能源电力系统数字化转型思考+案例

能源电力系统数字化转型若干问题思考

（来源：微信公众号“能源研究俱乐部” ID:nyqbyj 作者：国网能源研究院有限公司 孙艺新 王智敏）

在落实“双碳”目标与构建新型电力系统的双重驱动下，关于能源革命的系统性、全局性、复杂性、紧迫性被摆在前所未有的高度，未来能源的供给模式、消费模式迎来全新的重塑与变革，在传统发展方式仍存在路径依赖的情况下，运用何种路线方法破解发展难题已成为重大命题。如今，数字经济正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。数字化的高创新性、强渗透性、广覆盖性为能源行业创新发展注入了新动力，从能源电力数字化转型视角探寻能源行业变革与经营发展的难题具有很强的理论与现实意义。

本文探讨的能源电力系统，主要是以电力系统为主体的能源系统，关注的重点问题有三个方面：一是数字化在能源电力系统变革中扮演着什么角色，又如何承担起这样的角色；二是能源电力系统实现数字化转型需要具备的重要条件是什么；三是能源央企如何在能源革命与数字革命相融并进中推动企业高质量发展。

一、从三个层次认识并推动能源电力系统的数字化转型

当前，随着数字化渗透与创新作用不断增强，其在能源电力系统中扮演的角色不再是信息互联互通与数字化支撑作用，而是要深入嵌入到能源电力系统的生产、运营与经营决策中，实现与能源系统、经济社会系统的更广泛的互动，重塑能源电力系统的创新发展边界。

（一）数字化推动源网荷储协同互动以及效率效益提升

能源电力系统作为人造复杂系统，内在的能量流、电力流、信息流对各个环节、各个组件的控制难度与复杂度要求越来越高。数字化发展基本方向要更加聚焦能源电力系统各环节的优化与效率提升，而不能仅以信息通信等底层连接感知为工作重点。

在供给侧，集中式与分布式并举是当前能源发展的基本原则，新能源发展将由量变向质变发展，数字化将在风光水火互济中发挥重要作用；在用户侧，随着发用电一体的“产消者”、具有双向互动功能的电动汽车等用能主体的加入，运用数字化技术提升对电力系统各类用能资源时空调节的能力尤为关键；在电网侧，以大电网为主导、多种电网形态相融并存的格局下，也需要数字化技术提升感知、监测与控制能力，构建可观测、可描述、可控制的数字透明电网；对系统整体，电力系统的运行机理和平衡模式将发生深刻变化，各种能源利用与就地消纳需要依赖开放透明的市场机制，对于在尖峰时刻的社会资源参与系统平衡、储能资源的规模化利用都将需要数字化与市场化的有机结合。

数字化转型重点举措：在电力一次系统中加强互联互通，实现源网荷储高效能联动以及多能互补，其中关键是发挥出市场主体的活力，因地制宜加强不同类型能源之间的互济互补，从而在发电端就建立具有经济性、互济性的能量管理模式。在电力二次系统中加强互联互通，打通新能源场站、灵活需求侧资源、主力火电机组以及电网之间的信息通信壁垒，以物联设施、SCADA、EMS等系统层面的连接与交互，增强电力系统各个环节的相互协同与透明高效。

（二）数字化推动能源系统与经济社会系统的互动与互驱发展

党的十九届五中全会以来，建设现代能源体系被纳入到现代产业体系的整体布局中，能源系统与产业系统的关系将由“保障供能型”转变为“互驱发展型”。

能源系统与交通系统、通信系统、建筑系统、工业制造系统等各个产业门类高度耦合，不同基础设施之间依托数字化技术与数据连接实现深层次的交互与交叉赋能。其典型特征就是电力与算力的相互融合成为发展能源数字经济的底座。仅从量上考虑，2020年全球发电量中，有5%左右用于计算能力的消耗，2030年这一比例有可能提高到15%至25%，其中数据中心具有“高耗能”与“高价值”的双重属性，需要持续可靠的电力保障；同时在不远的将来，算力资源对电力规划布局优化也将产生直接影响，或作为参与电力系统平衡的灵活资源，在电力中长期市场交易中贡献独特价值。

