曾鸣等:利用数字技术构建现代能源体系
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数字化洪流势不可挡。以数字化为核心的第四次工业革命已经颠覆了许多行业(银行、餐饮、交通、出行、酒店、旅游、会议会展等等)的商业模式,消灭了许多无法适应的百年老店,培育了很多新型企业,正在催生着更多全新的商业模式。数字技术作为新的生产力,正在重构生产关系,正在推动迄今为止最大规模的企业与市场转型。数字技术正在以“互联网+”为主要手段的第一阶段向以物联网、大数据、人工智能和区块链等为主要手段的第二阶段进军,更多的行业将被新的数字化浪潮重塑。

能源行业是数字信息技术应用最早也是最为广泛的行业之一。在能源行业逐步数字化的基础上,新一轮数字化浪潮如何进一步改变甚至颠覆能源行业?能源企业及从业者应该关注哪方面的数字技术?数字技术在消除能源行业痛点方面有哪些潜力?中国如何利用数字技术构建现代能源体系?   

2020年9月4日,北京国际能源专家俱乐部携手亚洲开发银行、北大能源研究院联合举办了建言“十四五”能源发展系列活动第九场,以“如何利用数字技术构建现代能源体系?”为主题举办了专家研讨会。

会上,华北电力大学教授、能源互联网研究中心主任曾鸣以“数字革命与能源革命”为主题做了主旨发言,北京国际能源专家俱乐部总裁陈新华以“如何利用数字技术构建现代能源体系?”为主题谈了在构建现代能源体系方面的体会,华为全球能源行业首席数字化转型官夏文波以“数字化转型构建新一代智慧能源体系”为主题,就华为在能源数字化转型方面的思考与贡献做了详实的分享,上海慧著公司的总经理李艳兵以“基于物联网和人工智能的能源化工企业智能工厂解决方案”为主题分享了在智能工厂建设的经验。

“十四五”国家能源规划专家委员会组长吴吟,专家委副组长周大地,专家委成员、中国工程院原副院长杜祥琬,专家委成员、北大能源研究院院长、中国科学院院士金之钧,中国工程院院士刘合等专家做了点评发言。 来自国家部委、学术机构和相关企业约40位能源行业专家学者出席了本次会议。

北大能源研究院副院长杨雷与北京国际能源专家俱乐部总裁陈新华共同主持了本次会议。

1.曾鸣教授的主要观点总结

华北电力大学教授、能源互联网研究中心主任曾鸣的演讲题目是“数字革命与能源革命”,主要观点总结如下。

(1)数字革命为能源生产、消费、技术、体制领域革命带来新动能。

自2014年6月13日,习总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出有关能源革命要求以来,我国能源发展仍面临诸多挑战。一是在生产领域,受可再生能源占比增多影响,供需双侧随机特性突出,同时可再生能源发展也面临瓶颈;二是在消费领域,目前能源消费模式单一刚性,有待创新,整体能源使用效率仍然偏低;三是在技术创新领域,数字革命、工业互联网、中国制造2025等技术研发与能源电力系统的深度融合难度较大;四是在体制改革方面,需进一步深化体制机制改革,能源电力带动周边产业协同发展能力亟待提高。

数字革命(Digital Revolution)依托先进的信息化技术,通过挖掘数字信息的内在价值,推动数字信息向要素化、商品化、产业化发展,是新一轮工业革命的重要组成部分。数字革命可为能源革命提供新动能,加速信息技术与能源电力产业的深度融合,引导能源电力行业向数字化、智能化及网络化转型,为传统能源电力行业产业升级、业态创新、服务拓展及生态构建提供全新可能性。数字革命可在生产、消费、科技、体制领域全方位推进能源革命:

基于数据驱动,通过构建模型算法平台实现新能源电力预测,提升系统运行智能决策水平,通过支撑电力安全与智能、高效传输,有效提高清洁能源占比,推动能源供应模式多元化,助力能源生产革命;

基于用户画像提供精准服务,灵活汇聚需求侧资源,结合供应侧资源提高能效,通过支撑综合能源服务等新业态、新模式发展,赋予用户更广泛的消费选择权,提升用户对自身能效水平的全面感知,助力能源消费革命;

基于“云大物移智链”创新应用,利用能源大数据、能量路由器、数据中台等,推动工业互联网与能源电力系统融合,实现智能化、精确化和标准化转变,通过能源与电力信息数据的挖掘和应用,助力能源技术革命;

基于区块链进行点对点能量交易、绿证交易,实现电力市场交易模式创新,通过打造互惠共赢的能源互联网生态圈,推动共享经济和平台经济建设,进而带动上下游及周边产业协调发展,助力能源体制革命。

(2)能源互联网将朝着“提质增效、互联共享、技术创新及生态共建”方向发展。

能源互联网是一种将互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。它能打破原有相对独立的不同类型能源界限,在先进信息技术的基础上形成以电力系统为核心、多种类型能源网络和多种形式交通运输网络高度整合的新型能源供给利用体系。在横向上,它能够实现不同类型能源相互补充;在纵向上,它能够实现能源开发、生产、运输、存储和消费全过程 “源—网—荷—储” 的协调。

能源互联网是通过数字化技术推动能源革命的主要平台。随着“云大物移智链”等信息通信技术的应用,能源互联网的内涵不断延伸。整体上看,能源互联网将朝着提质增效、互联共享、技术创新及生态共建方向发展。

