2022中国发电企业低碳数字化解决方案白皮书.pdf

中国发电企业碳中和数字转型白皮书引领变革：迈向新型电力系统时代执行摘要2|中国发电企业碳中和数字转型白皮书在全球“碳中和”的趋势下，中国也在国家层面首次提出“双碳”目标。作为重要的碳排行业之一，发电行业正在面临着可再生能源占比迅速提升、分布式能源快速增长、能源利用效率显著提高、消费者需求更加多元等方面的变化。同时，随着科技水平的不断发展，越来越多数字化、智能化的解决方案如雨后春笋般出现在电力行业产业链的各个环节中。未来的电力行业，将是一个由数以十亿计的可再生能源发电、储能、智能用电设备构成的“碎片化”系统，以智能物联网为代表的数字化技术将是实现万物数据化、智联化的重要手段。其中，发电企业作为重要的参与者，也将朝着低碳数字化转型的目标砥砺前行。全球电力行业的五大转型趋势目前，全球电力行业正在经历着多维度的转型，呈现出五大转型趋势：能源结构中可再生能源激增，能源供应方式分布式能源扩张，交通电气化成为能源消费新增长点，能源消费者积极行动，及能源系统整体效率提升。在发电侧，随着分布式光伏、风电等能源形式的普及，可再生及分布式能源正在迅速增长。根据埃森哲分析，预计到2035年，可再生能源发电量占比将超过50%。在用电侧，随着新能源汽车的普及，自动驾驶、V2G（车辆到电网）等技术也在不断进步，推动交通行业电气化水平的日益提升。预计在新销售的汽车中，电动汽车的占比将由2020年的3%增长至2040年的55%。同时，能源消费者的需求也朝着数字化、个性化、便捷化、开放化的方向转变。根据埃森哲研究，能源消费者希望能源供应商可以跟上转型的步伐，提供数字化和多元化的一站式能源服务。最后，随着科技的进步，能源系统的整体效率不断提升。为了提高能源利用效率，并降低能源排放强度，世界各国也在针对能效提升积极研发与投资。然而，从一众国家目标2050年实现“碳中和”的角度出发，能源效率仍有极大的提升空间。中国电力行业的三“替代”两“市场”与全球电力行业低碳转型趋势相比，中国的电力行业同样经历着分布式发电逐步替代集中式发电、新能源发电逐渐替代传统能源发电，以及终端能源电能替代传统用能的趋势。在此基础上，中国的电力市场随着电力体制改革的深化和落地，市场化程度不断提升。未来，中国电力现货交易试点范围将继续扩大，参与电力交易的主体也会越发广泛，可再生能源发电参与电力现货交易的比例也将逐步增大。同时，随着“双碳”目标的提出，中国的碳交易市场也在迅速崛起。目前，在碳市场发展初期，发电行业重点排放单位是交易的唯一主体。未来，预计更多高耗能企业将被纳管，碳交易市场也将进一步扩大。发电侧数字化解决方案随着越来越多的新能源资产投运，中国的新能源行业将从跑马圈地的建设期转为存量资产的运营期，发电企业对新能源资产运营的重视程度也将随之提升。发电侧的数字化解决方案侧重帮助发电企业提升智能运维能力，借助数字化工具，实现天气预测、发电量预测、智能巡检与预测性维护等功能，从而提高新能源资产发电量、优化出力曲线，并降低发电企业的运维成本。同时，数字化解决方案也可以帮助电力企业监测电力市场信息并协助交易，对电力供需及电价做出预判，帮助发电企业最大化收益。中国发电企业碳中和数字转型白皮书|3用电侧数字化解决方案在用电侧，“能源互联”将成为未来的主要转型趋势。用户侧能源形式丰富，既包括分布式光伏等发电设备，也包括各类用电设备和电力储能设备。“能源互联”将更加注重零售侧的服务和用能管理，数字化解决方案极为丰富，应用场景也不拘一格。针对分布式光伏、储能、电动汽车充电、智慧家居及智慧楼宇等场景，对应的数字化解决方案应运而生。输配电侧数字化解决方案在未来，电力系统将会由原先的“源随荷动”向“源网荷储”协同互动的方向转型。其中，输配电侧的数字化解决方案将发挥重要作用。基于大数据，利用物联网、智能AI等技术，可以将电源侧、用电侧及输配电侧的各类可控资源的数据接入，实现数据的透明感知，有效促进“源-网-荷-储”的灵活互动，促进新能源电力的消纳，并合理削峰填谷。