fā)12個風電百萬千瓦基地，5450萬千瓦風光并網(wǎng)；甘肅開發(fā)3853萬千瓦風電，4169萬千瓦光伏，即新能源發(fā)電8022萬千瓦，打造千萬千瓦“風光火儲輸”基地；新疆開發(fā)3個千萬千瓦新能源基地，2個120萬千瓦抽蓄電站，新能源發(fā)電6752萬千瓦；內蒙古開發(fā)新能源1.35億千瓦。我國的能源規(guī)劃方式是“建設大基地，融入大電網(wǎng)，建立大市場”。金沙江等地開發(fā)大型水電基地；酒泉等地開發(fā)9個千萬千瓦級大型風電基地；青藏高原等地開發(fā)大型光伏基地。通過特高壓新基建，實現(xiàn)“西電東送，北電南供”，2025年實現(xiàn)跨區(qū)跨省送電3.6億千瓦；2035年跨區(qū)跨省送電5.5億千瓦；2050年跨區(qū)跨省送電7.4億千瓦。

發(fā)展“大數(shù)據(jù)中心”新基建，助力能源領域精準投資

利用“大云物移智”現(xiàn)代信息技術與能源技術深度融合，通過數(shù)字化、智能化實現(xiàn)能源領域的精準投資與經(jīng)濟運行。電源側打造新能源云平臺，促進新能源大規(guī)模、高比例并網(wǎng)和消納；打造風光水火儲多能互補系統(tǒng)，實現(xiàn)多能協(xié)同供應和梯級利用，打破各類能源“相對獨立，各自為政”的壁壘。電網(wǎng)側打造“源網(wǎng)荷儲”友好互動平臺，促進電網(wǎng)向智慧、泛在、友好的能源互聯(lián)網(wǎng)升級，提高能源供給清潔化、終端消費電氣化、系統(tǒng)運轉高效化水平；通過“電從身邊來”實現(xiàn)分散化自我平衡，通過“電從自遠方來”實現(xiàn)不平衡能量交換。負荷側打造電力負荷彈性管理平臺，支撐儲能、電動汽車、彈性負荷等廣泛接入；能源主體由單一能源的生產、傳輸、存儲和消費者，向集多種能源生產、傳輸、存儲和消費為一身的自平衡體轉變。通過“源網(wǎng)荷”平臺的綜合，實現(xiàn)新能源發(fā)電全息感知，精準預測，支撐高比例新能源并網(wǎng)消納；提高電力系統(tǒng)靈活調節(jié)能力；實現(xiàn)能源全過程實時感知、可視可控、精益高效；提高“源網(wǎng)荷”的精準投資與經(jīng)濟運行。

利用數(shù)據(jù)感知層，采集投資、運行、營銷、檢修業(yè)務流運營的數(shù)據(jù)流，采集源網(wǎng)荷儲的能量流的數(shù)據(jù)流，采集冷熱電氣、輔助服務、碳交易的資金流的數(shù)據(jù)流；利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡層，傳輸數(shù)據(jù)流、能量流；利用數(shù)據(jù)平臺層，進行數(shù)字孿生，挖掘業(yè)務流之間的數(shù)據(jù)流匹配關系，挖掘資金流之間的數(shù)據(jù)流匹配關系，挖掘能量流之間的數(shù)據(jù)流匹配關系，橫向縱向對比數(shù)據(jù)流，構建數(shù)據(jù)之間匹配關系；利用數(shù)據(jù)應用層，優(yōu)化分配投資流，優(yōu)化調度能量流，優(yōu)化提升業(yè)務流。通過微電網(wǎng)、分布式能源、冷熱電三聯(lián)供、儲冷儲熱儲電、充電樁的融合，利用互聯(lián)網(wǎng)的客戶聚合功能、物聯(lián)網(wǎng)的信息通信功能、人工智能的調度功能、樓宇的智慧控制功能，實現(xiàn)多能一體化、源網(wǎng)荷儲一體化、能碳一體化、產消一體化；實現(xiàn)對每個建筑、每個供能設備、每個用能設備，可以精準智能控制到小時級、分鐘級、秒級的運行。

發(fā)展“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”新基建，助力能源資產提質增效

利用互聯(lián)網(wǎng)技術，提升能源生產、傳輸、存儲、消費等各個環(huán)節(jié)的靈活性，進化能源的生產方式、供應方式和消費方式，提升清潔能源在生產端與消費端的比重；打通各節(jié)點、各主體間的服務流、信息流、資金流，實現(xiàn)大網(wǎng)與分布式微能網(wǎng)雙向互動，實現(xiàn)覆蓋能源生產、傳輸、交易、消費多環(huán)節(jié)即時感知與監(jiān)測；利用各類能源信息的共享，發(fā)掘能源大數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)能源系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化。