在提质增效方面,可以通过部署智能监测终端,故障实时定位、及时报修,提升系统运行安全水平;通过源网荷储协同优化,运行方案及时校正,提升系统运行经济水平;通过节能潜力深度挖掘的能效服务,提升用能效率。

在互联共享方面,源网荷储数据统一采集、管理,打造数据共享平台,开展信息共享服务;利用技术、装备领域优势,打造学术交流平台,开展技术共享服务;与行业其他主体互通合作,打造业务融合平台,开展价值共享服务。

在技术创新方面,智能电网可有效接纳大规模波动性可再生能源接入,提升系统泛在感知、实时与智能控制能力,提升能源生产、存储效率,降低成本。

在生态共建方面,能源产业链上、中、下游各主体的能量流、信息流和业务流间的交互作用,加大了各类主体共建互惠共赢能源互联网生态圈的潜能,带动了相关产业的协同发展。

(3)“十四五”能源互联网发展需构建互惠共赢的生态圈

一是推动能源电力数字化转型。首先推进数字技术与能源电力业务融合,加速“云大物移智链”等先进技术在能源行业生产、管理、经营等多种场景中应用,深化数字技术与经营风险规制、业务体系拓展等多种业务的融合,推动运营模式数字化、智能化转型。其次打造数字转型示范应用项目,持续推进智慧能源云、数据中台建设,加快数据发展战略,提升能源电力行业数据资产治理与应用的能力,形成常态化的数据治理与价值挖掘。

二是构建能源互联网生态圈。构建创新管理体制,利用能源互联网“开放互联、智能开放”的技术特性,推进“平台+生态”建设,打破由于技术、机制等原因造成的异质能系统间及多元主体间行业壁垒与技术壁垒,推动实现更大范围内的资源优化配置,引导与推动电力、天然气、热力与互联网运营商构建互惠共赢能源互联网生态圈,以共享经济、平台经济的发展模式创新能源系统运营机制,推动“物理能源消费”向“能源、信息、服务”综合消费过渡。

(4)“十四五”能源互联网发展需建设综合能源系统开展综合能源服务

一是建设综合能源系统。首先围绕“两高三低”目标,“两高”即能效提高、综合可靠性提高,“三低”即全寿命周期成本降低、碳排放降低、有害物排放降低,考虑电、气、热异质能耦合特性与物理约束,开发与搭建涵盖设备画像、系统规划、系统运行、市场交易及综合评估的综合能源系统仿真平台,实现优化调度、多品种能源交易、各类能源效率评估等功能,为综合能源系统落地提供重要基础性理论支撑与方向指导。建设综合能源系统试点示范,选取典型区域,实现对区域内冷热电三联供、分布式光伏、储能、用能负荷的协同优化,形成试点示范经验。

二是开展综合能源服务。首先要创新综合能源服务商业模式,准确掌握不同客户对于电、热、气等异质能的服务需求,因地制宜使用能源托管、多能互补等商业模式,促进供需精准对接,为客户提供定制化综合能源解决方案。其次要紧盯潜在市场,发挥能源互联网信息资源效用,开展多维度分析,深入挖掘数据价值,建设一批规模较大、效益良好、技术先进的综合能源服务示范项目,提炼项目运营经验以形成具有可推广性和可复制性的模式。

(5)能源互联网发展需构建全生命周期数据管护体系

在能源互联网数据生态中引入数据管护理论(Data Curation),构建能源互联网全生命周期数据管护体系,为能源互联网数据资产的有效管理提供重要参考与指导。

战略规划中,以电网、用户、政府等能源互联网多元主体业务需求为导向,从数据种类、规模、采样频率、格式标准等维度明确数据管护的边界,制定在时间和管护策略架构上不断动态滚动的数据管护目标与规划,为合理控制设备成本、信息化成本与人工成本等提供支撑。

整合管理中,首先针对所采集的结构化、半结构化及非结构化数据进行数据融合操作以屏蔽底层数据源差异并提升数据价值密度,其次构建“逻辑统一,物理分布”的大规模分布式存储模式,构建统一管理的数据资产库,在压缩数据存储成本的同时,有效满足对不同节点、不同数据访问、查询与调用需求。

数据应用中,一是对能源互联网中导入的原始数据,利用数理统计、可视化等处理形成可发布与可共享的信息,利用价值挖掘形成脱敏的“二次数据”以供发布或共享;二是在明确能源互联网中数据资产的财产权及价值的基础上,构建可持续的数据交易环境与市场,明确交易平台、交易周期、交易方法及定价机制等以推动数据的大规模复用。

质量评价中,应从数据的数值、格式、结构等维度开展数据质量评估,保证数据的准确性、完整性和可访问性,从时效性、合理性、响应度等维度进行数据效用评估,根据结果,进行数据的更新、替换及拓展。对于生命周期完结的数据,应销毁用户应用程序、平台服务器及云端的数据。

