數(shù)字化驅(qū)動能源電力轉(zhuǎn)型
范霽紅
（國家電力投資集團公司科技創(chuàng)新總監(jiān)兼大數(shù)據(jù)中心主任）
一、智慧能源是數(shù)字化賦能的能源
能源革命如火如荼，會改變整個社會的發(fā)展方向。能源革命的核心要素是可再生能源和數(shù)字化技術(shù)的大規(guī)模應用，其他特征都是這兩大核心要素的派生。通過這兩個核心要素，結(jié)合其他非核心要素，將形成一個充足的、低碳的、具有更多分布式特點的、能源雙向流動的能源系統(tǒng)。
現(xiàn)在的能源系統(tǒng)，基本上是一個集中的、單向的能源系統(tǒng)，今后會增加更多的分布式系統(tǒng)，整體上是分布式和集中式的結(jié)合。同時，未來的能源系統(tǒng)還是雙向協(xié)同的。一方面，能源供應者和能源使用者之間的協(xié)同會更加及時，方式更加多樣化；另一方面，能源使用者也可以變成能源供應者?，F(xiàn)在能源是商品或者產(chǎn)品，未來能源會發(fā)展成一種體驗，能夠解決用戶與能源相關(guān)的所有問題，帶來更好的用戶體驗。因而，需要大量采用數(shù)字化技術(shù)來支撐這個目標的實現(xiàn)，最終將整個能源系統(tǒng)發(fā)展成為智慧系統(tǒng)。這個智慧化的能源系統(tǒng)，首先要求電廠實現(xiàn)智慧化。
綜上所述，可以用“四個全面”來描述這樣一個智慧能源系統(tǒng)，即通過數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)的全面互聯(lián)、全面感知、全面智能、全面協(xié)同的智慧能源。
（一）數(shù)字化轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)能源清潔低碳安全高效的必由之路
能源供給從高碳到低碳，是社會發(fā)展的客觀需求。只有通過數(shù)字化和可再生能源的結(jié)合，能源才能從有限到無限或者從有限到充足。風電、太陽能發(fā)電的間歇性特點具有天然的親數(shù)字化特性，即通過數(shù)字化技術(shù)應用實現(xiàn)其充分利用。一方面，風電、光伏、水電通過數(shù)字化技術(shù)更加容易實現(xiàn)少人值守或者無人值守；另一方面，可再生能源更多的是依賴天氣和氣候條件，通過數(shù)字化技術(shù)氣象條件能夠與能源生產(chǎn)、需求、應用、儲能系統(tǒng)、用戶用能習慣等更好地結(jié)合。
（二）數(shù)字化使能源達到供需均衡的最佳狀態(tài)
可再生能源要求能源系統(tǒng)建設更多的分布式系統(tǒng)，具有去中心化特點。這個特點，需要采用多種數(shù)字化技術(shù)，應用到從發(fā)電、輸配電到用電的每一個環(huán)節(jié)，形成一個智慧化的綜合管理系統(tǒng)。
綜合管理系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代通信技術(shù)對發(fā)電、輸配電和用電等環(huán)節(jié)的效率狀況進行實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)對這些環(huán)節(jié)進行實時檢測、分析、報告和優(yōu)化處理，進而使能源系統(tǒng)進化成開放、透明、去中心化、可廣泛自愿參與的系統(tǒng)，從而達到供需均衡的最佳狀態(tài)。
（三）實現(xiàn)能源需求的動態(tài)響應和能源供應的協(xié)同優(yōu)化
能源革命還會帶來能源流動從單向到雙向、能源從商品到體驗的變革。要達到這些目標，需要實現(xiàn)能源需求的動態(tài)響應和能源供應的協(xié)同優(yōu)化。
發(fā)電側(cè)，風電、光伏、水電、火電、核電等多源互補，形成多輪驅(qū)動的電源供應體系，實現(xiàn)全面互聯(lián)，達到綠色清潔、降本增效；輸配電側(cè)，通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)電源調(diào)配全面感知、區(qū)域協(xié)同全面智能；用電側(cè)，居民、工業(yè)、商業(yè)等負荷類型全面協(xié)同，實現(xiàn)動態(tài)響應、場景開發(fā)，與發(fā)電側(cè)實現(xiàn)雙向互動。
