国网研究院：能源数字化转型白皮书（2021）-solarbe文库

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版权声明本报告版权属于国网能源研究院有限公司，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源国网能源研究院有限公司”。违反上述声明者，本公司将追究其相关法律责任。 I 前言 PREFACE 当今世界处于百年未有之大变局，以数字化、网络化、智能化为特征的新一代信息技术日益创新突破，推动全社会进入数字化时代。 2020 年我国数字经济规模近 5.4 万亿美元，居全球第二位，同比增长 9.6，数字经济正在以迅雷不及掩耳之势渗透到包括能源领域在内的经济社会各个方面。党的十九届五中全会提出，要推进能源革命，加快数字化发展，构建智慧能源系统。电力系统“双高”“双峰”特征凸显，面对加速推进能源清洁转型的强烈信号，以及新能源大规模高比例并网、分布式电源和微电网接入等多重挑战，亟待运用数字思维，破解安全、经济和绿色发展“不可能三角”难题，有效支撑水火风光互补互济、源网荷储协同互动，加快推动以新能源为主体的新型电力系统转型升级。能源数字化转型坚持以新发展理念为引领，以能源技术和数字技术融合应用为核心推动力，以数据作为关键生产要素，以现代能源网络和信息网络为主要载体，不断提高能源行业全要素生产率，推动构建现代能源体系。能源数字化转型将为传统能源行业的产业升级、业态创新、服务拓展及生 II 态构建注入新动能，在推动质量变革、效率变革、动力变革中持续发力，提升能源高质量发展水平。图 1 能源数字化转型白皮书基本框架能源数字化转型白皮书（简称“白皮书”）旨在以能源数字化为主脉络，从新型基础设施、新型数字技术、新型产品服务、新型市场培育的“四新”视角，探究数字化对能源行业的本质性影响，其中，“四新”之间存在紧密的内在逻辑，新型数字技术是基础源动力，不仅为新兴基础设施建设提供技术支撑，同时在转化之后也会形成产品服务、新型市场，新型基础设施是开展产品服务创新和市场培育的重要基础条件，产品服务创新也进一步丰富市场类型。能源基础保障的属性决定了能源数字化具有强外部性，在赋能产业经济和区域经济方面发挥得天独厚的作用，因此，本报告重点分析了能源数字化在这两方面的实践现状及未来趋势。能源数 III 字化的实践主体主要在能源企业，最后，我们将视角落在国内外企业的创新实践。能源数字化还处在创新发展初期，我们的研究探索也将持续推进，希望通过本报告及后续系列研究能够为业界开展能源数字化相关工作提供参考。限于作者水平，虽然对书稿进行了反复研究推敲，但难免仍会存在疏漏与不足之处，恳请读者谅解并批评指正目录 CONTENTS 一、新型基础设施 . 1 （一）“数字新基建”为能源数字化转型提供强大动力 . 2 （二）“东数西算”推进构建新型电力算力格局 . 4 （三）“电力算力融合”发挥数字化引擎作用 . 7 二、新型数字技术 . 12 （一）区块链技术重构能源多元主体关系 . 13 （二）电力北斗技术打造多元融合高弹性电网 . 18 （三）数字孪生技术拟真新型电力系统构建 . 22 三、新型产品服务 . 24 （一）新型能源数字平台催生能源网络平台效益 . 25 （二）新型能源数字产品激发能源数据价值释放 . 27 （三）新型能源数字工具支撑能源权市场交易核算 . 31 四、新型市场培育 . 34 （一）电力市场碳市场能源数据市场融合发展 35 （二）隔墙售电市场中的“产销者”用户有序培育 . 38 （三）多主体激励是能源金融服务创新的突破口 . 40 五、赋能产业经济 . 45 （一）能源大数据赋能现代产业体系建设 . 