2.陈新华博士的主要观点总结

北京国际能源专家俱乐部总裁陈新华博士的演讲题目是“如何利用数字技术构建现代能源体系?”,主要观点总结如下。

(1)数字信息技术已经成为驱动人类发展进程的最大科技力量

能源技术、材料技术、生物/医疗技术、信息技术等四大核心技术驱动了人类社会的发展。然而,自70年代以来,信息技术突飞猛进,已经成为驱动人类社会发展最大的科技力量。

数字信息领域有着三个广为人知的定律。第一是摩尔定律,讲的是在单位面积上晶体管的数量每隔18个月翻一番。第二是梅特卡夫定律。揭示了网络的价值:一台电话没有价值,两台电话有价值,电话链接的数量越来越多,对任何使用者来讲电话网络的价值就越大,这就解释了为什么互联网平台花很多钱把各方链接数量增加上去的原因。第三是库兹韦尔定律。讲的是信息技术正在以指数级速度增长,并且在不断扩充,越往后,变化速度越快。库兹韦尔有一个很重要的理论叫奇点(Singularity)马上就要来临,并在2009年创建了一个奇点大学。“奇点”从数学角度来讲,就是要除以0,任何东西一除以0就变成无穷大。从物理学角度来讲奇点就是靠近黑洞,任何东西一靠近黑洞,所有的自然规律都失灵。因为信息技术的大爆炸,库兹韦尔认为奇点马上就要来临。中海油原董事长杨华在2018年给员工写过一封公开信,提到了库兹韦尔定律,指出油气行业必须要适应数字时代,实现数字化转型,否则就没有未来。

这三大定律都是基于对被观察现象的总结,没有揭示事物的本质。数字技术快速发展并且具有颠覆性威力的原因还在于它所处理的信息有几个重要的属性。第一是信息的非物质属性,使信息可以非常低的成本或者零成本复制。第二是信息的负熵属性,信息可以减少不确定性,减少人类活动中的不确定性就可以产生很大的价值。第三是信息的链接属性,信息可以连接两个或多个实体,而连接可以产生很大的价值。第四是信息的科技属性。我们人类科技进步就是通过对自然规律的观察形成对自然规律认识,然后再提炼出来,反作用于自然。这样源自自然而又反作用于自然的信息获取与提炼过程实际上就是科学研究的过程,所以信息具有科技属性。

正因为这四大属性和它们之间的相互结合,使得数字信息技术能够突飞猛进,成为驱动人类发展最大的科技力量。

(2)随着数字技术从“互联网”向“物联网”发展,下一轮被冲击的对象是将是产业(Industry)和区域(Territory)

被“互联网+”为核心的数字化洪流冲垮的第一批行业具有的共同特征包括:产业链长、依靠规模化生产和规模化销售,如服装行业、家电行业;信息获取难或者获取成本高,依靠信息不对称而生存的行业,如传统旅行社、商贸业等;没进行及时调整而被新的业态颠覆的行业:包括出版行业、餐饮、酒店、银行、保险、出租车、广告等。

随着互联网技术从人-人互联、人-机互联向万物互联的物联网发展,下一轮被数字技术冲击的是将是产业(Industry)和区域(Territory)。

产业方面,在工厂智能化和企业运营管理数字化的基础上,数字技术必将进一步推动各产业的纵向整合,打破传统产业链,在解决行业痛点的同时推动优化整个产业的生态化运营。

区域方面,在一定的区域范围内(一个园区、城市、局域,乃至一个国家),利用数字技术,对基础设施进行互联互通,对产业布局进行集群优化、横向整合,对能源和环境问题进行综合治理,创造安全、清洁、高效和舒适的宜产宜居区域环境。

(3)能源行业的特点决定了消费互联网平台商业模式无法在能源领域复制

能源行业特点包括:1)能源是一个实体产业,从生产到消费都涉及到物理连接和能量的转移,整个过程需遵守物质不灭定律和能量守恒定律;2)能源是一个重资产产业,产业链长且复杂,涉及到一个国家的基础设施,具有很强的刚性;3)能源网络具有自然垄断特征,在中国已经形成了集自然垄断和行政垄断于一身的多家大型国有企业;4)能源不同于粮食或其他可以直接消费的原材料,能源的消费都是通过技术设备来完成的;5)能源消费具有一定的惰性与“路径依赖”。在能源成本占比不高的企业,经营者往往不太关注能源消费情况,而一旦接受能源供应并形成了消费习惯,惰性很难改变;6)化石能源消费带来的污染和温室气体排放具有强烈的外部性。

能源行业的这些特性决定了在消费与服务领域非常成功的互联网平台模式无法在能源领域复制。能源行业加工处理的是能量,而不是信息,而能量只能通过物理连接才能传输,通过改变应用场景的物理状态才能体现价值。消费互联网平台的“少场景、大流量”模式很难适用于“多场景、少流量”的能源行业。在能源领域,无法建立普遍适用、通过流量效应而成为一家独大的互联网平台。

(4)数字技术可优化能源系统运营,推动能源行业重构,解决中国能源行业的痛点。

数字技术无法从根本上颠覆能源行业,但可以通过大幅度优化能源系统的运营,进而推动能源行业重构。如果能源领域的改革到位,将具有自然垄断性质的基础设施运营与竞争性销售业务分开,数字技术还有可能重塑能源行业的运营模式。

数字技术作为新工具,可以帮助解决能源行业在节能、能源系统整合优化、可再生能源与电力系统的整合等方面的痛点,并为市场预测与供应匹配提供精准的工具,为政府规划与监管赋予严谨有效的手段,同时挖掘能源设施的运维、采购与共享方面的潜力。然而,让数字技术能够真正发挥作用还需要配套的能源体制改革。

