电网现代化 赋能电网韧性与能源转型的催化剂

赋能电网韧性与能源转型的催化剂 IBM如何提供帮助 在极端天气、监管要求以及全球向可持续和可再生能源转型的推动下，能源和公用事业公司在当前的地缘政治环境中面临严峻挑战。能源企业要成功应对能源转型，必须进行数字化转型。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、咨询服务和数据驱动解决方案利用最新数字技术推动公共事业行业转型，并为未来做好了充分的准备。如需了解更多信息，请访问ibm.com/industries/power-utilities AspenTech如何提供帮助 电力、燃气和水资源需求持续攀升，老化基础设施改造与清洁能源配套成为行业核心难题。AspenTech的数字化电网管理解决方案致力于推动公用事业网络向智能化、安全性及可靠性演进，从而打造可持续的未来。如需了解更多信息，请访问aspentech.com/en/industries/power-generation-transmission-and-distribution 摘要 有效管控可再生能源间歇性，是支撑公用事业企业清洁能源转型必须具备的核心能力。 自我优化、互联互通和柔性负荷管理有助于提升电网的韧性与可靠性。 七成先锋整合型公用事业企业正利用预测分析来优化能源供需管理。通过夯实数据来源、强化数据管理与访问能力，企业能够更精准地预防、识别并快速修复系统中断，显著增强恢复韧性。 有效的发电管理，以及对可再生能源与分布式能源(DER)整合，对于平衡供需至关重要。 67%的能源优化型公用事业企业将微电网作为一种本地能源服务，并将其作为支撑电网运行的稳定资源，以协助电网运行。攻克可再生能源的间歇性难题，正成为公用事业企业驱动清洁能源转型的核心能力。 规划、预测与仿真能力，有助于预判电网动态并引导投资方向。 近三分之二的受访组织已建立资产故障预测体系，以评估其对整体网络性能的影响。通过这些方法在公用事业利益相关者之间推动卓越运营，可以优化电网效率、资产利用率以及整体系统性能。 适配未来 电网是社会发展的基石，需持续的投入以确保其韧性与安全。全球能源格局正深度变革：可再生能源激增、分布式能源(DERs)广泛应用，以及电动汽车和其他终端设备推动电气化进程加速。 公用事业企业正面临同时管理大规模可再生资源与复杂分布式系统的双重挑战，这要求电网运营模式实现从单向输电向双向互动的转型。 实时监测与预测分析对于减少停电风险及保障电力可靠性至关重要。 IBM商业价值研究院的最新研究发现，公用事业企业正致力于建设更智能的电网。我们对全球近600位公用事业企业最高管理层及高管进行调研，所有受访组织均表示已制定电网现代化战略与执行计划。研究发现，公用事业企业平均将其年收入的9.8%用于电网现代化投资，这一金额占其输配电总投资的40%以上。1 如今的能源结构更趋多元，涵盖太阳能、风能、地热能、水力发电、核能、氢能及化石燃料等多种间歇性资源。与此同时，工业电气化、智慧建筑的普及，以及AI等高耗能技术的大规模应用，正快速推高电力需求。极端天气、网络安全威胁与基础设施老化交织，进一步加剧转型难度，也更加凸显构建数字化、数据驱动型电网的紧迫性。 尽管如此，各组织在构建韧性电网、灵活应对间歇性以及满足增长需求方面的进展参差不齐。事实上，21%的受访组织表示尚未取得任何进展。对所有组织而言，全面推进电网现代化，是实现能源转型与保障电网稳定、可靠、安全运行的核心支撑（见图1）。 自动化控制、预测能力与储能等先进技术，是保障供需波动下电网可靠运行的关键。数字化工具为升级陈旧基础设施、强化电网管理及提升性能提供了可行路径。 图1 电网现代化的核心目标 本次调研基于电网现代化战略（包括需求灵活性、电网优化、能源交换和智能资产）将公用事业企业分为四类。通过识别与之最相似的群体，并理解其相应的行为、战略和行动，组织可以做出更明智的决策，并据此量身定制战略。 