电力“新基建”发展模式和路径研究.pdf
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1、研究单位:中国科学院科技战略咨询研究院华北电力大学中国能源网支持单位:施耐德电气(中国)有限公司电力“新基建”发展模式和路径研究目录摘要.5第一章 新基建支撑电力数字化转型的趋势和国际经验.71.1“双碳”目标下的能源与数字融合发展趋势.71.1.1“双碳”目标.71.1.2 能源革命.81.1.3 数字革命.81.1.4 电力“新基建”助力能源与数字融合.91.2 新基建支撑电力数字化转型的发展趋势.101.2.1 再电气化趋势.101.2.2 数字化趋势.111.2.3 网络化趋势.111.2.4 智能化趋势.121.3 新基建支撑电力数字化转型的国际经验.121.3.1 美国.121.3
2、.2 欧盟.141.3.3 德国.151.3.4 英国.161.3.5 日本.171.3.6 澳大利亚.181.3.7 经验总结.19第二章 电力“新基建”体系框架与现状问题.202.1 电力“新基建”内涵和主要特征.202.1.1 电力“新基建”内涵.202.1.2 电力“新基建”外延.242.1.3 电力“新基建”主要特征.252.2 电力“新基建”的体系框架.262.2.1 关键技术.282.2.2 层级结构.302.2.3 价值体系.312.2.4 驱动力.332.3 电力“新基建”的发展现状与问题.342.3.1 电力“新基建”发展现状.342.3.2 电力“新基建”现存问题.37第
3、三章 我国电力“新基建”的发展思路、模式和路径.393.1.发展思路和战略.393.2.发展目标.413.3.发展路径.443.4.发展模式.463.4.1 电力“新基建”模式特征分析.463.4.2 模式探索.47第四章 电力“新基建”重点任务及案例.484.1 加快数字技术在电力系统的研发与应用.484.2 提升传统电力装备及设备智能化水平.504.3 建设全国电力数据中心.524.4 搭建传输电力数据的公用与专用网络.544.5 加快推进用户侧数字化转型,鼓励灵活的用能模式.55第五章 电力“新基建”保障措施和政策建议.575.1 加强电力“新基建”统筹规划和顶层设计.575.2 建立健
4、全电力“新基建”标准体系.575.3 提升电力“新基建”技术保障能力.585.4 加强电力“新基建”人才保障能力.595.5 完善电力“新基建”安全管理流程.595.6 引导电力“新基建”投融资模式创新.605.7 明确电力“新基建”建设运营主体.615.8 推动电力“新基建”示范试点建设.625.9 完善电力“新基建”监管决策机制.635摘要新型基础设施建设(简称“新基建”)已成为国家重要战略之一。2018年12月,中央经济工作会议首次将5G、人工智能、工业互联网、物联网定义为“新型基础设施建设”,并将其列为2019年经济建设的重点任务之一。2020年3月4日,中央政治局常务委员会议明确提出
5、“加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度”,并在中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标的建议提出“系统布局新型基础设施”、“推进新型基础设施重大工程建设”,进一步将“新基建”列入“十四五”规划。2021年3月,国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要中明确提出“布局建设信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型基础设施”。其中,电力“新基建”作为重要的融合类新型基础设施,将为能源数字化转型提供重要支撑,助力提升电力行业数字化、网络化和智能化发展水平,已受到政府、企业和社会的广泛关注。6根据国家发改委对“新基建”内涵的界定,“新基建”是以
6、新发展理念为引领,以技术创新为驱动,以信息网络为基础,面向高质量发展需要,提供数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。“新基建”主要包括信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施三方面,其中智慧能源基础设施是融合类基础设施建设的重点领域。在此背景下,我国电力企业开始广泛布局电力“新基建”项目,依靠“新基建”快速提升电力行业信息化、数字化、网络化和智能化发展水平。电力“新基建”对于促进能源电力产业数字化及行业数字化管理具有重要意义,将为能源电力行业带来新技术、新业态和新动能。电力“新基建”推动新技术和新科技的应用,推进以信息技术、新材料技术为核心的新技术在能源电力行业的布局;电力“新基建