数字技术赋能发电企业转型随着国内外电力行业的转型，发电企业也将从“重资产、轻服务”的旧模式逐步向以客户服务为中心的新模式转型。根据埃森哲研究，参照发电侧、输配电侧和用电侧的转型方向，发电企业在不同的细分领域均有参与的机会，并提供多样化的数字化解决方案。这些数字化解决方案均需要技术的支撑，如人工智能、大数据、云计算、区块链等。其中，智能物联网（AIoT）技术的重要性尤为凸显，AIoT技术通过物联网产生、收集来自全部发电资产不同维度的、海量的数据并存储于云端、边缘端，再通过大数据分析，以及更高形式的人工智能，实现万物数据化、万物智联化。在数字化方案赋能电力行业转型的同时，数字化技术也将加速发电企业自身的低碳转型。例如，借助智能物联网技术，发电企业可以实现碳排放的监控和预测，帮助企业减排；同时，也可以监测碳市场数据，帮助企业优化碳交易并提升收益。“产业中台”将成为发电企业的核心管理工具在以新能源为主体的新型电力系统时代，电力行业电源转换的一次能源从“可控”变为“随机”，电源和负荷的形态从“机电一体化”到“电力电子化”，配网形态从“无源”变为“有源”，系统的控制对象从“集中”变为“离散”。为了应对这些变化带来的挑战，一个可以同时协同电源侧、电网侧及用户侧的产业中台（集控中心）尤为重要。从企业管理的角度出发，新一代信息技术为企业管理带来了巨大的贡献，企业资源计划（ERP）系统极大程度地提升了企业管理效率。从以新能源为主体的发电资产管理角度出发，产业中台对于发电企业将主要体现三个方面的价值：第一，利用AIoT技术实现对所有新能源资产的有效监控；第二，实现产业的整体协同，包括企业多种能源资产的协同、集团-分公司-场站的协同，以及多种能源结构的协同；第三，实现新能源发电资产生产管理与电力市场的协同。因此，对于发电企业来讲，产业中台将成为其从传统能源向以新能源为主的低碳化转型的中流砥柱，成为和企业管理平台同等重要的第二大核心管理要素。目录中国电力行业低碳转型背景中国“3060双碳”目标背景全球电力行业低碳转型参考能源结构转型：可再生能源激增能源供应形式变化：分布式能源扩张能源消费增长点：交通电气化程度呈指数级上升能源消费方式变化：能源消费者积极行动能源系统整体效率提高：能效创新发电企业转型路径及数字化解决方案路径一：发电侧解决方案持续构建传统业务护城河新能源资产运营维护新能源发电量预测新能源发电量提升电力市场现货交易生产营销一体化碳管理新能源项目设计和选址新能源项目EPC192021221719路径二：用电侧解决方案寻找业务增长“第二赛道”光储充用一体化用户能效提升服务用户侧储能服务电动汽车用能服务虚拟电厂232323242423中国电力行业低碳转型方向三“替代”两“市场”终端能源电能替代传统用能 新能源发电替代传统能源发电 分布式发电替代集中式发电 电力交易市场化 碳排交易市场化 891067811121314164|中国发电企业碳中和数字转型白皮书路径三：输配电侧解决方案补齐产业链版图源网荷储协调与平衡增量配网/微电网262626中国发电企业碳中和数字转型白皮书|5技术与平台赋能发电企业数字化转型数字化转型能力模型数字化转型的技术支撑平台底座的重要性及相关收益27283137平台底座的重要性主要特点3740结语49远景数字化技术应用及案例41数字化技术应用成功案例分享4145中国电力行业低碳转型背景6|中国发电企业碳中和数字转型白皮书中国“3060双碳”目标背景2020年9月，中国在第七十五届联合国大会上宣布，将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，于2060年前实现碳中和。在当年12月举行的气候雄心峰会上，习近平主席进一步宣布，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。与美国、日本、欧盟等国家和地区相比，中国目前已成为全球二氧化碳年排放量最多的国家，减排之路面临着时间紧、任务重的挑战（见图1）。图1.