数字化转型重点举措：瞄准电力系统与经济社会系统的互动与互驱关系，利用能源云平台和能源大数据平台，将电力系统与工业制造系统、交通系统、楼宇系统、工业园区、居民社区等用能、用电的主体充分连接，实现电能与氢能、电能与热能、电能与各种终端及储能单元的互联互通与梯次利用，从而在更大范围创造资源的跨时间、跨地域分配，有效降低全社会的用能成本。

（三）数字化推动能源与自然的和谐发展

电力系统进入了“靠天吃饭”的时代，呈现出“随风、跟云、逐光、激水”的特性，以光伏、风电为代表的新能源发电，对气象条件高度敏感，这种变化极大地加深了电力供需在空间与时间上的极度不平衡，迫切需要提升电网在更大范围、更高频度、更深层次开展资源优化配置，其中最为关键的就是全社会逐步掌握对微观气象条件、新能源出力、电力供需平衡等问题的精准预测能力，并作出超前响应与谋划。

数字化转型重点举措：在对当前电力系统中相关控制系统、信息系统建设以及数字技术和数据要素应用现状进行全面梳理基础上，因地制宜应用电力北斗、5G、物联感知技术与装置，在电力数据与气象、水文、地理信息等数据的融合贯通下，加强对大自然的精准感知与分析预测，引领社会资源参与电力系统供需平衡，并对新能源发电资源合理规划布局，实现人类活动与大自然生态系统的有效协同。

二、以“一硬一软”夯实能源电力数字化转型的基础条件

推动能源电力数字化转型，从其得以有效运行的条件看，需要软硬两个方面的支撑，即：相匹配的基础设施建设与市场机制设计。

（一）新型基础设施为能源电力数字化转型提供强大动力

打造能源数字化转型所需的新型基础设施，关键在于能够将传统能源生产力与新型数字生产力进行全面融合。在电力、算力的融合方面，以云平台为基础架构融入以5G、北斗、工业互联网、数据中心等为代表的信息基础设施已经成为电力、石油、管网等能源领域的数字化底座，这些数字技术与能源基础设施进一步融合，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；在生产要素的融合方面，能源资源等传统生产要素与数据、知识等新型生产要素实现融合与自由流动，中台化的运营模式使得能源行业配置资源的模式发生变化，既是数据要素的配置模式，也是对一线人力资源、技术资源的重新组织，并使能源系统整体的资源配置效率明显提升；在数字技术融合方面，能源大数据、能源人工智能已经深度融入到发电、配电、调控、油气勘探、设备运维等不同场景，以数字孪生、区块链为代表的新技术将为能源电力数字化转型构筑新一层创新基础设施平台，为建立可信互信、模拟仿真、协同创新的协作模式提供便利条件。

目前的典型案例是数据中心与变电站融合后形成共享型综合能源枢纽，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，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。

（二）新型能源市场与产品服务为能源电力数字化转型开辟新空间

能源电力数字化转型不仅是对能源产业进行数字化、智能化升级，还需要从数字经济出发，开发新产品，服务新市场，激发能源数字产业新活力。在新服务方面，重要公共服务就是数字平台服务，例如能源大数据中心、新能源云，这些数字平台最重要的功能是为政府、能源大企业、中小企业、用户等提供信息互联互通、价值协同共创的平台生态网络，从而对全社会降低用能成本、提高办事效率、支撑政府治理等发挥重要功能；在新产品方面，能源电力数字化转型过程中将涌现出一些能源数字产品，本质上是由“算法、算力、数据、知识”构成的解决能效、能源预测等具体问题的产品与服务。例如正在由国网能源研究院开发的“调用社会资源参与尖峰时刻平衡交易的用能权凭证”产品，其基本理念是利用市场化的价格信号与激励手段，以及数字化的透明化高效率手段，为解决电力供需矛盾贡献增量价值。在新市场拓展方面，随着电力市场的现货交易、中长期交易产品不断丰富，对碳市场、数据市场、金融市场的交汇将是能源数字新产品与新服务充分发挥价值的舞台。其中，电力市场能够为能源数据市场提供价值密度高、分秒级实时准确、全方位真实可靠和全生态独占性链接的电力数据，同时电力市场和碳交易市场的高度耦合可进一步加速市场主体的参与活力，还将吸引来自能源数据市场、能源金融市场等多种主体的共同参与，为电力大数据进行清洗、分析和挖掘，为低碳数字产品和减碳特色服务提供金融保险、定价等衍生服务。