利用互聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)電源、電網(wǎng)、負荷和儲能之間的源源互補、源網(wǎng)協(xié)調、網(wǎng)荷互動、網(wǎng)儲互動和源荷互動，打造能源互聯(lián)網(wǎng)。源源互補，指通過靈活發(fā)電資源與清潔能源之間的協(xié)調互補，解決清潔能源發(fā)電出力受環(huán)境和氣象因素影響而產生的隨機性、波動性問題，提高新能源的利用效率。源網(wǎng)協(xié)調，指通過電網(wǎng)調節(jié)技術解決新能源大規(guī)模并網(wǎng)及分布式電源接入電網(wǎng)時的柔性，讓新能源和常規(guī)電源一起參與電網(wǎng)調節(jié)。網(wǎng)荷互動，指將負荷轉化為電網(wǎng)的可調節(jié)資源，即柔性負荷，在電網(wǎng)出現(xiàn)頻率偏離時，通過負荷主動調節(jié)和響應來平穩(wěn)電網(wǎng)頻率，確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟可靠運行。網(wǎng)儲互動，指發(fā)揮儲能裝置的雙向調節(jié)作用，在用電低谷時作為負荷充電，在用電高峰時作為電源釋放電能，為電網(wǎng)提供調峰、調頻、備用服務。源荷互動指時空分布廣泛的多類電源和負荷，均可作為可調度的資源參與電力供需平衡控制，用戶聚合改變用電時間來消納新能源。

利用互聯(lián)網(wǎng)技術，整合一個區(qū)域內的可再生能源、煤炭、石油、天然氣等多種資源，實現(xiàn)異質能源間的協(xié)調規(guī)劃、優(yōu)化運行、多能轉換、交互響應，滿足客戶多元化用能需求，提升能源利用效率。整合一個園區(qū)內的綜合能源服務，實現(xiàn)天然氣冷熱電聯(lián)供、分布式能源、微網(wǎng)、儲能設施、電動汽車充放電等的互補互濟，實現(xiàn)多能協(xié)同供應和能源綜合梯級利用，降低能源生產成本，提高能源消費效率。

利用互聯(lián)網(wǎng)技術，對線路/變電站運行狀態(tài)實時感知，隱患實時監(jiān)控，故障自動定位、自動隔離，精準搶修、主動檢修，減少停電次數(shù)和停電范圍，實現(xiàn)配電線路變電站智能檢修；對溫度、濕度、水位、氣體，通過傳感器全面感知，數(shù)據(jù)傳回中心，發(fā)生變化時自動報警，不需運維人員進入隧道監(jiān)測，實現(xiàn)電纜隧道智能監(jiān)測；主變/環(huán)網(wǎng)柜/桿塔，內置傳感器，設備狀態(tài)實時感知，數(shù)據(jù)遠程回傳中心，實時防破壞防盜竊，實現(xiàn)設備資產智能管理。

發(fā)展“人工智能”新基建，助力能源綠色低碳

用先進的人工智能技術，對分布在不同地點的電廠可以實現(xiàn)遠程預警、分析、診斷、優(yōu)化和調度；通過持續(xù)學習歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，形成設備預警、設備診斷、能耗分析、自動品質評估、燃料分析、負荷優(yōu)化、技術監(jiān)控，幫助電廠降低煤耗，提高設備可靠性，滿足環(huán)保要求，獲得經(jīng)濟效益。

風能、太陽能具有間歇性，其發(fā)電取決于天氣條件，如風吹或陽光照射，一旦能源需求激增，新能源不一定能滿足需求，需要一種可以確保供需始終處于均衡狀態(tài)的智能技術，來解決能源供需的精準預測。風電與光伏，需要通過現(xiàn)貨市場來消納，現(xiàn)貨市場體現(xiàn)的是實時電價；風電、光伏低價時，售電商希望用戶及時生產“冷熱氣水”；若用戶只按照固定的分時電價，往往出現(xiàn)滯后。若通過人工智能技術來讓用戶設備實時感應現(xiàn)貨市場的實時電價，逆電價智能啟?；蛘哒{整電器，如電儲熱、電蓄冷、電采暖、儲電、制氫、電轉氣、電動車、熱水器、洗衣機、電飯煲等各類電器，如遙控啟停空調以提前預熱或者預冷，智能對電動汽車峰谷充放電，引導設備負荷曲線與發(fā)電實時電價曲線“互補”，可以實現(xiàn)用電削峰填谷，消納新能源；用戶節(jié)電節(jié)費，獲得用電權轉讓效益；售電公司降低購電成本；發(fā)電與電網(wǎng)企業(yè)減少備用，電網(wǎng)減少線損，發(fā)電降低煤耗；用戶可以不需要投資，售電商可以從用戶節(jié)省電費中收回投資，即合同能源管理。