全球主要国家与地区年二氧化碳排放量对比首先，我国碳排放量基数大。随着经济社会的持续发展及新型工业化与新型城镇化建设的加快推进，未来一段时期内能源需求仍会增加，碳排放也将随之提高。相比于美国、日本、欧盟等发达国家和地区二氧化碳排放已经达峰并稳步下降，我国需要在碳减排道路上付出更大的努力。其次，我国要在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和，相比于发达国家50至70年的过渡期，只有不到30年的时间，意味着我国碳减排时间更加紧迫。中国实现“双碳”目标，任重而道远。在“双碳”目标的驱动下，能源行业作为核心关键，亟需向低碳化乃至无碳化的方向转型，中国的公用事业与能源企业也定将加快低碳转型的步伐。资料来源：OurWorldinData 175020201800185019001950020406080100亿吨中国欧盟美国日本中国发电企业碳中和数字转型白皮书|7中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语全球电力行业低碳转型参考目前，全球电力行业正在经历着多维度的转型。在发电侧，随着分布式光伏、风电等能源形式的普及，可再生及分布式能源正在迅速增长。在用电侧，消费者的消费方式也朝着数字化、个性化、便捷化、开放化的方向转变，对发电企业提供的产品及服务提出了更高的要求；同时，随着新能源汽车的普及，自动驾驶、V2G（车辆到电网）等技术也在不断进步，持续推动交通行业电气化水平的提升。此外，依托科技水平的不断发展，能源系统的整体利用效率也进一步提升（见图2）。图2.全球电力行业转型趋势图3.IEA可持续发展情景下的电源结构预测资料来源：埃森哲分析 资料来源：IEA能源结构转型：可再生能源激增根据埃森哲分析，预计到2035年，全球煤电占比将下降到24%，可再生能源发电量将达到17,443TWh，占比超过1/2，年均增速达到6%。根据国际能源署（IEA）模拟的“可持续发展情景1”下的减排路径，可再生能源的增速会更高。预计到2030年，可再生能源占比将达到53%，到2050年则会高达84%。化石燃料的占比将会急剧下降。煤炭、石油和天然气在2020年占比超过50%，预计到2030年会降至36%，到2050年仅占比4%（见图3）。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%201020192020203020402050核能地热与光热煤炭生物质能水电风电光伏天然气石油可再生能源激增全球电力行业转型趋势分布式能源扩张能源效率提升能源消费方式改变交通电气化水平提升8|中国发电企业碳中和数字转型白皮书氢和氨配置碳捕捉的化石燃料资料来源：IEA，埃森哲分析能源供应形式变化：分布式能源扩张未来，能源供应的形式也将发生改变，其中分布式能源将成为主要的增长点之一（见图4）。分布式能源主要包括分布式风能、分布式光伏和分布式天然气。预计到2030年，分布式风电将为美国提供至少30GW的能源，中国也正在逐步将中小型分布式风电推广至海岛、湖区等地区；分布式光伏方面，全球分布式光伏装机容量将从2017年的146GW提升到2035年的1,264GW，占比将达到38%；分布式天然气在各国能源系统中的占比也越来越高，欧盟国家已达到10%，日本达到13.4%，美国达到4.1%，各国将继续通过政策优惠鼓励分布式天然气发展。到2026年，全球分布式能源装机容量预计将达到528.4GW，年复合增长率达到16.62%。能源消费增长点：交通电气化程度提升交通运输作为主要碳排行业之一，约占到全球化石能源碳排放总量的25%。通过交通领域电气化转型来减少化石能源碳排放已成各国共识。由于汽车行业对石油基燃料替代品的需求不断增长，汽车电气化市场规模将保持强劲增长。从全球轻型汽车销量来看，纯电动汽车销量在整体销量中的占比越来越高。预计在新销售的汽车中，电动汽车的占比将由2020年的3%增长至2040年的55%。