三、抓“四个重点”推动能源央企在数字化转型中的积极作为

能源电力数字化转型实施落地的主力军是能源央企，由于其数字化转型过程中不仅要充分贯彻落实国家战略布局与行业发展需求，更要深刻理解数字化转型的根本动因与内在逻辑。因此，相对于一般企业关注于数字化转型“是什么”“怎么转”等问题，能源央企更需要充分认识理解“为什么转”以及“在什么层次上转”。实践表明，其一，数字经济快速发展，电力市场化改革加快推进，市场竞争因素成为能源央企数字化转型的第一驱动，转型动因由政策驱动向市场驱动转变。其二，将数字化落实在企业战略层面，带动运营、技术、人才、制度共同推进的全面转型才是能源央企高质量发展的基本路径。

（一）以战略引领推动高质量发展

能源央企数字化转型战略从企业发展全局出发，以推动高质量发展为主题，以改革创新为根本动力，以数字技术创新、产业数字化和数字产业化为主攻方向，主要包括体制机制、传统产业、数字技术、数字生态等战略环节。其中，国家电网公司制定发布《数字化转型发展战略纲要》，将数字化转型作为企业战略体系的重要组成部分。南方电网公司发布《数字电网推动构建以新能源为主体的新型电力系统白皮书》，对数字化驱动的新型业务形态给予的期待程度较高。在此基础上，能源央企还需要进一步提升使命责任，从能源电力系统数字化转型的目标出发，从电力算力融合、电力调控与交易服务、电力设备与新能源设备运维等方面，为全社会提供更加低成本、高效益、可持续的数字基础设施与公共服务。

（二）协同推进企业运营、技术、人才的数字化转型

能源央企数字化转型要坚持系统观念，多维度、全要素发力，促进能源企业运营效益效率提升，激发各类市场主体创新活力。能源央企普遍具有资产规模与组织规模大、安全与效率重视程度高、业务环节复杂等特点，下一步在推动数字化转型过程中要更加注重协同性，统筹平衡好“企业级”转型与各单位、各部门“专业级”发展的关系，帮助能源央企优化组织模式与管理机制；积极打造“可观测、可描述、可控制”的透明化企业运营模式，在更大范围内破解资源跨时空调节、信息不对称与信用不易传递等难题，助力电力市场与碳市场深度耦合与协同发展；将数字化技术与基层业务紧密结合，为用户与基层一线提供高品质数字服务，激发组织柔性与队伍活力。这里实现协同推进的关键是建立专业部门之间、总部机关与基层单位之间的信任机制、激励机制、响应机制，研发适用管理数字化、业务数字化的服务工具，使广大员工切实分享到数字化发展红利。

（三）以打通数据壁垒、畅通数据要素价值链作为当前阶段重点

能源央企将数据要素的流通、共享、分析、应用等配置问题作为数字化转型的阶段性重点问题，经过近两年的中台建设、物联平台建设、云平台建设以及数据资产化管理机制建设，各大能源央企均已经逐步打造并贯通数据生产、数据分配、数据流通、数据消费四个环节，形成了以中台为架构的数据开放与共享体系。下一步重点将中台数据能力、服务能力向外输出，形成数据采集、存储、传输、应用的逻辑关系，并以清单和图册形式呈现，展现能源数据“有什么”；同步从采集、传输、存储、利用等不同环节提出适应新型电力系统建设需求的数字技术解决方案，解决有数据后“怎么用”。

（四）积极向经济社会输出能源电力数据价值

开创数据要素畅通与服务经济社会发展的新局面。在服务产业经济方面，能源央企在新基建中要做好区域空间、产业协同、新兴市场三大布局，推动现代能源服务体系、能源数字产业集群加快升级。在服务区域经济方面，可依托电力大数据分析区域经济、城市群发展情况、城乡融合发展等，为国家制定有效的区域发展政策提供崭新视角。随着能源大数据中心在全国范围内建设，能源数据对区域高质量协同发展的赋能效应将更加显著。