電力的穩(wěn)定是依賴于發(fā)電側和用戶側的供需實時平衡，通過智能技術構建“虛擬電廠”，即聚合各類可控負荷、分布式發(fā)電資源、儲能等，針對分布式資源，快速響應，實時協(xié)調控制，實現(xiàn)精準的需求側響應及調峰調頻服務等。將分布式能源聚合為可控的負荷資源，通過“虛擬電廠”調配電力資源，可以參與電力現(xiàn)貨交易市場和輔助服務市場，實現(xiàn)資源價值充分利用。在收到電力調度中心的指令后快速下發(fā)給“虛擬電廠”的各個主體，作為“正電廠”向電網(wǎng)供電削峰，作為“負電廠”消納電力填谷，實現(xiàn)高效的電力調配?！疤摂M電廠”相當于聚合分布式能源參與電力市場的大腦，在實時調度特殊要求下，每一個主體如光伏發(fā)電、儲能、微電網(wǎng)、電動汽車、需求響應負荷等不是等著大腦計算完成后再通過5G/光纖等進行通知，這樣會產生時延問題，降低“虛擬電廠”的快速執(zhí)行能力，影響參與市場的功能作用與經(jīng)濟收益。需要云端大腦和邊緣計算聯(lián)動，將計算資源部署靠近“虛擬電廠”各個主體和數(shù)據(jù)源的網(wǎng)絡邊緣側；利用通信技術和物聯(lián)網(wǎng)技術，將眾多用電設備削減負荷的能力視為虛擬出力，從而參與市場和電網(wǎng)運行；對內將商業(yè)樓宇、分布式電源、儲能裝置與電動汽車充電樁等資源聚合，通過大數(shù)據(jù)研判及客戶細分，對內先進行供需平衡，然后對外參與電能量市場與輔助服務市場，如國網(wǎng)冀北泛在電力物聯(lián)網(wǎng)“虛擬電廠”，實時接入與控制蓄熱式電采暖、可調節(jié)工商業(yè)、智能樓宇、智能家居、儲能、電動汽車充電站、分布式光伏等11類19家泛在可調資源，容量約160兆瓦（MW）?！疤摂M電廠”可以在破解清潔能源消納難題、實現(xiàn)綠色能源轉型方面發(fā)揮重要的作用，實現(xiàn)對分布式能源的負荷預測、響應分配、實時協(xié)調控制和儲能充放電管理，參與電力交易市場和需求響應。

可見，通過人工智能技術把分散在不同空間的小型太陽能、風能等新能源發(fā)電裝置、儲能電池和各類可控制（調節(jié)）的用電設備（負荷）整合集成，協(xié)調控制，對外等效形成一個可控電源，輔助電力系統(tǒng)運行，并可參與電力市場交易，同時優(yōu)化資源利用，維護用電穩(wěn)定與用電安全。

發(fā)展“電動汽車充電站”新基建，助力能源行業(yè)節(jié)能減排

為了全面推進鄉(xiāng)村振興建設，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等除了完善高速公路服務區(qū)充電設施，正在推進以縣城為重要載體的城鎮(zhèn)化建設，補齊縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)充電基礎設施建設短板，加快實現(xiàn)電動汽車充電站“縣縣全覆蓋”、充電樁“鄉(xiāng)鄉(xiāng)全覆蓋”。電動汽車充電站作為“新基建”，可以發(fā)揮聚合分散電動汽車的功能形成聚合商，參與現(xiàn)貨市場購售電，獲得價差收益；聚合商還可以基于電網(wǎng)公司代理工商業(yè)購電價格表，充電站基于其峰谷電價價差，獲得價差收益；參與調峰市場，消納新能源，獲得調峰市場回報，以及消納綠電獲得綠證；參與用電高峰階段的頂峰，獲得備用市場價值；頂峰時減少煤電頂峰，減少煤電發(fā)電量，獲得減少碳排放價值。電動車充電聚合商獲得的回報需要轉換成給電動車客戶的分時電價。

構建“車聯(lián)網(wǎng)”管理平臺，電動汽車與分布式光伏、儲能、可調節(jié)負荷等資源進行耦合，參與現(xiàn)貨市場、輔助服務市場及需求響應，發(fā)揮平臺經(jīng)濟優(yōu)勢。充電樁、充電站打捆聯(lián)合參加批發(fā)電力市場，以長期合同、代理競價等不同方式進行市場化交易；基于電動汽車與綠色電力之間的時空關聯(lián)關系，設計電動汽車充電運營商購買綠證或綠色電力的交易機制，促進電動汽車對新能源的消納；分析電動汽車充放電行為與電力系統(tǒng)運行之間的關系，優(yōu)化調整充放電行為，削峰填谷，降低電力系統(tǒng)投資成本，提高運行效率；電動汽車作為一種特殊的儲能設施，可以幫助平衡新能源發(fā)電的影響，新能源大發(fā)時進行充電，新能源不足時進行放電，實現(xiàn)對新能源的消納及對電網(wǎng)的削峰填谷。針對電動汽車充電站，需要設計分時電價或者可中斷電價，電動汽車聚合打捆后由售電公司代理進行長協(xié)購電與現(xiàn)貨市場購電?；陔娏εl(fā)市場的現(xiàn)貨價格信號，高峰價格時段放電，低谷價格時段充電，實現(xiàn)充電與電力系統(tǒng)的協(xié)調運行。打通充電站網(wǎng)、能源網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、交通網(wǎng)，充放電設施的互通機制，多網(wǎng)融合，參與平衡電網(wǎng)負荷，并消納綠色能源。