05001,0001,5002,0002,5003,0003,50020152020202520302035图4.分布式光伏装机容量（GW）中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语光伏装机容量（单位：GW）集中式光伏分布式光伏中国发电企业碳中和数字转型白皮书|9图5.一次能源强度年均改善比率2.3%2011-1620172018201920202021(E)净零情景2020-20301.8%1.1%2.0%0.5%1.9%4.2%资料来源：IEA中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语10|中国发电企业碳中和数字转型白皮书能源消费方式变化：能源消费者积极行动在不断变化的市场环境中，日益活跃的能源消费者的需求将朝着数字化、个性化、便捷化、开放化的方向转变。这一转变也推动着电力企业对产品、服务和业务模式进行升级转型，从而满足消费者新需求并创造新价值。根据埃森哲研究，能源消费者希望能源供应商可以跟上转型的步伐，提供数字化和多元化的一站式能源服务。例如，为了降低能源成本，73%的用户选择纯数字服务，80%的用户重视供应商的新产品或服务是否实现了个性化，65%的用户愿意分享自己的数据以便获得更好的服务，94%的用户认为便捷化是优化体验的关键，并对可以提供便捷、价廉服务的供应商更加青睐。随着消费者偏好的改变，能源供应商也推出了更多新型的产品和服务，例如智能化设备（如智能家居、智能电表等）、个性化定制服务（根据用户的用能偏好提供定制化的能源套餐）、能效与家庭自动化系统（如家庭能效管理系统监测效率情况、自动抄表扣费等）和分布式能源、储能等电力产消合一系统安装、运维支持等服务。能源系统整体效率提高：能效创新随着科技的进步，能源系统在供能端和用能端的利用效率均在逐步提升。在用能端，通过用能改造服务和用电负荷管理实现了用户侧的能效提升；在供能端，能效通过煤电清洁转化高效利用技术，提高燃煤发电效率降低煤耗，以及增加可再生能源发电利用小时数等方式得以提升。从2011年至2016年，一次能源强度平均每年改善2.3%，从2017至2019年，分别改善1.8%、1.1%和2.0%。受到疫情和同时期低廉能源价格的影响，2020年，能效提升方面的进展速率降至10年以来最低水平，仅为2019年的1/4。尽管2021年能效提升水平有望恢复至疫情前水平，但当前的改善速度仍然有待大幅提高。在国际能源署2050年净零排放情景2下，2020至2030年能效提升水平每年要达到4.2%，即到2030年累计提升50.9%才有可能实现2050年的净零（见图5）。为了提升能源效率，世界各国也积极进行能源效率提升方面的研发与投入。从2000年至2020年，IEA成员国家的政府和国有企业显著增加了在能效研究、开发和示范（RD&D）方面的支出。其中，2000年能效提升方面的投资金额为18.34亿美元，到2020年已增长至60.99亿美元，年复合增长率为6.19%。如要完成2030年50.9%的累计能效提升，未来仍有巨大的投资空间。年均能效提升中国电力行业低碳转型方向三“替代”两“市场”与全球电力行业低碳转型趋势相比，中国的电力行业同样经历着分布式发电逐步取代集中式发电、新能源发电逐渐取代传统能源发电，以及终端能源电能替代传统用能的趋势。在此基础上，中国的电力市场随着电力体制改革的深化和落地，市场化程度不断提升。同时，随着“双碳”目标的提出，中国的碳交易市场也在快速崛起，未来有望成为全球最大的碳交易市场（见图6）。图6.三“替代”两“市场”资料来源：埃森哲分析发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语中国电力行业低碳转型背景中国发电企业碳中和数字转型白皮书|11中国电力行业转型“三替代”“两市场”替代一终端能源电能替代传统用能替代二新能源发电替代传统能源发电替代三分布式发电替代集中式发电碳交易市场化碳交易市场快速崛起电力交易市场化市场化程度不断提升图7.