其中一类群体，“先锋整合者”作为行业领跑者，在推进电网建设方面走得更远，其在创新、韧性与数字成熟度方面显著优于同行。然而，目前尚无一个群体能够完全展现这些能力（见图2）。在这场不断演进的电网现代化进程中，所有公用事业企业仍需持续改进。所需的改进程度取决于群组类型：较先进的群组（如先锋整合者）需要聚焦打磨战略，而其他组织则需优先夯实基础投资与能力建设。 先锋整合者(Pioneering Integrators)在电网现代化进程最为领先，在需求灵活调度、能源交换以及利用数字孪生模拟和优化电网性能方面表现卓越。然而，他们在利用自我监测资产以减少停电和资产损坏，以及将高级计量架构(AMI) 2.0与自动化停电管理及客户沟通系统集成方面存在短板。 能源优化者(Energy Optimizers)在需求灵活性与电网优化方面表现强劲，展现出对智能资产整合的高度重视。然而，他们在实施双向网络方面仍不够成熟，反映出其在采用可再生能源交换方面存在差距。 电力连接者(Power Connectors)侧重于能源交换与产消者参与，致力于构建能源双向流动体系。但他们在灵活需求方面进展较慢，对智能资产的应用仍然有限。虽然已开始借助数字孪生优化电力潮流，但整体电网优化能力仍处于成长阶段。 稳健践行者(Moderate Achievers)在满足灵活需求方面已取得扎实进展，但在能源交换和电网优化方面正被同行超越。此外，他们尚未将第三方数据共享充分整合到智能资产管理中。 信息来源：IBM商业价值研究院 先锋整合者与能源优化者并不会在韧性、数字化与能源转型之间做取舍，而是全面推进。 研究数据显示，组织若要具备面向未来的竞争力，必须在三大战略上实现突破，并辅以两大赋能因素（见图3）。本报告将深入探讨这些战略和赋能因素，详细阐述各群体为支持其运营优先事项所采取的具体举措。同时，我们还将呈现四个案例研究，并提供一份三步计划的行动指南，助力组织继续前行。 面向未来的公用事业组织的关键战略与赋能因素 驱动公用事业转型的战略 多项关键战略助力组织构建韧性、灵活、可扩展且高效运营的电网。这些战略共同作用，将强化电网抗干扰能力、提升可再生能源接入效率、优化整体运营水平。 构建电网韧性需要采取综合性手段，以增强其防范、识别故障或干扰并从中恢复的能力。关键策略包括：电网自主控制与优化、互联互通与集成，以及通过动态定价或需求响应等工具实现的柔性负荷管理。 战略1提升韧性与可靠性 电网自主控制与优化 电网自主控制与优化是系统高效响应实时变化的关键（见图4）。通过采用预测性性能分析，公用事业企业可以更精准地把握供需波动，进而主动调整以维持电网稳定。与此同时，子系统依据上下游运行状态自动调节，有效降低人工干预频率。以电压/无功优化(VVO)为例，该技术通过精准控制电压与无功功率，提升电网运行效率、降低能量损耗，并增强整体供电的稳定水平。 提升电网适应实时变化能力的策略。 电网互联互通与集成 互联互通与集成，通过强化电网各组件之间的协同联动，显著提升了供电可靠性与运行效率（见图5）。采用先进配电管理系统(ADMS)，可帮助公用事业企业实时监控、调度并优化电网运行。先锋整合者与电力连接者更倾向于深度采用ADMS，从而实现主动决策与高效管控。 故障检测、隔离与恢复(FDIR)及故障定位、隔离与系统恢复(FLISR)等技术，为电网提供了自愈能力，能快速定位并处置故障，从而减少停电次数、提升服务稳定水平。先锋整合者在该领域投入显著，构建出能够自我调节的网络，实现均衡的电力分配。此外，公用事业之间的电力转供能力增强了调度弹性，可在负荷高峰或系统故障时实现资源共享。 柔性负荷管理 案例研究 动态定价与需求响应计划，是公用事业企业引导用户用电行为、维持电网平衡与稳定运行的两大利器。值得注意的是，82%的先锋整合者采用实时定价机制，根据市场波动每分钟动态调整电价，而其他群体中这一比例仅为50%。