7、”加速发展能源电力行业新模式,基于新技术,催生新业态、创新应用场景,为行业带来新的发展空间;电力“新基建”带来发展新动能,融合多领域多行业跨界发展,突破行业壁垒,培育经济增长新引擎。电力“新基建”以新一代信息通信技术为基础,以数字化技术和互联网理念为驱动,是面向智慧能源发展需要的新型基础设施,具有国家长期战略性、开放基础公用性、行业专有性、安全可靠性、多元多样性、交叉融合性等特征。与传统电力基础设施相比,电力“新基建”覆盖面更加广阔,不同领域的基础设施交叉融合度更高,参与投资建设和运营的主体更多,支撑的业态更丰富,对投资和运营模式创新的要求也更高。因此,有必要对电力“新基建”的内涵、体系架构、
8、发展现状与问题、发展目标与路径、发展模式与重点任务开展研究,调研国内外电力数字化转型的主要战略规划和典型案例,为电力“新基建”的发展布局提供理论支撑,为具体实现途径和重点任务提供实践参考。本报告将以企业调研、深度案例分析、专家访谈和研讨为主要研究方法,通过收集相关案例,组织专家研讨,分析电力数字化转型的趋势和国际经验,界定电力“新基建”的内涵和主要特征,提出电力“新基建”的体系框架与现状问题,凝练国际电力“新基建”的成果实践做法和经验。在此基础上,提炼我国推进电力“新基建”发展的思路、模式和路径,进一步提出当前我国推动电力“新基建”的重点任务,最后,提出确保电力“新基建”顺利实施的保障措施和政
9、策建议。从规划、投资、建设、运营模式及政策保障等方面推动电力“新基建”平稳快速发展,为电力“新基建”“十四五”规划和2035远景目标规划提供理论支持和实践指导。7第一章 新基建支撑电力数字化转型的趋势 和国际经验在能源革命和数字革命相融并进的背景下,电力“新基建”已成为推动电力行业战略转型与高质量发展、支撑能源革命的重要途径。电力“新基建”依托数字信息技术和互联网理念的推广与应用,解决能源转型过程中能源生产、传输、消费面临的技术问题,支撑建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系,助力“双碳”目标的实现。在此背景下,本章分析了“双碳”目标下能源与数字融合发展的趋势、新基建背景下电力数字化转型发展趋势
10、以及国际电力数字化转型进展,以期为我国电力数字化转型提供思路方向与经验借鉴。1.1“双碳”目标下的能源与数字融合发展趋势针对“双碳”目标下的能源与数字融合发展趋势,在阐述“双碳”目标、能源革命与数字革命的基础上,提出了电力“新基建”作为新基建中的融合类基础设施建设,将通过发展覆盖发-输-配-用各环节的电力工业物联网、建设智慧能源系统,推动工业互联网与能源电力系统的融合、构建互惠共赢能源生态圈,推动能源与数字的融合发展。1.1.1“双碳”目标2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上讲话中主动向国际社会作出承诺,“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二
11、氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。2020年12月12日,习近平总书记在气候雄心峰会上进一步宣布了中国国家自主贡献新举措:到2030年中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。这一重大国际承诺和自主贡献新举措,体现了中国推动绿色可持续发展的信心和决心,彰显了中国在应对气候变化和环境保护问题上的负责任大国担当。据统计,能源行业碳排放占我国碳排放总量的80%左右1,“双碳”目标的提出将进一步加快我国能源低碳
12、转型,促进我国能源体系实现“双主导”“双脱钩”目标,即能源生产清洁主导、能源消费电能主导,能源发展与碳脱钩、经济发展与碳排放脱钩。1曾鸣,王永利.综合能源系统助力实现“3060”目标J.电力决策与舆情参考,2021,1:49-52.81.1.2 能源革命经过长期发展,我国已成为世界上最大的能源生产国和消费国,形成了煤炭、电力、石油、天然气、新能源、可再生能源全面发展的能源供给体系,技术装备水平明显提高,能源发展取得了巨大成绩,但也面临着能源需求压力大、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境损害严重、能源技术水平总体落后等挑战。为此,2014年6月习近平总书记在中央财经领导小组工作会议提出推