(5)数字技术可以帮助构建广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控和开放共享的新一代电力系统。

21世纪将是以电力为核心的能源体系,由于电力是数字技术最容易整合的能源行业,数字技术对电力行业今后的影响也会越来越大。可以通过数字技术整合分布式能源,削减能源消费端存在的水分,大幅度提高终端能效,实现电力流、信息流间的交互与融合,推动信息流、现金流和电力流精准流入生产端和消费端,实现高效匹配。

“配电”领域是数字技术最能发挥作用的环节。未来几年,我国的配电系统应对诸多新挑战。一方面,“数字新基建”、电动汽车充电桩、电能清洁取暖等将引发电力需求剧增,需要配网系统提供足够的容量和高可靠性电力。另一方面,光伏“产能楼宇”、低速风电、其他分布式电源的接入需要配网系统能够更加有效地吸纳这些不稳定的分布式电源。在电网运营上,储能技术和包括电动汽车电池在内的储能设施,需要与配电网产生充放电互动,而综合能源服务、需求侧响应和基于数字技术的“虚拟电厂”都在呼唤着更加灵活互动的配网系统。数字技术可以协助配电网实现新能源汽车、储能、多类型负荷等多元主体的灵活便捷接入与互动,提升可再生能源消纳能力和终端用户的能源市场价值,确保配电网与输电网的良性互动,把配电网打造成为实现区域能源互联网的主要抓手。

(6)能源领域应关注6方面的数字化应用

一是能源物联网,主要关注工业物联网在能源领域的应用。

二是区域能源优化,对工业园区、校区、城区各种各样的能源进行整合优化,由此产生综合能源服务。

三是用户侧围绕工厂、楼宇、家庭提供智能化解决方案,例如ENGIE集团,已经从原天然气分销商和电力发电商整合的能源供应商转型为用户侧解决方案提供商。BP也在近期通过新的战略,为客户提供最终的智能化的解决方案。

四是虚拟电厂技术,可以利用该技术将一些可调度需求、储能及可再生能源、电动汽车等通过数字技术进行整合,在没有实体电厂的情况下变成一个可以参与电力市场交易调峰手段的实体。

五是区块链技术在节能、贸易、绿证方面的应用,中石化、上海交易中心已经开始了贸易方面的试点,区块链应用在可再生能源领域产生的绿证方面也大有前景。

六是数字治理与安全技术。数字治理及数字安全应重点关注两个方面:一方面,数据采集后的所有权归属问题,数据治理必须要考虑数据主权的相关问题。另一方面,能源行业在信息安全方面较为脆弱,特别是电力行业经常受到黑客的入侵,今后一定要关注电力领域虚拟空间的安全,这也是能源安全的重要组成部分。

(7)基于单个项目的智能物联网技术已获成效,但通用平台型数字能源商业模式还有待验证。

目前我国已经开展“互联网+智慧能源”试点,2016年起共推进55个相关项目,但最后只有14个项目通过验收。试点过程中发现的主要问题包括:一是受到电力体制的约束,售电的局限性导致终端优化受到影响。二是很多试点项目内容过于表面,智能技术及成分较少。“互联网+智慧能源”今后的发展方向将围绕着提高终端能效和能源系统的综合可靠性,帮助可再生能源的高比例接入,降低能源使用成本,碳及其他污染物的排放。

从目前中国在数字能源方面所做的努力和尝试来看,基于单个项目的智能物联网技术已经取得了比较好的成效,特别是大型油气企业围绕着“智慧油田”、“智慧管道”和“智慧炼厂”等方面的项目。比如中石油一直以来都非常关注、重视数字化平台的建设,特别是在油田能源物联网建设方面获得了较为可观的效益,大幅度降低了人工成本、提高了产出、降低了能耗。

目前,有几家企业在建设能源领域的通用型物联网服务平台。这类平台的商业模式还有待验证。

(8)“十四五”核心问题及建议。

“十四五”的核心问题是:随着数字技术的发展,我国生产关系如何适应并充分利用好生产力。数字技术可以为新常态提供新动能,应充分利用好这一新动能并推动生产关系变革:

第一,能源领域要创新体制机制,打破行业竖井,加速数字技术在能源领域的应用推广。

第二,调整监管思路。随着电力系统结构变化,电力领域中 “管住中间、放开两头”中,要厘清“中间”和“两头”的具体涵义。在可再生分布式能源和数字技术快速改变电力行业格局的情况下,要改变电力监管的思路,激活配电领域,使得配电领域成为真正的互联网创新平台。

第三,开放国企内部市场,吸纳全社会的创新技术,并且通过创新技术在市场中的应用锤炼创新的商业模式。“十四五”期间,首先要认识数字技术对能源行业变革的重要性。要在国家大的层面创造条件进行体制机制上的调整,使数字技术能够发挥作用。要充分鼓励这些民营创新的企业为他们找到应用场景,并且与提供应用场景的企业进行合作,使他们能够产生共赢,一方面帮助国有企业升级改造,使其产业更加高效、更加有活力;另一方面,给这些有创新的企业提供应用场景,使其成为改变行业的独角兽。

3.夏文波博士的主要观点总结

华为企业业务全球能源行业首席数字化转型官夏文波的演讲题目是“数字化转型构建新一代智慧能源体系”,主要观点如下:

(1)数字技术可以帮助建设低碳多元、安全高效、智慧柔性、友好互动的“新一代智慧能源体系”。

全球能源转型发展面临去碳化、去中心化、再电气化和资产变现等四大趋势,而我国的强国战略也对能源转型提出新要求。在国家能源革命、电力体制改革、城市组团化的大背景下,电力系统的运作形态发生了深刻变化。为了实现安全、绿色、高效、高质量发展的目标,未来电力系统必须解决高比例、分布式新能源系统接入,以及波动性、间歇性新能源带来的高比例消纳、高效运行、电网安全和应对市场变革进行体制机制改革的三方面挑战。

能源行业从业者也面临着6大痛点:1)客户体验:能源、电力、用户三者之间的关系日益紧密,如何迎合客户期望是企业提高自身竞争力的关键。2)安全可靠:面对变化,电力企业应始终确保业务的可靠性、安全性和弹性运行。3)创新变革:将IT/数据管理/数据科学等方面的能力与业务结合,培养数字化能力。4)增值运营:多变多元的能源结构、数字电网的发展等将带来商业模式的变化;5)降本增效:节约成本、提高效率是全球电力企业的首要任务和挑战。6)政策监管:来自政策、环境监管和电力市场发展的约束。

(2)数字技术可以支撑能源行业适应气候变化、抵御自然灾害。

国际能源署指出,数字技术可以提高能源系统的韧性、安全性、可靠性和稳定性,对实现能源安全必不可少。

能源行业面临着战争、风灾、飓风等多种物理安全风险,包括2008年的冰灾,包括现在的疫情、网络攻击等等。随着气候变化的加剧和极端气候事件的频发,能源行业的抗风险能力亟待加强。

围绕人、设备、系统三要素,从电源、供电、运营、信息安全四维度考虑,数字技术可以在强化基础设施的基础上,增强能源系统的“软”实力,满足能源系统对安全问题的新要求。以应对自然灾害为例,数字技术可以从能源系统规划、建设、应急、评估再提升的各个环节实现闭环,建设基于ICT技术的应急指挥平台,形成政府和各个行业的高效互动,以提升能源行业抵御自然灾害的能力。

(3)数字技术可以在“源、储、网、变、输、配、荷、贸易”等方面大幅度改善电力系统的运营模式与互动效率。

在“电源”端,无论是传统燃煤电厂还是风光电站,数字技术可以赋能智慧发电,降低运行成本和运检成本,提升转换效率,增加电厂出力,尤其是增加可再生能源的出力和消纳,通过实时感知和全生命周期管理提升安全水平,预防事故。

在“储能”领域,数字技术可以将储能设施高效地融入到电网中,高效管理储能电池的“储-放”周期,提高电池的利用率和系统效率,降低运维成本,解决储能设施的安全问题。

在“电网”运营方面,随着电网的规模越来越大,运行成本越来越高,高效运维非常重要。在线路巡检方面面对四个方面的问题:一个是本身设备的缺陷、外部环境,比如台风自然灾害的影响、定期巡检并不能实时掌握所有动态,设备规模越来越大、人员规模也不可能无限去增长,通过ICT的技术解决,实现电网的运维效率更高、成本更低,要做到对设备的状况、对风险的管控、对生产的操作、对决策的指挥要实现“四个一”:一目了然、一线贯穿、一键可达、一体作战。数字技术可以让电网变得“可视、可控、可管”的“数字电网”,推动电网从刚性向智慧、柔性转变,降低线损和运营成本,减少电网瘫痪的概率,提高抵抗自然灾害等外部风险能力,构建电网与用户在电力流、信息流、业务流方面实时互动的新型关系。

在“变电站”智能管理方面,数字技术可以实现变压器声音异常检测、变电站智能巡检等功能,降低事故发生率和运营成本。

在“输电”领域,数字技术可以降低运行成本,提升可靠性,包括及时发现输电线路线夹或接续管发热、导线断股或散股等线路缺陷,对线路跳闸故障进行定位和判断;预防台风、雷电、山火、污秽、滑坡、树障、覆冰等外部恶劣造成的大面积停电;对线路进行定期巡视,及时掌握线路运行状态和缺陷发展;减少输电线路对运维人员的需求,并把很多问题“边缘化”就地解决,而不是全部在数据中心进行处理,可以减少网络带宽的压力,并将处理故障时间降低。

在“配电”领域,结合“5可(可观、可测、可控、可追溯、可考核)、5遥(遥测、遥信、遥控、遥调、遥视)、5自(自感、自测、自控、自检、自愈)”解决配电存在的问题。华为给土耳其做智能配电网的时候,土耳其提出了三个核心问题:第一是防御网络攻击,必须实现安全可控;第二是解决供电可靠性的问题;第三是降低线损。

在“负荷”端,数字技术可以满足用户与电网、电源、售电公司进行“双向互动”,提升客户对峰谷电价及动态实时电价的体验,将用户端可调控负荷变成资源,通过虚拟电厂的形式参与电力市场交易,利用5G技术构建调度交易和需求侧管理一体化系统,支撑削峰填谷、双向互动。另外,随着电气化,特别是车联网的应用,从ICT的角度,运用云大物移智链技术,把充电桩、车和运营平台管理起来。

