电网韧性与能源转型的核心驱动力研究报告

催化剂，增强韧性与能源转型 IBM 如何提供帮助 在极端天气、监管要求以及全球对可持续和可再生能源的推动下，能源和公用事业公司在当今的地缘政治格局中面临着艰巨的任务。对于能源公司来说，数字化转型是成功应对能源转型所必需的。从数据管理到客户互动再到生成式AI，IBM的企业级人工智能平台、咨询服务和基于数据的解决方案利用最新的数字技术，转变并准备公用事业行业迎接未来。更多信息，请访问 ibm.com/industries/power-utilities。 如何AspenTech可以帮助 电力、天然气和水的需求不断增加，面临着老化的基础设施和清洁能源支持的挑战。Aspentech的数字电网管理解决方案支持向智能、安全、可靠的公用事业网络转变，以实现可持续的未来。更多信息，请访问aspentech.com/en/industries/power-generation-transmission-and-distribution 关键要点 有效管理可再生能源的间歇性是公用事业必须发展的一项关键能力，以支持清洁能源转型。 自我优化、互联，并且灵活的负载管理有助于提升韧性和可靠性。 七成领先的公用事业公司使用预测分析来优化能源供需管理。改进数据来源、数据管理和数据访问将提高公用事业公司防范、发现和从中断中恢复的能力。 有效的发电管理以及可再生能源和分布式能源资源（DERs）的整合对于平衡供需至关重要。 67% 的优化能源公司把微电网作为一种地方能源服务以及作为可靠资源来帮助运营电网。有效地管理可再生能源的间歇性是一个公用事业公司必须培养以支持清洁能源转型的重要能力。 规划、预测和仿真能力有助于预测电网动态并指导投资所需的领域。 近三分之二的受访公用事业公司创建了资产故障预测以评估对网络性能的影响。利用这些方法在公用事业利益相关者中培养运营卓越性可以优化电网效率、资产利用率和整体系统性能。 适应未来 电网对社会至关重要，需要持续投资以实现韧性和安全性。能源格局正在转变，受可再生能源激增、分布式能源资源（DERs）的普及以及电动汽车和其他终端设备的电气化扩张的推动。 公用事业部门面临着既管理大规模可再生能源又处理分布式系统复杂性双重挑战，这要求电网运营模式从单向转变为 改善绩效。实时监控和预测分析对于减轻中断并保持电力可靠性至关重要。 来自IBM商业双向系统研究所的新研究。 现在能源组合包括一系列多样的间歇性资源——太阳能、风能、地热能、水力能、核能、氢能和化石燃料。与此同时，如工业电气化、智能建筑以及人工智能等能耗密集型技术的广泛应用等发展也正在发生。文档文件需求正在上升。这种转型正在进一步地……图1. 网格现代化努力中的主要目标受极端天气事件和网络安全问题所复杂化价值，我们发现公用事业公司致力于构建更智能的电网。在我们对近600名全球C级和高级公用事业执行官的调查中，所有人都表示他们的组织有电网现代化战略和执行计划。我们发现，公用事业公司平均将其年度收入的9.8%用于电网现代化投资，这超过了其整体输电和配电投资的40%。1 尽管如此，公用事业公司针对威胁、以及老化基础设施等方面已取得不同程度的进步，所有这些构建一个具有弹性且适应性强的电网，管理强调数字化、数据驱动型电网的需求。 Sara的文件高级技术，如自动控制、预测和储能，对于实现这一点至关重要。图1在供需波动中的电网可靠性。间歇性与灵活性的结合，及适应不断增长的需求。事实上，有21%的人报告说进展为零。对于所有情况，进一步采用电网现代化对于支持清洁能源转型、维护可靠、经济的电网至关重要（见图1）。 拥抱电网现代化至关重要数字化工具为升级过时的提供了路径。支持清洁能源转型并维护可靠、经济、安全的电网基础设施、提升电网管理能力和 图1 顶级目标在电网中现代化努力 在我们的调查分析中，我们根据其电网现代化策略将参与者分为四组，包括需求灵活性、电网优化、能源交换和智能资产。