13、动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命和全方位加强国际合作等重大战略思想,为我国能源发展改革进一步指明了方向。与此同时,习近平总书记紧扣国际国内能源形势的发展变化,对于上述“四个革命、一个合作”能源安全战略提出了五点要求:第一,推动能源消费革命,抑制不合理能源消费。坚决控制能源消费总量,有效落实节能优先方针,把节能贯穿于经济社会发展全过程和各领域,坚定调整产业结构,高度重视城镇化节能,树立勤俭节约的消费观,加快形成能源节约型社会。第二,推动能源供给革命,建立多元供应体系。立足于国内能源多元供应的基本条件,大力推进煤炭清洁高效利用,着力发展非煤能源,形成煤、油、气、核、新能源、
14、可再生能源多轮驱动的能源供应体系,同步加强能源输配网络和储备设施建设。第三,推动能源技术革命,带动产业升级。立足我国国情,紧跟国际能源技术革命新趋势,以绿色低碳为方向,分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新,并同其他领域高新技术紧密结合,把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。第四,推动能源体制革命,打通能源发展快车道。坚定不移推进改革,还原能源商品属性,构建有效竞争的市场结构和市场体系,形成主要由市场决定能源价格的机制,转变政府对能源的监管方式,建立健全能源法治体系。第五,全方位加强国际合作,实现开放条件下能源安全。在主要立足国内的前提条件下,在能源生产和消费革命所涉及的各
15、个方面加强国际合作,有效利用国际资源。1.1.3 数字革命在新一轮产业革命与技术革命的推动下,我国已迈入互联网数字经济时代。2019年10月,十九届四中全会首次明确提出“数据可作为生产要素按贡献参与分配”,标志着数据信息作为重要的生产要素,将在未来国家社会的生产生活、公共服务及公共管理等方面发挥举足轻重的作用,建设“数字中国”、发展“数字经济”成为国家战略。数字革命将通过发掘数据信息潜在价值,从而引领技术流、资金流、人才流等方面的变革,为国家社会经济的发展注入源源不断的新动能。现阶段,国内外对数字革命虽无统一定义,但在统筹考虑各类研究成果的基础上,可将数字革命理解为依托先进通信技术、互联网技术
16、等信息化技术的推广与应用,通过挖掘与外化数字信息内含的价值,推动数字信息向要素化、商品化、产业化等方向发展,进而推动经济社会各个领域的发展与变革的过程,是新一轮工业革命的重要组成部分。在2020年5月的政府工作报告中,首次出现了“新基建”一词,其中以信息网络融合创新演进形成的5G、工业互联网、物联网、数据中心、云计算等新型数字基础设施,即数字新基建,是9物理世界通向数字世界的桥梁,也是发展数字化、网络化、智能化的重要载体。因此,可以认为数字新基建是推动数字革命的基础设施,将促进关联产业的发展以及传统产业的数字化转型,推动智慧城市、数字政府、智慧民生等智能应用的落地,从而支撑数字经济高质量发展,
17、深化互联网经济与实体经济融合。1.1.4 电力“新基建”助力能源与数字融合从“十四五”开始,中国将致力于构建国内国际双循环相互促进的新发展格局、推动实现“双碳”目标,使得能源绿色转型变得尤为迫切。国内外环境变化,使中国能源革命面临历史性挑战:一是新型能源消费方式、新业态的涌现,推动能源消费革命继续向前,而能源需求增长总体趋缓,继续深入推进节能减排存在难度加大、不确定性增加等困难;二是能源供给安全压力日趋增大,能源跨区输送与供需协同面临更多挑战;三是新能源技术与信息通信技术的深度融合,为能源技术革命带来突破机会,而我国能源技术水平仍与绿色发展要求存在差距,关键核心技术面临瓶颈制约;四是能源体制机
18、制改革进入深水区,市场化改革阻力仍然较大;五是新冠肺炎疫情后不稳定性风险加剧,能源国际合作困难犹在。数字信息技术的应用有助于解决能源革命面临的上述挑战,推动电力数字化转型有助于实现能源与数字的融合,从而推动能源革命。电力数字化转型是能源革命与数字革命的交汇点,是实现“双碳”目标的重要途经,电力“新基建”是支撑电力数字化转型的重要载体。电力“新基建”以新一代信息通信技术为基础,深度应用互联网、大数据、人工智能等技术,支撑传统能源电力基础设施转型升级,进而形成融合基础设施。依托电力“新基建”开展电力数字化转型,能够加速数字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、网络化、智能化转
19、型发展,具体包括以下几方面内容:一是通过电力“新基建”,融合发展覆盖发-输-配-用各环节的电力工业物联网,促进新能源消纳,助推“双碳”目标的实现。一方面将提供更安全、智能的输配电服务,支撑集中式清洁能源大规模、远距离传输,满足分布式清洁能源的规模化、经济化发展需求;另一方面,电力系统内广泛布置的感知装置与边缘控制装置将实现电力系统的状态全面感知与智能化运行,通过源-网-荷-储协调优化,有效平抑供应侧大规模清洁能源出力波动性和需求侧电力消费不确定性等双侧随机性对系统运行带来的冲击,增强系统灵活性,改善能源生产和供应模式,提高清洁能源比重,打造清洁低碳能源体系,助力“双碳”目标的实现。二是通过电力