实践案例

国家电网：以数字化支撑新型电力系统构建

国家电网确定“三融三化、三条主线”推进数字化转型战略和实施六大核心任务。纵向发挥总部牵头作用，围绕核心业务，按基础设施和专业条线推进数字化转型；横向发挥各层级单位主体责任，围绕企业整体转型，统筹业务、技术、管理、组织和体制机制等方面推进数字化转型。

一是推进电网生产数字化。“网上电网”有力支撑各电压等级电网在线可视化诊断评价、智能规划和精准投资，基本实现“电网一张图、数据一个源、业务一条线”。“网上国网”平台，全面推行线上办电、交费、查询等125项业务功能，实现服务一个入口、客户一次注册、业务一网通办。平台累计注册用户数突破1.26亿，线上缴费9.8亿笔，金额1400亿元。二是利用数字技术提升精益管理水平。财务管理方面，精准核算每个业务单元的投入产出效率。物资管理方面，初步建成现代智慧供应链，实现物资业务全流程在线办理，推动智能采购电子化、数字物流网络化、全景质控可视化，每年投标成本降低70%，累计降低库存储备约80亿元，被商务部作为创新案例在全国推广。三是夯实数字化转型基础。建立跨部门、跨专业、跨领域的一体化数据资源体系；构建智慧物联体系，构建分布广泛、快速反应的电力物联网；建设数据中心，强化“两级部署、多级应用”，建成北京、上海、陕西三地集中式数据中心，加快27家省公司数据中心升级改造。

南方电网：以数字南网助推新型电力系统建设

南方电网提出“数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态”，35项行动任务深度嵌入经营管理与电网发展的各个方面，全面支撑“三商”（数字电网运营商、能源产业价值链整合商、能源生态系统服务商）战略落地。

一是在总部和各级分子公司均成立网络安全和数字电网工作领导小组。数字化部归口，业务部门和各机构分级协同，整合产学研多方人员成立数字研究院，超前布局数字化人才，聚焦关键核心技术攻关方向。编制印发《南方电网公司数字化转型和数字电网建设行动方案》和《南方电网公司数字化转型和数字电网建设促进公司管理及业务变革行动方案》，形成技术和业务“双驱动”顶层设计；发布《数字电网白皮书》，成立全球首家数字电网研究院，打造数字电网品牌。二是以数字电网承载新型电力系统，以数据流引领和优化能量流、业务流。在电源侧，依托数字技术实现新能源的“全面可观、精确可测、高度可控”，支撑新能源发电设备作为主力电源参与电力系统调控。在电网侧，利用数字技术构建坚强主网架和柔性配网，利用人工智能技术增强电网智能分析水平，确保调节能力与新能源开发利用规模相匹配，持续加强配网数字化和柔性化水平，提升对分布式电源的承载能力。在客户侧，构建适应新型电力系统的现代供电服务体系，推进数字技术深度融入用户服务全业务、全流程，实现线上线下服务的无缝连接，通过物联网和区块链技术聚合海量用户侧可调节资源，大力建设虚拟电厂，通过大数据技术辅助用户挖掘节能潜力，加快推动终端能源消费“新电气化”进程。在企业运营方面，以数据驱动管控深度与广度拓展，提升决策洞察力和数字化运营与决策能力，实现管理化繁为简。在产业生态方面，对接数字政府、打造数字金融，服务政府、行业企业和个人用户，形成较为完善的大数据产业链和生态体系。三是打造具有三层架构的数字业务技术平台。在前端，将原有较为分散的应用，整合为电网管理、客户服务、调度运行、运营管控四大业务平台。在中台，构建公司级服务共享中心，提供数据、技术和业务共享服务组件。在底层，以云平台、物联网、电网数字化平台三大基础平台为核心，提供数字基础技术能力，构建“云数一体”的数据中心，同时对接国家工业互联网、数字政府等相关方，打造能源数字生态。

中国华能：“四步走”实现数字化转型

中国华能坚持“统一规划、多方实施、分层分类、重点突破、创造价值、注重实效”的工作原则和推进模式，制定公司数字化转型战略规划，统一数字化转型战略共识，相关任务纳入产业发展“十四五”规划。