二、能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型進程加快
近年來，數(shù)字化技術(shù)發(fā)展進程加快，這不僅受益于政策推動，更主要是技術(shù)進步的推動，技術(shù)明顯產(chǎn)生價值。
（一）能源行業(yè)發(fā)展伴隨著信息技術(shù)應用廣度深度的拓展
上世紀80年代，技術(shù)進步帶動集散控制系統(tǒng)（DCS）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）發(fā)展，應用水平體現(xiàn)為自動控制能力，實現(xiàn)了自動化；本世紀初信息化系統(tǒng)、系統(tǒng)聚合與集成發(fā)展，應用水平體現(xiàn)為平臺與信息集成能力，實現(xiàn)了信息化；2015年后物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)/人工智能等得到較大發(fā)展，應用水平體現(xiàn)為數(shù)據(jù)分析能力，未來目標是實現(xiàn)數(shù)字化和智慧化。
（二）數(shù)字化轉(zhuǎn)型將影響企業(yè)在行業(yè)中的地位
根據(jù)Gartner 2019年的調(diào)研報告，100%的行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)進入了數(shù)字化的擴展階段或改進階段，而行業(yè)落后企業(yè)卻只是處在僅有數(shù)字化愿景或根本沒有數(shù)字化規(guī)劃的狀態(tài)。在電力能源行業(yè)（注：英文為utility，指公共事業(yè)，除電力能源外，還有供水，下同），超過三分之一的企業(yè)已進入數(shù)字化擴展和改進階段，近三分之一的企業(yè)處在只有數(shù)字化愿景或根本沒有數(shù)字化規(guī)劃的狀態(tài)，近三分之一的企業(yè)處在已有數(shù)字化規(guī)劃或已實施數(shù)字化規(guī)劃的階段。由此可見，企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的程度影響了企業(yè)在行業(yè)中的地位。
（三）技術(shù)突破為能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定了基礎
根據(jù)Gartner 2019年的電力能源行業(yè)IT技術(shù)成熟度曲線，可以看到大多數(shù)現(xiàn)在想利用的技術(shù)已處于穩(wěn)步爬升的區(qū)間，有很多已擺脫了泡沫期。
我們認為現(xiàn)在運用最成熟的技術(shù)是云計算。云計算是用于解決共享存儲資源和不同存儲資源中數(shù)據(jù)共享的技術(shù)，目前在電力能源領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用。
大數(shù)據(jù)技術(shù)用以解決海量異構(gòu)數(shù)據(jù)處理問題，我們認為這個技術(shù)本身現(xiàn)在已經(jīng)成熟，但是在能源領(lǐng)域的一些應用上還存在算法和數(shù)據(jù)共享的問題，需要進一步解決。
國家電投大數(shù)據(jù)平臺上已經(jīng)有30多個應用在運行。與面向整個社會或金融行業(yè)的應用不同，這些應用的觸及面多數(shù)與設備管理、設備優(yōu)化相關(guān)。
2020年還將再上線40個應用，這些應用都可以產(chǎn)生經(jīng)濟效益。在這個過程當中，我們體會到數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)確權(quán)是關(guān)鍵問題。在集團內(nèi)部，將數(shù)據(jù)貫通也存在困難。國家電投集團二級企業(yè)、三級企業(yè)把相關(guān)經(jīng)營管理數(shù)據(jù)匯總到大數(shù)據(jù)中心，存在不安全感。而國家電投還承擔著匯聚全國能源數(shù)據(jù)的任務。按照國資委要求，2020年將把全國包括央企和地方企業(yè)在內(nèi)的所有發(fā)電企業(yè)的發(fā)電數(shù)據(jù)匯總到一個平臺上。目前已經(jīng)完成約35%的裝機容量數(shù)據(jù)，預計到10月份將完成全國85%的裝機容量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不是采用報送形式，而是直接在所有6兆瓦以上電站安裝探針，直接讀取數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的匯集對數(shù)據(jù)安全問題帶來巨大挑戰(zhàn)。