在“电力交易”领域,随着电力现货市场的开展,无论对发电商来说还是对用能单位来说,电力交易规模增长、参与方持续增加、交易机制更灵活、实时性要求更高,涉及的海量数据已经无法通过人工处理,必须依托先进的数字技术对用户需求、电网负荷、各个电源的出力能力进行预测,并以此为基础,制定交易策略,提升交易的自动化水平,支撑电力交易的多元融合发展。

(4)对能源行业发展的五点建议。

第一,加快培育能源行业的高端国际咨询能力。即便像华为这样国际领先的咨询能力和设计能力企业走到海外去,发现还有很多地方需要改进提升,我们需要培养具有解决问题的国际咨询能力企业,创新服务产业,把我国领先的互联网技术和丰富的数字化转型实践与所在国实际情况相结合,而不是简单地把在中国的经验直接搬到另外一个国土上进行实践。这一能力如果不加培养,“走出去”会变得非常困难。

第二,提升软实力。我国在能源行业的硬实力不差,但是软实力,与欧洲国家特别是美国的差距是非常巨大的。从软件+服务业来说,美国的市场空间是我们的75倍,美国的软件业是中国的15倍。软实力建设亟待加强。

第三,加强数字产业与电力装备产业融合。中国电力装备水平经过40年发展,已经具备和国际知名厂家竞争的能力,比如特高压,但是大多数还是在低端低价竞争,我们的ICT技术在全球领先,结合能源互联网发展,把领先的ICT技术与成熟的电力装备和技术融合是实现弯道超车的有效手段。

第四,在全球化基础上加强自主可控。要分析能源产业在核心技术哪些必须要掌握在自己手里,哪些有备胎就行,要找准自主可控的核心,比如DCS、SCADA,芯片、数字孪生等,也不能简单的100%国产化。

第五,制定数据相关政策,提升数据资产利用水平。既然数据资产非常重要,电力企业和生态各方都非常关注,对于数据的利用、保护、产权、隐私、安全、跨境流动,怎么去管理,是我们“十四五”需要关注的问题。建议结合边缘计算,建立布局合理、多层机构的国家级能源数据中心,实现数据公平共享。

4.李艳兵总经理的主要观点总结

上海慧著公司的总经理李艳兵的演讲题目是“基于物联网和人工智能的能源化工企业智能化的解决方案”,主要观点总结如下:

(1)智能工厂建设要转换思维通道,以系统论的视角抓住“有效能”这个主线,大道至简来完成。

目前智能工厂都是按照五层架构来构建的,即传感与执行层(Senors/Activators)、现场控制层(PLC)、数据分析与监控层(SCADA)、生产执行系统层(MES)和企业资源规划(ERP)层。由于没有用系统论的视角来抓住主线,这个五层架构中的传感与执行层(Senors/Activators)和现场控制层(PLC)配置不科学,智能工厂的建设流程复杂,需要采集与处理的数据繁多,集中处理和运算的成本高昂。而在数字技术高度发达、信息物理系统充分融合的今天,智能工厂可以有更简单的办法来建设。

核心是转换思维通道,基于工厂的工艺流程进行反推,以系统性的视角,跳出目前架构的约束,用全新的思维逻辑来建设智慧工厂的数字化控制系统,使工厂的运营变得非常简单,最终达成无人化操作。

能源化工系统的本质是耗能系统,即消耗了一定数量的能量,完成从原料到产品的高效、安全、环保与高质量转换。从系统分析角度,发现这个系统里主导的因素是有效能,即有效的能量在系统里的流动。抓住了这个主要矛盾,我们就可以结合工厂的安全、环保、产能、品质、单耗等方面的诉求,利用物联网和人工智能技术,更简单地完成智能工厂的建设。具体来说,就是做好四件事:一是配置合理,二是运行协调,三是整体优化,四是花最小的代价。

如果达到“配置合理、运行协调、整体优化”的境界,那么智慧工厂便有能力在整体上展现简约、自适应、最低能耗、透明可控等一系列外在健康属性。

(2)基于“有效能”的“冷、热、物料”三元控制系统是能源化工行业智能化建设的核心。

自动驾驶系统是由信息采集与处理、车速变换、车辆启停与转向等多个系统组成的有机整体,而对于汽车本身来说,其所能管控与调节的也只有油门、刹车和方向盘。同理,不管是多么复杂的炼油厂还是化工厂,能动的设备也只有电机和阀门。因此,对于能源化工行业来说,智慧工厂建设的核心是如何精准地控制电机与阀门。

根据有效能的流动,由原料加工成产品的生产过程中,所有的设备,按其功用不同,分为供料设备(如各级物料泵等,合并为物料系统)、供热设备(如加热炉系统、蒸汽系统等,合并为热源系统)、冷却设备(如循环水系统各设备、空冷器、深冷设备、换热器等,合并为冷源系统),供热与冷却的稳定、均衡与精准,即为生产工艺及产品品质的保障。任何炼油化工工厂实际上是由冷系统、热系统和物料系统三大相对独立的系统组成,它们可以从炼化系统中独立剥离出来,各自形成自我适应、自我调控的独立系统,做到阀门与电机相对于工艺要求的自适应,就像人体细胞一样,对环境变化和病毒入侵进行自适应调节,在本地解决问题而不是事事都向大脑汇报,等到大脑下指令后再采取行动。