需求响应举措激励消费者在高峰时段减少用电，从而避免高成本电厂的运行。58%的公用事业企业已部署云端需求响应系统，该系统可根据电网实时状况自动调节用户用电，无需人工介入即可实现供需平衡。 NESO： 打 造 面 向 未 来 的 电 力系统2 NESO（英国国家能源系统运营商）负责管理电网的运行。过去，系统平衡机制主要针对基于化石燃料的发电模式而设计。然而，随着风电场与太阳能电站等可再生能源的不断增加，电网变得更加波动且难以预测。 为破解这一难题，加速迈向零碳未来，NESO启动了一项电网平衡系统转型项目。通过与IBM协作，他们构建了开放平衡平台(OBP)，该平台采用安全设计(security-by-design)，以混合云为核心架构系统，旨在管理数量更多、规模更小的发电单元，并更快速地适应新需求与技术创新。 实施后，NESO取得了显著成效，包括电池调度量提升283%、用户人工操作减少90%，累计减排二氧化碳约3.74万吨。 OBP让NESO能够通过电池储能站储存多余的绿色能源。过剩的风能或太阳能可以调度至电池进行储存，以备后续使用。这一机制有效避免了清洁能源的浪费，大幅降低了对燃气发电的依赖。正是这一转型，让NESO得以紧跟能源格局的快速演变，迈向净零碳未来的步伐更加稳健。 需求响应举措能激励消费者在高峰时段减少用电，从而避免高成本电厂的运行。 间歇性可再生能源发电的加速发展，给公用事业企业维持电网稳定带来了严峻挑战。企业必须在物理资产（如电池）与数字资产（如DERMS软件）两个层面同步推进电网转型，才能确保电网具备足够的韧性与可靠性。面对可再生能源发电的间歇性特点，公用事业企业必须提速清洁能源转型进程。灵活的发电管理、大规模可再生能源整合以及分布式能源资源(DER)整合，已成为满足持续增长的需求、并兼顾可靠性与可持续性的关键所在。 战略2加速清洁能源转型 发电管理 发电管理是指利用电池或其他能够快速增减输出的发电资源，以维持稳定的能源供应（见图6）。电池储能、抽水蓄能等储能系统，可在发电高峰期储存多余能源，并在低谷期释放，从而保障电网的持续稳定运行。 应对可再生能源可用性变化的策略。 大规模可再生能源整合 要成功整合来自太阳能、风能和水电等自然可再生能源，需要提升电网容量并引入预测模型，以预见能源生产与消费。先锋整合者与能源优化者在通过实时数据分析提升预测精度，在此方面领先同行43%。通过持续监测能源生产与消耗，公用事业企业能够优化可再生能源的整合。 分布式能源资源整合 分布式能源资源(DER)是规模较小、分散部署的能源系统（通常位于用户侧且小于1兆瓦），可包含可再生或非可再生能源，用于满足本地用能需求并提升电网韧性。整合DER有助于提升电网的灵活性与效率（见图7）。标准化的DER并网流程，可简化整合流程、降低复杂度。约60%的公用事业企业已采用这些标准，但仍有许多企业未能与第三方供应商和客户共享可接入容量(hosting capacity)信息。这种协作方式将有助于提升规划与优化水平。 保障电网高效运行的策略。 投资分布式能源资源管理系统(DERMS)，有助于公用事业企业监测、调控并优化DER。先锋整合者与电力连接者在利用DERMS降低输电损耗及提升电力供应可持续性方面表现突出。此外，对微电网的管理增强了韧性与适应能力，在停电期间提供了可靠的备用支持。能源优化者在该领域优于同行，这有助于其在高比例可再生能源接入地区提升电网可靠性。 另一个值得关注的趋势是区块链技术的应用。基于分布式账本的结算系统正逐步融入配电网环节，以支撑配电侧的能源商品交易，进而推动了“能源社区”的兴起。这些由区块链平台支持点对点(P2P)交易，赋能个人与本地实体自由买卖或交换其DER产生的富余电力。这一发展不仅推动了能源市场的去中心化与民主化，也进一步提升了可再生能源的利用率。 基于分布式账本的结算系统正逐步融入配电网环节，以支撑配电侧的能源商品交易，进而推动了“能源社区”的兴起。 案例研究 Iberdrola：利