终端能源电气化占比预测资料来源：IEA图8.中国能源终端消费结构资料来源：国际可再生能源署IRENA终端能源电能替代传统用能在全球电气化进程持续推进的同时，中国电气化的步伐已经位于全球前列。2020年，中国的终端能源消费比例中，电能占比约为27%，预计到2060年，该比例将达到70%（见图7）。27%38%42%56%70%80%70%60%50%40%30%20%10%0%20202030204020502060电能的替代效应，体现在能源终端消费结构正从以一次能源为主，向以二次能源为主转变。未来，电能将逐渐替代以煤炭为主的一次能源，成为终端能源的消费主力（见图8）。从图表8所示的中国能源终端消费结构可以看出，从2010年至2040年，煤炭的占比将呈现持续下降趋势，而电能在终端消费的占比预计由2010年的18.17%增长至2040年的34.61%，电力替代效应明显。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语3005216707628449160510152025303502004006008001,0001,2001,4001,6001,8002,0002,2002,4002,6002,800201020182025(E)2040(E)2035(E)2030(E)18.17%25.37%28.38%30.36%32.59%34.61%电能占终端消费比煤炭天然气石油热力电力其它可再生生物质能百万吨油当量12|中国发电企业碳中和数字转型白皮书图9.中国分电源装机容量发展趋势资料来源：国家能源局、中国电力企业联合会、埃森哲分析*备注：2030年火电装机量计算方式，保守假设到2030年水电、光伏和风电装机容量占比50%，从而推算火电装机规模新能源发电替代传统能源发电目前，全球能源行业存量结构调整成为主要课题，电源结构清洁化日益显著，可再生能源发电将逐渐成为总发电量贡献主力军。从装机容量角度来看，我国电源结构持续优化，虽然目前火电仍然占据主导地位，但可再生能源装机量逐年上升，装机占比逐年提高。根据图表9所示的中国分电源装机容量发展趋势，从2015年至2040年，中国装机容量整体呈上升趋势，CAGR（复合年均增长率）为3.1%；其中可再生能源发展迅猛，光伏发电装机CAGR最高，为12.1%（见图9）。此外，随着国家调控与资源开发的规范化，近几年我国风电与光伏发电利用小时数稳步增长，弃风弃光现象得到明显改善。2016年以来，在光伏发电和风电装机大幅攀升的背景下，弃风弃光率实现显著双降。风电和光伏发电消纳情况持续向好发展。2019年，我国弃风率为4%，较上年相比降低了3个百分点；弃光率仅为2%，较上年相比降低了1个百分点。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语中国发电企业碳中和数字转型白皮书|13990 1054 1106 1144 1191 1245 1297 1305 1560 1650 26 34 36 45 49 50 53 56 70 150 319 332 341 352 356 370 391 400 370 440 77 130 175 205 253 307 337 500 780 149 164 184 210 282 328 342 400 580 0500100015002000250030003500400020152016201720182019202020212022H12025E2030E火电 核电 水电 光伏 风电GWCAGR=6.8%（20152030）年复合增长率CAGR（20161030）3.3%11.3%2.0%17.9%10.2%图10.中国分电源结构度电成本LCOE趋势及预测资料来源：Bloomberg分布式发电替代集中式发电能源去中心化是实现2060年碳中和目标的必要手段之一。根据埃森哲分析，2020年我国在分布式能源领域的投资金额约为185亿美元，预计到2040年，分布式能源投资额年复合增长率将达到27.9%。