这样建设起来的智能工厂将由一个物联网络、两个可调控设备、三个能量流系统组成,形成智慧工厂的123体系,非常简单好用。

相对于传统五层智慧工厂架构体系,基于“有效能”的三元控制系统是革命性的变革。它将会用很多数字仪表来代替现在的物理仪表,增强对设备的信息化和可视化管理,并且在物料、冷源和热源每个子系统里,将有效能管控、设备管理和设备安全等因素全部整合到生产调度里。

冷源系统做完以后,工厂运营就可以对天气变化自我适应,不再受天气因素的任何干扰,并且可以数字化配送冷量,同时自我管理,形成一个自我调节的机器人。同样的建设逻辑适用于热源和物料系统。这样最后的结果是,在工厂下面形成3个自我适应、自我调节的机器人,高效地完成智慧工厂的建设。

(3)三元智能工厂理论已经在实践中得到验证。

经过14年的努力,上海慧著这套自主开发的能源化工行业智慧工厂建设体系已经逐步成熟,并已经应用到中石油、中石化、茂名实华、湖北宜化、上海大屯等十几家企业的冷源数字化改造上,平均节水20%,节电25%,并且提高了劳动生产率和产品的纯度和质量,投资回报率一般不会超过三年,炼油、化工板块收益更高,有的不超过一年就回本。

这套系统也可以在电厂里得到应用,可以将电厂里边的输煤系统、一次风机、二次风机送风系统、冷却系统与补水系统全部模块化,并与发电量直接建立数学模型,把火电厂变成一个自我适应自我调节的机器人。

(4)中国智能工厂建设需要克服的问题和“十四五”规划建议。

首先,工程设计软件对外依赖的问题。目前我国的石油化工领域基本上全部用美国鹰图(Intergraph)公司可自动生成的设计软件,该公司已经被瑞典海克斯康(Hexagon)公司兼并。这一软件自动生成和预设的内容无法支持创新的智能改造设计,导致国内的设计院也无法积极参与并支持工厂的智能化改造项目。设计软件严重依赖国外特别是美国,成为了智能工厂建设的卡脖子技术。

其次,数字化改造项目立项问题。 数字化改造涉及工厂的工艺、仪表、水务、热动力、自备电厂等多个部门,由于体制上的鸿沟,项目立项非常困难,很多初创企业可能会因此望而却步。

第三,国有企业的市场准入问题。能源化工行业大多掌握在国有企业手中,但国有企业的市场准入门槛很高,大多倾向于自己控股的公司来进行数字化改造,很难让社会上的企业单独完成。

对于“十四五”规划的三个建议:

第一,建议政府就智慧工厂、智慧能源的建设做好框架设计。这一框架不应满足于目前的信息化工作,而是要基于对工艺流程的透彻理解,才可能完成基于物联网的智能工厂改造。

第二,建议国家将智能工厂的设计软件开发列为 “卡脖子”重点技术来进行扶持,尽快形成有自主创新的智能工厂建设理论为支撑的高效工具,为我国的智能工厂建设奠定坚实基础。

第三,希望政府相关部门降低民营企业进入国有企业智慧工厂、智慧能源建设的市场门槛,让一些有独特能力和创新技术的民营企业在推进我国能源化工行业的数字化建设中发挥有益作用。

5.其他与会专家主要观点总结

其他与会专家围绕如何利用数字技术构建现代能源体系这一话题展开了热烈讨论。主要观点总结如下。

(1)要高度重视数字技术在推动中国能源转型方面可以发挥的巨大作用。

经过过去几十年的努力,中国建立起了世界上最庞大的能源体系。这是一个以化石能源为主的能源体系,在化石能源基础上,形成了资源集中供应、集中转换、大规模输送、大设备运营的模式。这样的体系要在未来三四十年时间内转化成一个以非化石能源为主的新体系,转型的任务繁重,压力巨大。在转型过程中,利用数字技术、信息技术、互联技术、人工智能、大型计算等现代技术,加速能源转型,是一个非常紧迫而且是一个非常有潜力加快发展的领域。

数字技术可以推动能源结构转向高比例可再生能源,推动能源模式向分布式能源发展,推动不同品质能源系统之间融合发展与综合能源服务,推动中国中东部能源负荷较重的地区开发更多基于本地分布式、可再生能源的供应格局。同时要兼顾公平,应该确保数字技术能够惠及农村能源发展与转型。

建议在“十四五”规划中高度重视数字技术对能源转型的巨大推动力,鼓励能源企业进行数字化转型,在电力系统已经有了“能源互联网”的整体架构的基础上,筹划能源化工领域数字化发展的整体架构,明确重点应用领域与试点项目。

(2)能源企业数字化转型目前处于只见树木不见森林的初级阶段,全面推进需要实施一把手工程。

数字化构建现代能源新体系,目标非常宏大,但在现阶段,数字化转型五花八门,基本上还是在单个行业之内进行,还看不到整个能源体系如何去进行数字化转型,有点只见树木不见林的状态。所以要真正做到通过数字化来构建现代能源体系还有相当一段路要走。