46 （二）能源企业做好区域空间布局、产业协同、新兴市场三大布局 . 52 （三）数字监测支撑分布式可再生能源产业发展 . 54 六、赋能区域经济 . 58 （一）能源数字化破解城市“ 3060”问题之策 . 59 （二）能源数字化激发区域就业消纳新业态 . 63 （三）能源大数据成为区域协调发展的新动能 . 66 七、企业创新实践 . 70 （一）国家电网以数字化支撑新型电力系统构建 . 71 （二）中国石化数字化战略贯穿生产全流程 . 74 （三）南方电网推行“数字南网”战略 . 77 （四）中国华能四步走实现数字化转型 . 79 （五）法国电力做多元电力结构下数字化解决方案先行者 . 81 （六）英国石油全新数字化战略转型 . 84 致谢 87 1 一、新型基础设施对信息与能量的利用水平是衡量文明发展进程的价值尺度，未来的能源与数字化的深度融合成为推动经济社会高质量发展的重要基础。本年度白皮书将关注重点聚焦在三个方面，数字新基建、东数西算战略、电力算力融合。特别是电力算力融合的趋势，将会持续为能源电力的物理形态、价值形态注入新内涵，在数字新基建与东数西算战略的指引下，传统电力与算力的布局与资源配置方式将逐步改变。智能时代的首要任务，就是要加强信息基础设施建设，弥合不同产业、地区间的数字鸿沟。张磊价值元宇宙是未来人类的数字化生存，算力提升和能源可持续既是核心约束也是投资机遇。中信证券 2 （一）“数字新基建”为能源数字化转型提供强大动力 “数字新基建”是随着数字经济的发展及应用而逐渐形成的新型基础设施建设需求，是以新发展理念为引领，以数据作为关键生产要素，以信息网络为主要载体的信息通信技术及数字技术发展应用新趋势。“数字新基建”将推动信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施的建设，成为能源数字化转型的强大动力。 “数字新基建”将推动能源数字化转型三大变革一是能源发展的质量变革，实现供应模式从规模速度型向质量效率型转变，智能化数字技术能有效推动能源生产和供应模式多元化，提高能源系统中清洁能源比例。二是能源发展的效益变革，实现发展模式从粗放式向集约式转变。能源基础设施和数字基础设施的深度融合，带来“能源”和“数据”两大要素的融合，通过数据要素的充分流通和使用，推动能源系统中其他各生产要素的高效流通，进而带动能源系统全要素生产率的提高。三是能源发展的动力变革，实现发展理念从投资拉动向创新驱动转变。工业互联网与能源系统的融合使传统能源系统运行与管理模式向高度智能化、精确化和标准化转变，促进能源系统各环节的互联互动，带动上下游产业链的共商共建。具体而言，“数字新基建”为能源数字化转型提供强大动力，体现在如下三个方面 3 一是“数字新基建”将促进传统能源基础设施智能融合、转型升级。传统能源基础设施通过提供可靠能源供给支撑中国工业化和城市化发展，是工业经济下的产物；能源数字化转型则在数字经济赋能下推动传统能源基础设施向信息化、数字化、网络化、智能化、绿色化发展。作为“数字新基建” 的重要组成部分， 5G、工业互联网、数据中心、人工智能等信息基础设施与能源基础设施深度融合，支撑传统能源基础设施转型升级，推进能源生产和消费方式更加智能化。同时，能源互联网在工业互联网新生态中的重要价值也将充分体现，推动能源向高质量发展。二是“数字新基建”将为能源数字化转型提供新一代智能化信息基础设施。能源数字化转型价值创造的本质在于能源这种传统生产要素与数据这种新型生产要素实现融合，通过数据的自由流动推动能源系统整体的资源配置效率优化。 