一是生产数字化转型。设智慧电厂、智慧矿山等数字化转型示范项目，以新能源智慧运维平台为基础，逐步接入水电、火电、燃机、核电等生产数据，形成中国华能统一的智慧能源数据平台。二是管理数字化转型。建成投运华能企业云数据中心，加快管理信息系统上云。在北京地区启动财务共享中心试点，加快财务业务转型。在北京和青岛构建了“两地三中心”容灾体系。三是决策数字化转型。利用业务运营分析洞察和机器学习模型，自动对业务过程提出建议或作出行动，提升公司决策的数字化、智能化能力。四是构建数字化生态。依托能源交通产业，建设形成“能购”“能运”“能融”及“能云”的创新型智慧供应链集成服务体系“华能智链”平台，整合商流、物流、信息流、资金流各方供应链资源，提升产业集成和协作水平。

国家能源集团：打造智慧国家能源

国家能源集团拥有“煤电路港航化”全产业链布局、“产运销储用”纵向一体化运营。自2017年重组后，秉持“数字驱动转型发展、智慧引领国家能源”的理念，积极拥抱数字化发展的时代趋势，把加快数字化、智慧化发展作为全产业提质增效的重要推动，作为全要素效能提升的重要手段，作为全链条价值重塑的重要支撑。

一是编制印发《国家能源集团数字化转型战略》和《国家能源集团网络安全和信息化“十四五”总体规划》，提出建设智慧国家能源、推动企业智慧转型的发展战略。二是以提升全要素生产率为核心，全方位推进智能矿山、智能电站、智能运输和智能化工建设。已建成一批智能采煤工作面、智能掘进工作面、智能洗煤厂，9家煤矿入选国家示范智能化煤矿；建成国内首个5G+智慧火电厂和国内智能化程度最高、用人最少、近零排放的智能生态燃气电厂，以及搭建国内首个风电运营商“大数据”平台、建成大渡河流域梯级电站群智慧化管控平台；在全球首次实现基于长期演进技术的重载铁路应用业务；实现世界唯一百万吨级煤直接液化示范项目和世界单套投资规模最大的400万吨级煤间接液化示范项目安全稳定清洁运行。三是着力打造“一体化集中管控、智能化高效协同、可视化高度融合”的协同调度智能化指挥平台和“全流程贯通、全产业链衔接、全场景监控”的工业互联网平台，覆盖集团总部及55家子分公司、229家三级生产单位。目前，新ERP系统于2021年1月实现全集团大统一和全覆盖，实施范围涵盖全集团管理口径73家二级单位、1393家实施单位，可实时管理全集团约4万个细化到班组的组织机构、29.6万名员工、39.9万个合作供应商、2665类所需物资，以及每年约190万采购及销售订单量、1000万笔财务凭证、300万张合并报表等数据信息，业务互通、数据共享的数字化管理模式初步形成。

中国石化：数字化战略贯穿生产全流程

中国石化提出了全产业链的数字化改革策略，从油田数字化改造、管道数字化管理、炼厂数字化建设、加油站数字化服务这四个改革方向全面推动数字化转型。对油气生产、集输、炼化、销售上中下游全方位进行了具有特色的数字化转型实践布局。

业务方面，推进石油和石化工业互联网平台（ProMACE）研发、智能工厂试点升级与智能加油站推广实施。实现一体化优化、操作报警、设备健康管理、加油综合服务等主体应用上线运行。建立了一体化生产调度指挥中心，实现了生产管理扁平化。

管理方面，研发了中国首个公司级管线管理系统——中国石化智能化管线管理系统，实现油气集输数字化、可视化、智能化管理。通过技术手段，使地下管线可视、地面站库多维度展示，已覆盖近4万公里油气管线。

技术方面，采用“数据+平台+应用”架构多平台系统融合推广，提升油田无人化水平、精细化管理水平及生产效率。建成科研知识管理系统并上线应用，构建起千万级节点的勘探开发知识图谱。在油田企业开展生产信息化、勘探开发业务协同平台（EPBP）推广建设。油井、站库生产现场实现无人值守，油气生产运行管理实现实时监测、自动预警、远程调控。