通过识别与其最相似的群体，并理解各自的行为、策略和行动，公用事业公司可以做出更明智的决策，并据此调整策略。 一个群体，先锋整合者，在推进电网方面更为领先，并自我报告称在创新、韧性和数字化成熟度方面优于同侪。然而，没有一个群体能够完全展现这些能力（见图2）。对于正在不断发展的电网现代化之旅中的所有公用事业公司来说，持续改进是必要的。所需的改进水平将根据群体类型而有所不同，像先锋整合者这样的更先进群体需要专注于完善他们的战略，而其他群体可能需要优先考虑基础投资和能力。 先锋集成商在电网现代化方面处于最先进地位，在需求灵活性、能源交易和利用数字孪生模拟及优化电网性能方面表现优异。然而，他们在利用自我监控资产以最小化中断和资产损坏方面进度较慢，同时也较难将先进计量基础设施（AMI）2.0与自动中断管理及客户沟通系统进行集成。 能源优化者在需求灵活性和电网优化方面需求强劲，展现出对智能资产集成的极高承诺。然而，它们在双向网络的实施方面落后，这凸显了可再生能源交换采用方面存在的差距。 电源连接器具有相对较强的能源交换和终端用户参与度关注，促进能源在消费者之间双向流动。然而，他们在需求灵活性方面的进展较慢，且对智能资产的使用仍然有限。虽然他们确实使用数字孪生来优化电力流，但他们对电网优化的整体方法仍在发展中。 适度的成功者他们在满足需求灵活性方面取得了扎实的进展，但在能源交易所和电网优化方面正被同行超越。他们尚未完全整合第三方数据共享以实现智能资产管理。 来源：IBM商业价值研究院 我们的分析基于他们的策略和能力将四组进行分类，不选择韧性、数字化和电网现代化。开创性的集成商和能源优化者并非选择能源转型——他们追求所有转型路径。在弹性、数字化和能源转型中——他们追求所有这些 图3我们的数据显示，为了做好未来的准备，公用事业公司需要在三个关键战略上表现出色，利用两个助力因素（见图3）。本报告进一步深入探讨这些战略和助力因素，描述每个团队为支持其运营重点所付出的努力。我们还提供了四个案例研究，以及一个行动指南，它提供了一个三步走的计划，用于推进前进。三个关键特性和两个赋能因素区分了这些群体 策略变革公用事业 多种关键策略帮助公用事业确保其电网具有弹性、适应性、可扩展性和运营优化。这些策略共同提升了电网抵御中断、有效整合可再生能源以及更高效率管理运营的能力。 策略1增强韧性并且可靠性 构建电网韧性需要采取综合性方法来增强其预防、检测以及从故障或中断中恢复的能力。关键策略包括电网自控和优化、互联互通与整合，以及通过动态定价或需求响应等工具实现灵活的负荷管理。 电网自控和优化是使系统能够有效地对实时变化做出反应的关键（见图4）。通过采用预测性能分析，公用事业公司可以更好地理解供需波动，从而进行前瞻性调整以维持电网稳定。此外，子系统可以根据上下游性能自主调整，减少对人工干预的需求。例如，投资伏/无功优化（VVO）通过控制电压和无功功率，减少能源损失，提高整体电网可靠性，从而提高电网效率。 性能与可靠性 电网互联与集成 互联与整合在通过促进电网组件间的协调性来提高电网可靠性和效率方面起着关键作用（见图5）。采用高级配电管理系统（ADMS）使电力公司能够实时监控、控制和优化电网操作。先锋集成商和电力连接器往往更广泛地利用ADMS，从而实现积极的决策和高效的电网管理。 故障检测、隔离和恢复（FDIR）或故障定位、隔离和系统恢复（FLISR）技术提供自愈机制，快速识别和解决问题，以减少停机时间和提高服务可靠性。先锋集成商在此领域投入了大量资金，创建了一个自我调整的网络，以实现平衡的电力分配。能够在公用事业之间转移电力，提高了灵活性，并在高峰需求或系统故障期间共享资源。 图5 策略以提高电网集成能力图5无缝连接与合作推动高效新能源和应对电网管理的中断在相互关联的系统中。 灵活的负荷管理 案例研究 动态定价和需求响应计划是公用事业公司可以利用的工具，以推动能源消费的有益行为，从而使公用事业公司能够维持平衡且可靠的电网。