5G 技术、大数据、云计算等为能源数据信息传输、存储、计算、处理提供了一体化的载体，在能源数字化转型中发挥着 “神经”和“大脑”的作用，数据成为能源发展的新型生产要素，能源和数据两个重要生产要素进行关联交汇带来能源生产力和生产关系的重塑，推动能源向高阶段发展。三是“数字新基建”为能源数字化转型提供具有“乘数效应”的创新基础设施。 “数字新基建”不仅体现在信息基础设施、融合基础设施上，也包括支撑科学研究、技术开发、 4 产品研制的具有公益属性的创新基础设施。创新基础设施的具体内容、产业生态、发展模式等尚未完全定型，但公益属性是其鲜明特点。能源行业作为保障经济社会和生产生活的基础保障型、公用事业型行业，是国民经济的命脉，肩负着引领科技创新的重任。 “数字新基建”助力能源数字化转型，一方面，应当通过搭建产学研用贯通的能源产业创新生态系统，促进从核心技术到应用场景的前瞻研究，以及从技术开发到商业模式创新的布局规划。另一方面，需要结合混合所有制改革，加大不同市场主体，尤其是前沿科技企业对能源领域基础研究和应用基础研究的投入力度。（二）“东数西算”推进构建新型电力算力格局近年来，我国数据中心在机架规模、市场规模、用电规模等方面均保持高速增长。在机架规模方面，截至 2020 年底，我国在用数据中心机架总规模达到 400 万架，大型及超大型数据中心占比 75以上。在市场规模方面，我国数据中心市场规模从 2014年的 372亿元快速增长至 2020年的 1958 亿元，近 5 年年均增速超过 30。在用电规模方面，过去十年间，我国数据中心整体用电量年均增速超过 10。 2020年，我国数据中心的用电量约 1500 亿千瓦时，占全社会用电量的 2 。 5 图 2 2012-2020年我国数据中心市场规模及增长率但数据中心分布“东热西冷”。目前，我国 31 个省（区、市）均有各类数据中心部署，但主要集中在北京、上海、广州等东部一线城市及其周边地区，中、西部地区分布较少。截至 2019 年底，北京、上海、广州及周边等东部数据中心机架数量占比分别为 26.5、 25.3、 13.5，合计 65.3，中部、西部及东北地区占比分别为 12.2、 18.7和 3.8。在建设布局方面，数据中心将向中西部转移和东部功能提升并举。新建大型、超大型数据中心逐渐向中西部地区和东部一线城市周边转移；东部城市城区范围内主要建设规模适中、网络时延要求极高的边缘数据中心；东部地区单纯的数据存储中心、容灾备份中心将逐步关停或升级成为具备计算和应用功能的新型数据中心。在业务需求方面，通过一体化算力调度实现各类数据中心物尽其用。对于网络游戏、金 6 融结算等面向高频次业务调用、对网络时延要求极高的业务，积极导向城市级高性能、边缘数据中心。对于需后台加工、离线分析、存储备份等对网络时延要求不高的业务，积极导向贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等中西部地区可再生能源丰富、气候适宜地区的数据中心。表 1 我国各地区建设数据中心的优劣势分析地域主要优势相对劣势北京、上海、广州等东部一线城市 1、靠近互联网、金融等终端用户需求，日常管理、应急保障便捷 2、网络的可靠性和稳定性较强，网络延迟低 3、运维人员充足 1、土地、水、电等资源供应紧张，用地、用水、用电的批复难、扩容难 2、电价水平高 3、用地成本高 4、能效管控严格，能耗指标严重不足 5、政策监管严格，一般禁止新建或扩建数据中心东部一线城市周边 1、资源供应充足 2、用地成本相对低廉 3、网络的可靠性和稳定性较强，网络延迟低 4、靠近互联网、金融等终端用户需求，日常管理和应急保障便捷 1、电价水平比中西部地区高 2、用地成本比中西部地区高 3、网络的可靠性和稳定性比一线城市差，网络延迟比一线城市高中西部地区 1、能源供应充足（含可再生能源） 2、气候条件适宜 3、电价水平较低 4、用地成本低廉 5、能耗指标充足 1、远离宽带网络骨干节点，网络的可靠性和稳定性较差，网络延迟较高 2、远离互联网、金融等终端用户需求，日常的管理、应急保障困难 3、运维人员缺乏契合双碳目标的落实，未来“东数西算”的战略价值将在中长期得到充分显现。