20、“新基建”,建设智慧能源系统,将新兴数字技术应用于海量数据的融合、分析与管理,推动能源供需革命。一方面,全面、实时监测系统内能源的供给和消耗情况,开展综合能效分析和多环节协调管控优化,使用户能够对自身能效水平进行即时、全面感知,辅助用户用能决策,推动能源供给侧和需求侧改革,提高能源利用效率,优化系统运行状态;另一方面,能源大数据资源与数字经济将驱动传统的“物理能源”消费理念逐步过渡到“能源、信息、服务”综合消费理念,催生出更加丰富多元的能源消费类型,为用户提供多样化、订制化的综合服务,促进新业态、新模式的涌现,加速数字经济的发展。10三是通过电力“新基建”,推动工业互联网与能源电力系统的融合,
21、加速5G、物联网、大数据等创新技术的应用融合,推动数字技术在能源系统中的应用,助力能源技术革命。电力数字化转型一方面支撑边缘层的系统末梢信息数据采集,实现设备级乃至元器件级信息的及时感知,推动数字技术在能源领域的发展应用;另一方面,运用5G等移动通信技术实现基础设施层能源电力信息的即时、安全传输,以及“源网储荷”各环节、各主体信息的实时送达,运用大数据、区块链、云计算等数据管理技术实现支撑平台层的能源电力信息大规模、标准化存储和智能化处理,运用数据挖掘、人工智能等技术实现应用层的能源电力信息有效应用,服务于系统运行控制、综合能源服务、电力市场交易、企业运营管理等多种业务的开展,将助力能源技术革
22、命的实践落地,推动能源技术的发展,带动产业升级。四是通过电力“新基建”,打造跨行业国际平台,依照“平台+生态”思路,构建互惠共赢能源生态圈,推动能源体制改革和国内国际双循环。电力数字化转型,发挥各类主体优势,打通服务流、信息流、资金流,提升资源要素配置效率,为能源电力系统的转型升级和能源互联网的快速发展创造良好平台;一方面,以共享经济、平台经济的发展模式创新能源电力系统运营的体制机制和能源市场机制,进而支撑能源体制革命;另一方面,通过跨行业国际平台,构建互惠共赢能源生态圈,有效促进新形势下国内国际双循环发展格局的形成。1.2 新基建支撑电力数字化转型的发展趋势电力数字化转型是指将新一代数字化技
23、术融入电力系统全环节和全过程,引导能量、数据、服务有序流动,通过数字世界和物理世界的双向互动,构筑更高效、更绿色、更经济的现代电力系统,增强电力系统的灵活性、开放性、交互性和经济性,从而赋予电力系统更多的新特征和应用场景。随着能源电力行业朝着清洁化、智慧化、去中心化和综合化的方向发展,电力数字化转型也呈现出再电气化、数字化、网络化和智能化的趋势特征。1.2.1 再电气化趋势随着电能替代技术经济性的不断提高以及数字经济产业的加速发展,电力源、网、荷侧将同时实现电力数字化转型。在电源侧,通过先进传感测量、可视化、智能控制、大容量储能等技术,加强电源侧调节能力建设,实现大规模新能源智能发电与友好并网
24、;在传输侧,利用智能电网、特高压输电、柔性输电等技术,实现新能源大规模远距离配置和消纳;在负荷侧,通过电力数字化转型实现工业部门自动化、智能化水平的提升以及电供能设备技术经济性提高,建筑部门电采暖、电制冷、电炊具、电热水设备的推广应用,交通部门电动汽车大规模普及和电气化轨道交通的持续发展以及5G基站、数据中心等数字经济产业的发展。此外,应用物联网、智能电表、智慧用电系统等技术,实现用户与电网智能互动及主动负荷需求响应。据国网能源研究院预测,我国终端需求总量在2025年前保持缓慢增长,2025-2030年达峰,2060年下降至24-31亿吨标准煤。终端电气化水平持续提升,深度减排情景下2035年
25、、2060年有望达到45%和70%,煤炭、石油、天然气消费(含原料)占比均降至个位数。11可见,电力数字化转型更加便利了终端用能的电气化,电力的利用规模和范围不断扩大,呈现出深度替代的趋势。因此,电力数字化转型呈现出再电气化趋势,提升电力系统发输配用等各环节的智能化水平,进而推动全社会电气化以及再电气化水平的提升。电力数字化转型的再电气化趋势主要有以下几个特点。一是清洁低碳,即清洁能源对化石能源的替代和发电能源占一次能源消费比重将进一步得到提升,在电力“新基建”规划情景下,“十四五”时期非化石能源装机容量年均增长7.4%,到2025年中国煤电的装机总量将控制在11.5亿千瓦以内,非化石能源发电
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