值得注意的是，82%的先锋集成商使用实时定价，每分钟调整费用以反映市场波动，而他们的同行中仅有50%这样做。需求响应计划激励消费者在高峰时段减少使用，防止昂贵的工厂运行。58%的公用事业公司使用基于云的需求响应系统，根据电网条件自动调整消费者能源使用，无需人工输入即可平衡供需。 NESO：构建适合未来的电力系统2 NESO，作为大不列颠的国家能源系统运营商，负责管理电网的运营。历史上，该系统主要通过为化石燃料发电设计的机制来平衡。然而，随着可再生能源，如风电场和太阳能农场不断增加的整合，电网变得更加波动和不稳定。 为了应对这些挑战并过渡到零碳未来，NESO启动了一项项目以改造其平衡系统。与IBM合作，他们构建了一个开放平衡平台（OBP），这是一个安全设计、混合云核心架构系统。该平台旨在管理更多的小型发电单元，并更快地适应新的需求和革新。 实施后，NESO经历了显著的改进，包括电池调度量增加了283%，用户输入减少了90%，预计节省了37,400公吨的CO。2 OBP赋予NESO使用电池储能站点储备过剩绿色能源的控制权。风能或太阳能的盈余可以被调度到电池中，然后为后续使用充电。电池单元的实施通过确保可再生能源不会浪费，在需要时减少了对燃气发电的依赖。这种转型使NESO能够跟上不断发展的能源格局，促进向净零碳未来的平稳过渡。 需求响应措施激励消费者在高峰时段减少使用，防止昂贵的工厂运营。 随着间歇性可再生能源资源的加速发展，公用事业公司面临着保持电网稳定的挑战。为了确保公用事业公司能够维持一个弹性可靠的网络，需要投资于物理资产（如电池）和数字资产（如分布式能源资源管理系统软件）的显著电网转型。由于可再生能源发电往往具有间歇性，公用事业公司必须加快向清洁能源的转型。灵活的发电管理、大规模可再生能源集成和分布式能源资源集成对于满足日益增长的需求，同时培养可靠性和可持续性至关重要。 策略 2 加速清洁能源转型 发电管理 发电管理涉及使用电池或其他能够快速增减发电量的发电源，以维持稳定的能源供应（见图6）。储能系统，如电池和抽水蓄能，在高峰生产期间储存多余的能量，并在低生产期间释放，从而使电网性能保持一致。 图6 可用性。以适应可再生能源可用性的变化 大规模可再生能源集成 成功整合来自自然恢复来源的可再生能源，如太阳能、风能和水能，需要增强电网容量并整合预测模型以预测能源生产和消费。先锋集成商和能源优化器通过实时数据分析在提高预测准确度方面超出同侪43%。通过持续监测能源生产和消费，公用事业公司可以优化可再生能源的整合。 分布式能源资源集成 DERs（分布式能源资源）是较小的、分散化的能源系统（通常在表后且小于1兆瓦），可以包括可再生能源或非可再生能源，用于满足当地能源需求并增强电网弹性。集成DERs可以提高电网的灵活性和效率（见图7）。为DERs制定标准化的并网方案简化了集成过程并降低了复杂性。大约60%的公用事业公司已采用这些标准，但许多公司未能与第三方供应商和客户共享托管容量信息。这种协作方法可以改善规划和优化。 投资于分布式能源资源管理系统（DERMS）有助于公用事业部门监控、控制和优化DERs。开创性的集成商和电力连接器在使用DERMS降低输电损耗和提高供电可持续性方面脱颖而出。此外，管理微电网能够增强弹性和适应性，在停电期间提供后备支持。在能源优化领域，Energy Optimizers比同行更加强大，帮助他们解决在高可再生能源集成地区的电网可靠性问题。 此外，该领域的一个趋势涉及区块链技术的应用。基于分布式账本的结算系统正在集成，以促进在分销层面的能源商品交易，从而促进“能源社区”的出现。这些由区块链驱动的平台使点对点交易成为可能，赋予个人和地方实体购买、出售或交换其DERs产生的多余能源的权力。这一发展不仅促进了能源市场的去中心化和民主化，而且还鼓励了可再生能源的更广泛使用。 分布式账本结算系统正在被