通过“东数西算”，一方面，实现部分电力负荷的空间转移，有利于缓解西部、北部清洁能源消纳问题。未来，数据中心将通过配套建设可再生能源电站、直接与可再生能源发电企业开展电力交易、大用户直供、拉专线等方式不断加大对可再生能源电力的消费。另一方面， 7 数据中心在线负载具备空间转移灵活性，离线负载具备时间转移灵活性，两类负载都具备需求侧响应潜力。在线负载需满足用户实时的服务请求，但在数据中心计算资源分配不均或其他一些紧急情况时，可通过改变调度指令，在极短时间内实现在线负载异地处理，具备空间维度上转移能力。离线负载优先级较低，在任务截止时间前完成即可，负载处理推迟时间短则几秒、长则几个小时，具备时间维度上转移能力。（三）“电力算力融合”发挥数字化引擎作用电力在终端能源的占比已经超过 80，未来能源的形态是电力与算力融合的形态，电网也将由输送电力向输出电力的同时，充分考虑算力发展需求。首先，电力服务算力，从目前来看数据中心的耗电量尚不超过全社会用电量 2，未来即使需求量增长加倍，但总体上供电压力不大；其次，电力即算力，电力的分布式生产、消费与远距离大规模输送等功能形态均能够同步加载算力资源，实现资源复用与时空优化。电网的平台枢纽功能将在电力算力时代得到进一步丰富，电力北斗、电力 5G、电力数据中心对外服务等利用模式可充分响应用户对算力、电力的双重需求，彻底改造新型能源基础设施的功能形态与价值形态。 8 图 3 电力算力的基础设施融合算力的高耗能属性决定了其与电力存在着紧密的相互支撑关系。从计算的本质来说，是把数据从无序变成有序，这个过程一定需要能量的输入，算力水平的提升会带来电力水平提升。仅从量的方面看，根据不完全统计， 2020年全球发电量中，有 5左右用于计算能力消耗，而这一数字到 2030 年将有可能提高到 15到 25左右，也就是说，计算产业的用电量占比将与工业等耗能大户相提并论。而对于计算产业来说，电力成本也是除了芯片成本外最核心的成本，所以，电力与算力天然具有相互影响关系。充分发挥电力和算力双引擎作用，以电力支撑算力提升，算力提升反哺能源电力科技突破创新，为现代经济体系建设提供新型基础设施支撑。其中，从投资规模看，相比于制造 9 业、金融业而言，能源电力行业的算力应用水平还不高，发展空间大；从地域分布看，算力与电力都遵循了“逆向分布” 特点，即供给中心在中西部，需求中心在东部发达地区，电力算力规划实施的同步性特征明显；从预期价值看，电力算力的应用场景还主要在电力系统内部，以电力北斗、电力 5G 为例，选择成熟度较高的关键场景突破，如无人机智能巡检、小水电精准调控等。算力在能源电力行业中的应用和投资分布情况还远低于行业平均水平，能源电力行业迫切需要加强对算力的超前布局。同时，算力供需缺口也较为突出，算力的供需格局与电力供需格局存在相似之处，在中西部地区资源充足，另一方面，虽然一线城市对算力资源的需求十分旺盛，但由于政策、土地、电力、网络等条件的制约，算力供给能力反而相对有限，造成供需缺口突出。现代能源企业要以“电力算力”为重点，支撑新型电力系统建设，驱动能源系统高质量发展。通过电力和算力共同发挥作用，促进大规模可再生能源协同发展，这是当前建设能源互联网企业面临的重要课题，也是建设新型电力系统的要求。