最后，成本的下降也将进一步推动新能源电力的发展。目前在中国，陆上风电、光伏LCOE（平准化度电成本）均值现已低于燃气，2026年竞争优势有望超越煤电。光伏和海上风电的LCOE下降速度将高于传统燃料。当前，光伏度电成本为0.4元/kWh，预计到2040年，光伏度电成本将下降至0.26元/kWh；海上风电LCOE为0.62元/kWh，2040年预计将下降至0.24元/kWh（见图10）。相比于传统供能方式，分布式供能系统中包含更多的清洁能源与智能化的集中电厂，电力流向由单向变为双向，需求侧的角色也被强化，电能用户不再仅仅作为能源的使用方，而是可以成为一个个小型的发电主体向电网输送额外的电力。此外，分布式能源供应网络中，也包含了更多的硬件和软件元素。硬件方面包括智能配电网和储能设备等；在软件方面，数据服务、能源管理系统和各类信息化解决方案也起到了至关重要的角色。在中国历年光伏新增装机中，分布式光伏的占比整体呈现上升趋势。2021年上半年，光伏装机共计14.1GW，同比增长22.6%。其中，分布式新增装机同比增长97.5%，而集中式新增装机同比下降了24.2%，分布式光伏首超集中式，占比高达58.8%，成为新增装机的主要来源（见图11）。未来数年，我国将实现分布式新能源直供与无障碍入网。根据埃森哲分析，预计到2025年时，我国分布式能源市场规模将达4,861.4TWh，年复合增长率高达29.9%。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语201520192020(E)2025(E)2030(E)2035(E)2040(E)煤电LCOE气电LCOE公用规模光伏发电LCOE陆上风电LCOE海上风电LCOE光伏标杆电价陆上风电标杆电价海上风电标杆电价14|中国发电企业碳中和数字转型白皮书元/kWh0.360.350.350.350.360.360.770.670.650.680.710.710.710.60.320.40.310.280.260.430.360.30.270.90.640.620.60.380.280.2400.10.20.30.40.50.60.70.80.910.360.350.360.350.28图11.中国历年新增光伏装机占比资料来源：国家能源局相比于传统供能方式，分布式供能系统中包含更多的清洁能源与智能化的集中电厂，电力流向由单向变为双向，需求侧的角色也被强化，电能用户不再仅仅作为能源的使用方，而是可以成为一个个小型的发电主体向电网输送额外的电力。此外，分布式能源供应网络中，也包含了更多的硬件和软件元素。硬件方面包括智能配电网和储能设备等；在软件方面，数据服务、能源管理系统和各类信息化解决方案也起到了至关重要的角色。在中国历年光伏新增装机中，分布式光伏的占比整体呈现上升趋势。2021年上半年，光伏装机共计14.1GW，同比增长22.6%。其中，分布式新增装机同比增长97.5%，而集中式新增装机同比下降了24.2%，分布式光伏首超集中式，占比高达58.8%，成为新增装机的主要来源（见图11）。未来数年，我国将实现分布式新能源直供与无障碍入网。根据埃森哲分析，预计到2025年时，我国分布式能源市场规模将达4,861.4TWh，年复合增长率高达29.9%。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语6.2%19.3%9.2%12.2%36.6%47.4%40.5%32.2%58.8%93.8%80.7%90.8%87.8%63.4%52.6%59.5%67.8%41.2%201320142015201620172018201920202021H1集中式分布式中国发电企业碳中和数字转型白皮书|15电力交易市场化随着电力体制改革的深化和落地，“十四五”期间市场化交易电量将迅猛发展。自2015年以来，全国电力市场化交易量始终保持两位数增速。