数字技术助力能源利用

“双碳”目标下，数字化赋能绿色低碳转型作用凸显。“云计算、移动互联网、大数据技术、区块链技术、5G技术融合发展，正在改变整个能源的生产、运行、传输模式，通过数字化赋能，可以提升管理效率和生产效率，促进绿色低碳转型。”在中国新闻社和能源基金会日前联合主办的国是论坛之“能源中国”论坛上，赛迪研究院副院长刘文强表示。

面对“碳中和”大考，有效的方法是提升清洁能源占比、提高能源使用效率、增加电力使用比例。不过，考虑到清洁能源和电能替代需要一个长期过程，通过数字技术提升能源使用效率对于大多数行业、企业来说，仍是实现绿色低碳发展的有效途径。

世界经济论坛数据显示，到2030年，各行业受益于信息和通信技术（ICT）减少的碳排放量将达到121亿吨，其中能源领域超18亿吨。从发电行业来看，国际能源署（IEA）预测，采用数字化技术，可使2016年2040年年发电成本降低800亿美元，相当于全球发电总成本的5%。

“从更广泛意义上讲，数字技术在能源革命战略中正发挥重要作用，能源产业变革，成为一个原动力。”刘文强表示，数字化赋能发电设备、新建能源的比例目前已经显著提升。

当前，数字经济正在推动能源消费结构转型，如清洁化转型、能源消费环境多元化等，电力公司、电网公司纷纷推出数字化产品。

基于人工智能的智能电网

随着人工智能技术与可再生能源的相互融合，能源行业将经历一次的深度变革。在未来，人工智能将成为智能电网的大脑，通过接入数以百万计的传感器数据，可对电力进行实时分配、分析和决策，使能源分配与使用效率实现较大化。

人工智能在新能源领域的应用取代了人工标准化、程式化工作和管理内容，通过精准识别与预警以规避意外风险。除此之外，其还能在有别于传统能源场景的自动维护、优化、监控等方面起到意想不到的效果。Raycatch （以色列初创公司） 利用人工智能技术进行太阳能发电厂的管理与运营。该公司推出了基于AI的诊断和优化解决方案，可获取并分析太阳能发电厂所有的生产数据，并对日常管理进行优化和指导。目前，Raycatch在全球范围内管理着约1GW的光伏项目，覆盖35000个逆变器和400万块控制面板。“DeepSolar 2.0”是Raycatch推出的一种基于AI的软件即服务 （SaaS） 解决方案，将全自动诊断软件程序用于光伏电站的成本优化维护和监控，为太阳能电站所有者提供全面的率信息和数据驱动的运营监测服务。此外，诊断系统还可以识别技术问题的根源，评估解决问题的成本并根据工厂需求提出优先建议。

在数字技术的深度应用下，新能源的生产或将不再只是某几个大型企业的特权，人工智能也正在将清洁能源的生产权力与能力向个人进行释放。BluWave-ai （一家基于人工智能的可再生能源公司） 将人工智能、边缘计算和基于云的超级计算等创新技术引入分布式可再生能源领域，其电网能源优化平台可实时平衡不同能源 （包括可再生能源和能源） 的成本、可用性和碳足迹与能源需求。BluWave-ai借助先进的数字技术来优化发电和使用过程，推动集中式传统能源模式转变为分布式能源生产模式，同时，基于能源优化应用的数据资源与AI模型也成为一种可访问、可共享、可二次开发的平台化能力。

2021年，BluWave-ai和萨默赛德市合作开发了北美专业端到端AI优化电网，将能源网络转向较大限度地利用可再生能源，实现可再生能源的资产优化整合。2022年初，BluWave-ai正式启动加拿大智能电网AI不凡中心。这一中心由风电场、太阳能电池阵列、电池存储、电网连接、智能计量资产和基于云的人工智能优化平台等部分组成，为全球的国际客户提供技术支持。目前，AI不凡中心1.0版已全面运行，通过将萨默赛德市公用事业公司的分布式可再生能源和BluWave-ai基于云的边缘和中心平台相结合，推出各种智能电网软件产品，从实时采集原始数据到优化电网运行，在云端执行端到端的电网优化服务。其中BluWave-ai云平台由BluWave-ai Edge和BluWave-ai Center两个模块组成：BluWave-ai Edge主要包含服务协议等固定参数，以及可再生能源发电和电池充电状态等变量参数；BluWave-ai Center主要使用实时运营数据不断改进人工智能模型，以实现优化能源成本和其他运营目标。未来，加拿大和国际上第三方研究人员及实验室将能够访问和加载云平台的合成数据与人工智能模型。

BluWave-ai的运营模式为我们理解人工智能如何在低碳能源领域发挥作用提供思路。人工智能技术与算法模型的应用不仅改善和优化了本地化能源需求与交付体验，同时还可能实现能力延伸与扩展，成为为全球同类城市提供智慧能源算法模型的开放平台。