以电力新基建为抓手，面向新型电力系统发展需要，应通过强大的算力支撑以及海量数据基础、平台支持，实现能源流、信息流与业务流的深度融合，增强电网资源大范围优化配置能力，提高电力的清洁绿色、安全稳定水平，再进 10 一步反向促进算力的可持续发展，以在电力和算力螺旋式上升的过程中，实现能源系统的高质量发展。案例数据中心变电站打造共享型综合能源枢纽变电站是电网中枢节点及核心资产，深入挖掘变电站站址资源价值，利用变电站资源建设运营数据中心站等设施，可有效促进资源集约化利用，将传统变电节点转变为具备源网荷储等特征的能量双向流动的能源信息枢纽，实现“能源流、业务流、数据流”三流合一，满足能源灵活互动、状态全面感知、信息高效处理、业务实时智能等关键需求，支撑拓宽能源服务渠道、创建能源共享互济新业态。图 4 数据中心变电站融合构建综合能源枢纽构建多层多级的计算存储和位置服务网络体系，为能源物联网、智慧应用提供一体化的网络、计算、存储、平台和位置以及云边协同服务。采用“变电站数据中心站”模式，可充分发挥变电站电力、通信、土地供应、布点等资源优势，提升数据中心供电可靠性，减少柴 11 发设备投入数量，有效降低数据中心建设和运营成本；可实现变电站通信系统和数据中心通信系统的高复用，实现数据中心站间的高效互联；可进一步促进生产数据的边缘处理能力、核心存储能力和云端计算能力，满足公司不同业务应用需求，实现 IT 基础资源、通信光纤网络、无线专网和电力杆塔等富余资源的产业转化和商业化运营。 12 二、新型数字技术大数据、人工智能、移动互联网、云计算、 5G 等新一代信息技术的应用，标志着人类进入数字经济时代。能源行业数字化转型的重要驱动力在于将新技术与业务融合，将数据要素深度嵌入到生产运营流程与客户服务之中，充分发挥数据要素的放大、叠加与倍增效应。大数据与人工智能仍然拥有非常广泛的前景与市场空间，物联感知技术也正在大规模部署之中。相对于“确定性”较强的技术应用，本年度白皮书将关注重点聚焦在三个方面，区块链技术、电力北斗和数字孪生。其中，区块链技术与培育多元化市场主体的新形势高度契合，数字孪生技术的深度应用恰逢其时，电力北斗技术则伴随我国北斗三号卫星的全面组网迎来新的发展机遇，不过这三大技术是否能够带来持续增长机会尚有待观察。所谓“创新”，是指建立一种新的生产函数，即把一种从来没有过的关于生产要素和生产条件的“新组合”引入生产体系，而“企业家”的职能就是引进“新组合”，实现“创新”。约瑟夫·熊彼特数字经济呈现近似物理世界的核“裂变”和“聚变”，信息技术加上通讯技术构成了整个数字经济裂变和聚变过程的最初起点。朱嘉明 13 （一）区块链技术重构能源多元主体关系随着传统能源领域业务数字化的不断深入，能源企业对数据存储、分析、处理的需求不断增强，能源数据体量、维度不断增加，参与交易的各方主体对数据共享、共用、可信的需求不断增强。区块链技术正是由于其具有分布式存储、可溯源、防止篡改、共享、共用等特点可为当前能源数字化业务难点提供解决方案。区块链技术将重构能源主体信任关系、分配关系和所有权关系。一是区块链打通能源数据壁垒重构多主体信任关系。随着分布式能源、电动汽车等多主体参与，未来电网的复杂性、多元化日趋加深，解决多方互信、促进市场化交易将是能源区块链发挥优势的重要途径。正是由于区块链的这些特性，其可被应用到新能源消纳、电力交易、商业保险等业务领域，从而提高项目参与各方数据的互信、共享与共用，提升电网数字化、智能化、网络化水平。对于新能源消纳业务，参与各方均可以通过公开接口查询链上数据和开发相关应用，上链数据对新能源发电商、电网公司、政府等参与项目各方开放，建立更低成本、更快响应速度的信任机制，实现系统的透明化、高效化。