数字化转型对传统的国有企业来说,道路还很漫长,在短期之内一下子解决问题不太现实。数字化转型需要和国企的管理机构的变革相适应,生产关系必须变革。

绝大多数企业已经意识到数字化的重要性,但目前我国企业的主要领导人还比较缺乏将数字化转型提高到一把手工程的高度,建议把数字化转型变为企业一把手工程。

(3)数字技术生产力的大幅提升,呼唤通过体制机制改革来调整生产关系,释放数字技术可能发挥的潜力。

宏观层面看,第四次工业革命是以数字技术为核心的智能化革命。以前几次工业革命的经验表明,主动实现开放变革的国家大都能把工业革命的成果率先用起来,使国家变得强大。我国的改革开放使我们抓住了第三次工业革命的尾巴,现在正在与其他国家一起引领第四次工业革命。要继续引领本轮科技与工业革命,我国需要在生产力大幅度提升的同时,对生产关系做出及时调整。

中国在数字技术开发应用方面发展较快,但可以做得更好。技术本身应该不是问题,体制机制的制约可能是导致应用发展缓慢的主要原因。数字技术已经在中国的服务行业和消费行业产生了非常大的变革,这方面的红利可能已接近用尽,现在进入了一个实体产业变革时期,涉及的问题更加复杂,更需要在体制机制上做出调整,只有这样我们才能拥抱新一轮技术革命,进行产业升级,实现高质量发展。

电力是数字技术与能源产业融合的先导行业。正如建言献策第八场讨论所指出的,配电领域亟需改革,使其发挥区域能源互联网、智慧城市和智慧交通支撑平台的作用,而配网改革需要调动电网企业的积极性。此外,地方政府在推进数字技术与能源产业融合方面也可以发挥积极作用,应充分调动地方的积极性,结合各地的情况,在基层把能源领域数字化项目一个个做起来。

所以,“十四五”规划要认识到数字技术对能源行业变革的重要性,在国家大的层面创造条件,进行必要的体制机制改革,调动各方的积极性,使数字技术能够发挥应有的作用。

(4)能源行业的数字化转型可以由能源企业和数字技术企业共同推进。

实现能源数字化转型需要安排好各方面的角色定位,其中最为关键的问题是,能源数字化转型是由能源企业还是由数字技术企业来主导?即是由能源企业通过培育自己的数字化能力(包括招聘技术人才)开发自己的数字化系统?还是购买数字技术企业的服务来落实?不管以何种方式,能源企业作为业主的地位无法撼动,能源央企、国企和民营企业可以充分利用数字技术企业的优势落实自己的数字化转型战略,并在合作过程中探索不同的商务模式。

建议“十四五”规划明晰国家推进能源领域数字化的工作方向、总体目标与相关政策,鼓励不同市场主体在大的政策框架下各显身手,利用各自的优势与专长,携手推进能源数字经济建设。

(5)数字化转型要注意做好三个方面的结合。

第一,投入和产出结合。数字化转型需要很大的投入,需要注意投入与产出的比例,从能够产生实际效果的领域着手。

第二,上下结合。注意顶层设计、领导决策和基层具体贯彻落地的结合,对此,员工的观念和业务素质需要跟进。

第三,软硬结合。要注意数字化交钥匙工程以后的运营维护能力、维护成本和后期执行过程中管理成本的问题。

(6)数字化转型需要在数据领域加强政府监管,制定相关政策。

数据很重要,但数据管理更重要。在数据产权、数据开放分享等方面,政府的很多监管职能还不到位,缺乏有效的法律监管体系、缺少专门的机构等。比如国企掌握的油田数据能不能开放?怎么开放?如果民营企业参与油田的数字化转型工作,这些数据能不能共享?国家应在数据管理的法律与监管体系方面做出制度安排。

此外,数字技术的优势在于打破能源行业的竖井,实现整体优化。不同行业之间要避免形成数据孤岛,形成互联共享、便利安全的全行业数据共享解决方案。

建议“十四五”期间,要以问题为导向就数据分享与共建问题开展示范,在实践中逐渐发现和解决问题,明晰各方的权利与责任,逐步形成相关监管框架。

(7)数字化建设要注意培育能源企业员工的接受能力。

数字化转型是流程再造。获取数据并提供解决方案相对容易,但要改变每个人已经形成的传统观念是极其困难的,因为对新事物的接受往往需要一个过程。

建议能源企业培育员工的数字化意识,培育在新的环境下,利用数字技术解决传统问题,开辟新兴业务的能力。

(8)开放国有企业的内部市场,发挥民营企业在推动能源数字化进程中的作用。

能源领域的智能化建设需求巨大,如国家发改委、能源局等部门发文,推进智能化示范煤矿建设,利用无人工作面实现智能化开采,提质增效且安全性更高。但目前存在技术欠缺和体制限制等问题,阻碍了项目加速建设。

在能源行业的转型数字化中,像华为这样的民营企业可以发挥重要的作用,应从国家角度考虑如何支持民营企业和国企结合,共同推进行业转型。

建议政府出台文件积极并鼓励支持民企进入国企市场,为民营企业的技术提供应用场景,使其与央企国企实现共赢。一方面帮助央企国企实现数字技术升级改造,使其更加高效、更有活力;另一方面,给有创新型活力的民营企业提供应用场景,使其成为改变行业的独角兽。

建议“十四五”考虑从节能规划方面入手,把先进的数字化节能技术应用到能源管理中进行推广。

来源:微信公众号“北京国际能源专家俱乐部”,https://mp.weixin.qq.com/s/71w4aVV73D0di9wAJFlIfw 发表时间:2020年9月20日

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