虚拟电厂：分布式能源供给的智能创新

全球能源紧缺、气候变化以及环境污染等问题日益严峻，这对电力系统的发展提出了新的挑战。新形势下，各国电力系统的发展正在逐渐转变，电力系统中的发电资源呈现出清洁型、分散型的发展趋势。这些分布式发电资源规模较小、布局分散，导致其难以真正参与电力系统的经济调度，乃电力市场的竞争，难以通过市场发现其经济价值。为缓解负面效应，充分发挥新型能源资源的积极作用，虚拟电厂 （Virtual Power Plant，VPP） 引起了人们的广泛关注。

简单地说，虚拟电厂(VPP)并不是真实存在的电厂，它是用户与大电网互动的“桥梁”，是一种智能电网技术与虚拟能源系统。虚拟电厂模式无需对电网进行改造，而是通过物联网、大数据、区块链、人工智能等数字技术，将点多、面广、单体容量小的分布式资源聚合到“虚拟电厂”，实现电源侧的多能互补和负荷侧的灵活互动，给电网提供电能和辅助服务。

在南澳大利亚州政府的支持下，Tesla （美国电动汽车及能源公司特斯拉） 和Energy Locals （澳大利亚电力零售商） 合作开发了世界上较大的虚拟电厂项目——SA VPP。该项目于2018年推出，分阶段设计，旨在探索虚拟电厂的可行性，为用户提供更实惠、可靠和安全的电力。项目由特斯拉负责设计和开发，并负责管理南澳大利亚家庭太阳能和Tesla Powerwall家用电池系统的安装；Energy Locals则作为SA VPP所有家庭的电力供应商和零售商参与进来。项目试验靠前阶段包含1100个Housing SA物业配备太阳能和Tesla Powerwall家用电池系统，已于2019年完成安装。目前SA VPP项目纳入了3000个Housing SA物业，涉及家庭达到50000户，免费安装到家，并负责电力交易和控制。SA VPP项目直接改变了南澳州的能源结构，降低了能源价格，提高了能源的稳定性，使每个网络中的家庭单元获得了实实在在的利益。

2019年4月，英国政府宣布为4个VPP项目提供1.025亿英镑资金，项目包括“Energy Superhub Oxford” （牛津试点的能源超级枢纽项目） ，“ReFLEX Orkney” （奥克尼试点的向应试灵活性项目） ，“Project Leo （Local Energy Oxfordshire） ” （牛津郡的Leo项目） 和“Smart Hub SLES （West Sussex） ” （西萨塞克斯的能源管理项目） 。其中“Energy Superhub Oxford”项目负责在牛津安装世界上靠前个传输连接的锂离子和氧化还原液混合电池。该项目将包含一个由320个地源热泵组成的网络，以社会住房为对象，依靠社区参与运作，借助云计算和人工智能驱动的软件算法进行能源需求/供应和电池寿命的预测与管理。

“ReFLEX Orkney”项目旨在创建一个“智能能源岛”，展示未来的能源系统，减少并终消除对化石燃料的需求。该项目首创了一个虚拟能源系统 (VES) ，以数字化方式将分布式和间歇性可再生能源发电与现实需求联系起来，将当地电力、运输和热力网络连接成一个可控的总体系统，通过软件平台可实现智能监控，在发电高峰期充电，在需求高峰期放电。“Project Leo （Local Energy Oxfordshire） ”项目旨在探索如何将前沿的能源创新结合起来，为用户提供更便宜、更清洁的能源。

该项目以社区为中心，采用配电系统运营商 (DSO) 的方式在牛津郡实施新能源项目，即创建一个本地能源市场，实现电力负载的虚拟聚合、灵活调度和本地点对点交易。项目拥有约90个低碳能源项目组合，与DSO的数据接口将实现更好的主动网络管理和本地风险预测。“Smart Hub SLES （West Sussex） ”项目旨在整合社会住房、交通、基础设施以及私人住宅和商业物业的能源管理，改变能源的生产、存储、共享和消耗方式。该项目汇集了前沿的技术系统和融资模式，使用智能控制的机器学习算法分析数据，提供可复制、可扩展的分布式能源管理系统。

虚拟电厂不仅在能源的传输与应用上深度融合了数字技术的价值，同时在运行逻辑和架构思路上采用了云计算“虚拟主机”的概念，实现全网用户共享共用、按需付费的能源交互利用模式。此外，虚拟电厂还在能源的交付体验上充分考虑到了单个用户的价值，在个人付费方面降低能源价格，并充分掌控和管理个人能源消耗的数据，以体现个体在实现低碳城市进程中的参与感与主体性。

未来能源的绿色低碳转型发展，要求加快能源技术变革。伴随新能源技术与前沿信息通信技术、新兴数字技术的深度融合，能够优化能源结构，提升能源效率，创建更加清洁低碳、智慧、经济安全的能源体系。

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