对于电力交易业务，可应用加密算法对业务各节点上链信息进行加密，交易各方若想篡改某一节点信息就必须对全链信息进行修改，有效增加交易互信程度，同时各链间的数据通过固定已知的算法并基于正确的地址与 14 算法才可进行彼此识别和交换，增强了上链数据的安全性与防篡改性。对于能源商业保险业务，则可以与客户签订智能合约并将其写入分布式账本，保险公司与投保人通过分布式账本上的智能合约，即可自动完成投保、理赔相关业务，业务全流程无需人工线下操做，有效促进各方互信，提升用电服务满意度。案例基于区块链技术的能源企业电子合同基于区块链技术的能源企业电子合同，通过对上链数据合同的自动化管理，使链上信息对合同签订者完全公开透明，将之前单向串行单点合同签订方式改变为并行多点的方式，加快了合同的处理速度，简化了处理流程。图 5 基于区块链的电子合同运用区块链技术，人工智能、云存储等构建能源企业基于区块链电子合同，实现电子合同的固定、上链、存证、真 15 伪验证、取证、司法服务等全生命周期管理，项目建设内容包含实名认证服务、行为意愿确认服务、合同签署服务、合同真伪验证、司法支持服务五大内容。基于哈希函数、分布式账本、智能图像识别、云存储等数字化技术，对电子合同进行全生命周期管理，对用户注册、实名认证、数字证书发放、存证真伪辨识等关键业务提供服务，形成完整的区块链电子合同服务链条。融合人工智能、云存储等关键技术使区块链电子合同极大的增强企业间、企业与个人间互信关系、实现电子合同从实名认证到内容确认再到合同存储的自动化链接，增强了电子合同的智能化水平。二是区块链全程回溯能源生产资料调配优化分配关系。区块链技术，使得能源产品分配不再过度依赖中心化的企业或平台，能源生产者可以直接把能源产品发布到网络或特定的交易池，能源分配过程不再过度依赖于单个节点、中心化的企业和平台。通过“智能合约”的方式，能源区块链技术能够实现对交易合约的自动化执行，从而实现对能源产品的自动化分配。区块链通过智能合约和信息追溯可以对设备物资进行智能分配，实现其全流程监控和追溯，提高物流链管理效率。在基于区块链技术的新型互信生产关系下，参与的区块链项目重要数据全部上链，形成内部各参与方之间的私有链，实现数据共享与共用，减少资源使用各环节流程，利用区块链技术的分布式特点，使每个节点数据也被其它节点 16 记录，保证数据可追可溯。同时将资源分配逻辑编入智能合约，通过智能合约自动执行预先定义好的分配规则与条款，从而实现人员、资金和生产资料的全流程自动化分配，最大程度降低人工干预，实现降本增效。案例基于区块链技术的计量数据智能平台基于区块链的能源智能计量平台，通过区块链分布式物联代理装置，对能源数据如电能替代政府补贴价格、不同台区线路损耗、不同产业用电电量等数据按照智能合约要求与数据使用方如政府、电力企业、用电客户实现自动化供需精准匹配，增强了数据的可信、可靠，同时为数据共享、共用提供了保障。区块链能源计量以区块链技术为基础，实现多元终端设备的可信接入以及多主体之间的能源数据资源的优化配置，对内提升企业运行效率，对外增加其竞争力。图 6 基于区块链的能源计量数据智能平台以“区块链平台”为关键技术，在构建数据共享的全新技术方案基础上，通过自动化智能合约对数据资产进行资源优化配置。通过数据服务供应方与需求方的精准配对，增强数据分析、处理效率，为数据类业务创新发展应用提供数据共享、共用基础，盘活数据资源激 17 发各单位、各部门业务数据共用共享的积极性，提供满足客户和各种不同类型的终端设备的快速可信接入，实现数据资产的优化配置。三是区块链推动重构能源数据所有权关系。传统能源行业信息孤岛、数据壁垒情况较为严重，数据使用权与所有权高度集中，使数据的使用、共用、共享、共治难度增加，造成用“数”成本增加。