國家電投大數(shù)據(jù)平臺應用情況
（四）基于多方安全技術(shù)的數(shù)據(jù)要素化基礎設施已成熟
近期，我們與清華大學姚期智團隊進行合作研究。清華大學推出了多方安全計算的技術(shù)，可在密文上直接計算，得出與明文計算完全一致的結(jié)果，并且還可以對數(shù)據(jù)進行有限的授權(quán)。多方安全計算（密文計算）是對明文計算的補充，而不是全面替代。通過與其他給予明文的數(shù)據(jù)隱私保護技術(shù)相結(jié)合（隱私計算），可以有效地化解保護數(shù)據(jù)隱私與數(shù)據(jù)共享、流通之間的矛盾，使多方數(shù)據(jù)在信息相互保密前提下實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享與綜合利用。
數(shù)據(jù)服務部署在數(shù)據(jù)服務端，負責把明文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成計算因子或?qū)⒚芪挠嬎憬Y(jié)果解算成明文。其功能類似通訊網(wǎng)絡中的“電話機”。計算服務給予合約的隱私計算服務，負責按照數(shù)據(jù)提供方和數(shù)據(jù)使用方之間的數(shù)據(jù)計算合約，調(diào)配算力執(zhí)行隱私計算，并把計算結(jié)果送至合約制定的結(jié)果獲得方。其功能類似通訊網(wǎng)絡中的“過程交換機”或電網(wǎng)中的“輸變電站”，是數(shù)據(jù)共享與流通的計算控制站和算力調(diào)配中心，是隱私計算和高效算力的結(jié)合體；在使用數(shù)據(jù)和算力進行數(shù)據(jù)融合的基礎上產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。計算因子是數(shù)據(jù)的密文化碎片，本身不承載任何可以“看見”的具體信息，是數(shù)據(jù)計算價值的載體。隨著技術(shù)不斷完善，密文計算已經(jīng)得到很大程度的簡化，并在實際應用中落地，現(xiàn)在已經(jīng)在銀行和電信行業(yè)應用，有待在電力能源行業(yè)開展應用。
（五）國內(nèi)能源企業(yè)開始通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型提升企業(yè)運營效率、創(chuàng)新發(fā)展新業(yè)態(tài)
數(shù)字時代已經(jīng)成為“產(chǎn)品即服務”的時代，客戶體驗將超過價格和產(chǎn)品，成為關(guān)鍵的品牌差異化因素，信息技術(shù)與新型能源發(fā)展改變傳統(tǒng)能源單一的價值鏈體系，市場的競爭日益激烈，同時客戶對能源的使用需求與質(zhì)量要求不斷提升，企業(yè)必須創(chuàng)新轉(zhuǎn)型、開拓新的業(yè)務和市場，才能進一步發(fā)展。
國家電網(wǎng)公司正在進行“具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”的戰(zhàn)略部署。以企業(yè)數(shù)據(jù)中臺，提煉公司核心業(yè)務域共性業(yè)務服務能力；以電力物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設備、終端的廣泛互聯(lián)，數(shù)據(jù)自動采集；推動國網(wǎng)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)化，整合數(shù)據(jù)資源，推動公司內(nèi)部組織變革與產(chǎn)業(yè)整合，支撐公司轉(zhuǎn)型升級和培育發(fā)展新動能。華潤集團提出“雙擎兩翼”，“+互聯(lián)網(wǎng)”作為其中一翼納入集團戰(zhàn)略，聚焦轉(zhuǎn)型升級六大戰(zhàn)略目標之一的“智能化水平提升”。搭建全集團集中共享的財務、人力、知識等八大領(lǐng)域十二大管理信息化基礎平臺，打造支持數(shù)字化轉(zhuǎn)型的數(shù)字化管控平臺?！叭A潤通”是面向全社會生活場景化的數(shù)字化交易管控平臺，“華潤匯”致力于打造面向全集團人財物等核心資源的數(shù)字化資源管控平臺。