区块链根据各主体上链数据业务逻辑与使用要求，实现数据的共享与所有权和使用权的分离，增强各参与方互动合作积极性，构建基于区块链的数据分析体系，打造新型能源生态系统。案例基于区块链的停电商业险区块链停电险应用客户用电属性及终端停电信号精准计算保费与理赔款，运用区块链技术搭建互信高效的应用平台，创新实现了停电客户损失的有效避险，通过区块链停电险的设计，实现了电力数据价值变现，开拓了一种产业金融相结合的新型商业模式，为供电公司及保险公司双方打造盈利增长点，是合作共赢、利益共享电力生态圈的典范。 18 图 7 基于区块链的停电商业险打造区块链电力险业务，将保险合同设置为代码形式，免去理赔申请与现场查勘环节，解决了保险理赔程序繁琐、运营成本大的问题，实现快速实时理赔。运用智能合约技术实现电力故障停电险的自动赔付，通过商业模式创新，推动其落地实施。计算节点的构成上，对于供电公司、保险公司、综合能源公司等配置服务器或者使用云节点即可；对于用电用户，平台为用户提供 Web 和手机平台的节点应用，链上数据本地存储，许可共享，同时参与共识计算。充分发掘电力数据潜力，实现能源电力数据应用场景的扩展。利用区块链电力险平台，设计新型保险业务，改变传统赔付模式，拓展电力金融新业务，促进电力客户、电网企业、金融机构、监管机构、地方政府等多方互利共赢，为公司带来新的市场业务盈利增长点。（二）电力北斗技术打造多元融合高弹性电网当前，基于“北斗”系统的电力北斗精准服务网已经基本建成，“电力北斗”已经可为电网业务应用提供实时厘米 19 级、后处理毫米级精准定位服务，以及纳米级高精度授时服务，满足电网规划、基建、运检、营销、调度等业务领域对高精度位置等服务的需求，一张高承载、高互动、高治愈、高效能的多元融合高弹性电网正在不断铺展。未来，要将“北斗电力”深度融合发展，结合人工智能、云计算、大数据、 5G 等新技术开展综合应用，助力能源互联网建设，不断提升科技创新能力。北斗在无人机飞行中发挥着不可替代作用，通过在输电、变电、配电等各个环节各个场景的应用，实现北斗智能时空服务与电网需求的深度结合，提升电网自动化、信息化程度。依托变电站等既有基础设施条件，建设 1200 座电力北斗参考站，构建电力北斗时空精准位置网与统一时频网，为各类电力业务提供高精度的导航定位服务、高精准的时频同步服务。此外，除了基准站的建设，应用了大量的终端作为电网状态的监测和感知，大幅提升电网的健壮性、安全性。表 2 电力北斗在电网五大领域 20余个场景开展深化应用序号专业领域典型场景成熟度 1 基建智慧工地 ★★★★ 2 大型设备运输管理 ★★★★ 3 现场作业风险管控 ★★★ 4 运检地质灾害监测 ★★★★★ 5 杆塔倾斜监测 ★★★★★ 6 风偏舞动监测 ★★★ 7 变电站沉降监测 ★★★★ 8 无人机智能巡检 ★★★★★ 9 线路故障定位 ★★★ 20 10 变电站人员安全管控 ★★★ 11 线路停电检修 ★★★ 12 无人机高精度 ★★★★ 13 营销用电信息采集 ★★★★★ 14 营销作业终端 ★★★ 15 反窃电 ★★★ 16 营销作业高精度定位 ★★★ 17 调度变电站授时 ★★★★ 18 小水电盲调 ★★★★★ 19 后勤应急通信 ★★★★ 20 公车管理 ★★★★ 案例北斗无人机电网自主巡检由带有北斗高精度定位功能的无人机、无人机充电机场以及配套的路径采集、任务规划执行、机场管理软件组成，具有精准路径采集规划，无人机一键巡检，支撑无人机每次重复到达相同的指定位置进行拍摄，无人机实时物联智能管控，协同呼叫、自动起飞巡检，图像智能识别判读，巡检成果管理等功能，实现无人机巡检的自动化与智能化，为巡检提供一只灵活的眼睛基于三维、无线图传、高精度定位等技术，研发了无人机巡检智能管控平台，基于高精度定位的多旋翼无人机组成了自主飞行装置有效服务无人机巡检管理及智能化应用。 21 图 8 北斗无人机自主巡检针对输电线路的本体、通道、基础等巡检目标，已有包括异物、绝缘子、导地线等 9 大类 22 小类缺陷识别算法成熟模型，满足巡检工作需要。由前期少数人集中检索缺陷方式，转变为机器代人方式。使用无人机协同自主巡检后，巡检效率由 40-60 分钟／基杆塔提升到 5-8 分钟／基杆塔，人员配置由 2-4 人降低到 1-2 人；同时，无人机巡检的安全风险成本也可大幅降低，还可与输电线路在线监测形成互动，协同巡检。案例北斗地质灾害终端监测以北斗为核心的卫星导航系统，结合 “ 国网北斗精准服务网 ” ，在地质不稳定区的杆塔附近建设监测站，将监测站的卫星观测数据通过 4G 网络通信方式实时发送至监测平台解算，实现对监测站位置实时厘米级、事后毫米级的解算结果，通过监测算法对输电线路地质灾 22 害、变电站地基沉降、后勤建筑楼宇不均匀沉降等异常情况进行预警。图 9 北斗导航变电站地灾监测以国网四川雅安公司为例，在四川的± 800KV、 500kV、 220KV 线路中选取地质灾害频发的 17 条线路 41 处地质灾害点加装北斗地灾监测终端。实现实时厘米级高精度解算，对微小沉降及不均匀沉降进行实时监测，一旦发生异常沉降，可以在第一时间采取处理措施，防止严重事故的发生。（三）数字孪生技术拟真新型电力系统构建随着“双碳”、“构建以新能源为主体的新型电力系统” 等目标的提出，具有随机性、间歇性、波动性特征的分布式能源比例将快速增长，储能装置、 V2G 等交互式能源设施以及其他多种能源基础设施接入，使得电力系统呈现出结构更加复杂、设备更加繁多、技术更加庞杂的趋势。传统机理模型和优化控制方法已经难以满足电力系统规划设计、监测分析和运行优化的要求。 23 电力数字孪生应运而生，旨在通过虚实交互激活电网 / 设备的多源数据，特别是其运行时空大数据，通过数据挖掘提供高维、量化、多层次的视角辅助运营调控相关决策。随着数字孪生技术的成熟和实践落地，数字孪生技术的发展呈现以下趋势一是增强物理实体与虚拟世界的虚实交互技术。在对物理实体呈现的基础上，提升不同模型的互操作能力，依托智能决策叠加反馈控制功能，实现基于数据自执行的全闭环优化。二是加速与并行控制理论相融合。人工智能应用技术的深入发展，在孪生体深化应用领域结合并行控制理论，形成伴随现实系统的并行建模、并行预测、并行执行数字四胞胎并行架构。三是构建敏捷的人机融合交互系统。数字孪生未来会更系统地引入人的概念，增强人对数字孪生体的感知控制能力，最终在真实物理空间和虚拟数字空间搭建“信息 -物理 -人”交互的系统。从电力行业的特征来看，发、输、变、配、用全流程都有应用潜力，但出于投资主体的原因，目前行业时间主要以发电厂和变电站两大类应用为主。 24 三、新型产品服务未来能源的使用与信息的传播将无处不在，这种无处不在的需求必然呼唤新的交易模式与服务模式。从消费互联网发展到产业互联网，市场主体的产品逻辑发生根本性变化，依靠低价格、大规模、高频率的消费互联网产品策略在产业互联网中无法适用。能源数字化转型需要充分考虑产业互联网的新特点，在个性化、定制化与实用性中探索新的产品与服务模式。本年度白皮书将关注重点聚焦在三个方面，数字平台服务、能源数据产品与新型交易结算服务。其中平台服务解决的是多方交易之间的信息不对称与信用不易传递问题，能源数据产品特别是电力大数据产品正在展示出广泛的决策价值与商业价值，以用能权交易为代表的新型交易计算产品则是瞄准电力供需矛盾下的新解决思路。不要问消费者想要什么，一个企业的目标就是去创造那些需要但无法形容和表达的需求。史蒂夫·乔布斯数字化消费创造重量级新消费，数字化生产提高效率和质量。江小娟