國家電投把數(shù)字化轉(zhuǎn)型放在一個比較重要的位置已經(jīng)有三年的時間。2017年就成立了集團的大數(shù)據(jù)中心。2018年，國家電投又整合了相關(guān)資源，成立了中能融合智慧科技有限公司，中能融合智慧科技有限公司旨在成為能源大數(shù)據(jù)的匯聚平臺，2019年發(fā)起了中國智慧能源的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，這些工作得到了國務院國資委、工信部、國家能源局，以及中央網(wǎng)信辦等政府部門的大力支持。
2019年國家電投成立了各個產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，專業(yè)化支撐智慧能源發(fā)展，推動水、火、風、光、核等業(yè)態(tài)與數(shù)字技術(shù)深度融合，取得了初步成效。
三、存在問題及未來方向
很多技術(shù)在技術(shù)層面已沒有問題，但是如何應用、如何獲益還需探索。例如，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，底層技術(shù)已經(jīng)成熟，實際落地還需要尋找技術(shù)創(chuàng)新與效益最佳的結(jié)合點。移動互聯(lián)網(wǎng)應用，技術(shù)成熟，但在能源行業(yè)的商業(yè)模式需要探索。人工智能技術(shù)，還有很多問題沒有解決，還要實現(xiàn)很多復雜算法，應用層次上需要從感知智能上升到認知智能。區(qū)塊鏈是前瞻性技術(shù)，需尋找能源行業(yè)應用模式，綠證交易可能能用上，在發(fā)電業(yè)務如何應用還需探索。數(shù)字孿生技術(shù)，實際代價可能很大，甚至可高于建立實體模型，受益程度不確定。出于核安全考慮，安全系統(tǒng)帶來的成本、設備冗余帶來的成本、高質(zhì)量和高可靠性帶來的成本、驗證帶來的成本等核電站人工參與監(jiān)管成本攀高，占核電站成本的80%。若通過基于數(shù)字孿生技術(shù)的電站全生命周期監(jiān)控的新系統(tǒng)，借助數(shù)字化設計通過模擬分析減少大量試驗、簡化材料及工藝選型；借助數(shù)字化建造提高效率和減少失誤，提高設備利用率和降低運行成本；借助全流程數(shù)字化系統(tǒng)自動審查、復核和確認設計方案，傳感器數(shù)據(jù)確保符合設計要求，運行實現(xiàn)高度智能化和無人值守，人工智能進行監(jiān)管更安全且成本降低。如此一來，核電電價能夠從現(xiàn)在的0.5元/千瓦時回歸原始成本0.1元/千瓦時。但是，這與目前的《核安全法》要求相矛盾，未來還需要升級相應管理體系，這個技術(shù)才能最終得以落地。
能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心是數(shù)據(jù)驅(qū)動，具有通過數(shù)字化優(yōu)化管理效能、推動精益運營、提升消費體驗、創(chuàng)新商業(yè)模式和共建開放生態(tài)等五方面趨勢。國家電投集團將全面的數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為“十四五”目標，2020年已經(jīng)開始啟動數(shù)據(jù)驅(qū)動，具體表現(xiàn)為以能源物聯(lián)網(wǎng)提升數(shù)據(jù)感知能力、以數(shù)據(jù)挖掘推動運營決策精益化、由優(yōu)化產(chǎn)品向提升消費體驗轉(zhuǎn)變、以能源數(shù)字化推動商業(yè)模式創(chuàng)新、以價值為導向共建開放創(chuàng)新生態(tài)。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年6月12日第23期