根据国家能源局数据，2021年全年市场化交易电量约3,500TWh，同比增长15.7%，占全社会用电量的40%以上。同时，深化辅助服务市场建设，挖掘调峰能力约90GW，增加清洁能源发电量约80TWh。2021年以来，发改委、能源局陆续颁布新政策，积极推动电力市场化改革。在新政策的推动下，我国电力现货交易试点范围将继续扩大3，参与电力交易的主体也会更加广泛4，可再生能源发电参与电力现货交易的比例也将逐步增大。碳排交易市场化 当前，全球碳交易市场规模日趋增大，欧美国家是碳交易市场的先行者，中国新兴的碳市场也在快速崛起，未来有望成为世界最大的碳交易市场。碳市场是一种全新的环境经济政策工具，其创新之处在于通过“市场化”的手段解决环境问题。中国碳市场的发展由地方性试点交易开始，2021年7月16日，全国碳交易市场正式上线。截至2021年12月31日，全国碳市场共运行114个交易日，碳排放配额（CEA）累计成交量1.79亿吨，累计成交额76.61亿元。在碳市场发展初期，发电行业重点排放单位是交易的唯一主体。2020年，全国碳市场纳入发电行业的重点排放单位共计2,225家。随着碳市场的发展，更多高耗能的行业有望陆续被纳入到全国碳市场中。碳市场的发展将从两方面影响电力企业。首先，发电企业作为碳市场发展最初期被纳入到碳配额管理的行业，会同时参与碳市场交易与电力市场交易，碳价将对其发电决策和投资行为产生影响。发电企业将结合碳排放配额与碳价制定发电计划，其收益将取决于售电市场的电量交易和碳配额的交易。其次，碳交易催生碳资产管理新模式。随着中国的碳交易市场日趋成熟，发电企业需要进行有效的碳资产管理，并建立专业的碳资产管理团队。目前，很多企业仅停留在满足碳减排目标的阶段，未来发电企业可将碳资产管理模式由满足碳减排要求的被动模式转变为碳资产主动管理、增值扩张的模式。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语16|中国发电企业碳中和数字转型白皮书发电企业转型路径及数字化解决方案中国发电企业碳中和数字转型白皮书|17图12.电力行业各领域能源转型在发电侧，未来主要转型的方向是可再生能源的普及，其中包括公用规模光伏、水电、陆上风电、多能互补等。新能源资产的普及将带来新的机遇与挑战。同时，随着政策的放开，新能源产生的“绿电”也将会逐步参与到电力市场交易中，为发电企业带来了提供绿电交易、碳管理等辅助服务的机会。在用电侧，“能源互联”将成为未来的主要转型趋势。用户侧能源形式丰富，既包括分布式光伏等发电设备，也包括各类用电设备和电力储能设备。“能源互联”将更加注重零售侧的服务和用能管理，发电企业有机会针对分布式光伏、储能、电动汽车充电等提供更多种类的服务。同时，随着电气化和智能化的普及，终端用电设备将更加多样化，发电企业可以提供电车用能服务、能效提升、需求侧响应等服务。在输配电侧，由于可再生能源发电的波动性，同时，电网又接入了电动汽车、储能等设备，维持电网稳定性的要求日益提高。发电企业可以通过输配电的智能交互、智能微电网等数字化技术实现源网荷储的协调与平衡。在前一章节中，我们总结了中国的“双碳”目标及实现这一目标所面临的挑战，并梳理了全球以及中国电力行业的转型趋势。在本章中，我们将从发电侧、用电侧及输配电侧三个方面探讨发电企业的转型方向及各类数字化解决方案（见图12）。结语18|中国发电企业碳中和数字转型白皮书数字化发电 可再生能源售电 综合能源服务输配电 未来能源网络公用规模光伏水电陆上风电海上风电分布式光伏售电管理电动交通服务电动汽车基础设施多能互补发电碳捕集、利用与封存电池技术/储能灵活性氢能P2P/微电网可再生天然气虚拟电厂P2P/微电网购电协议多种可再生能源集成分布式能源管理系统输配电交互发电企业转型路径及数字化解决方案中国电力行业低碳转型背景技术与平台赋能发电企业数字化转型新能源资产运营维护随着越来越多的新能源资产投运，中国的新能源行业将从跑马圈地的建设期转为存量资产的运营期，发电企业对新能源资产运营的重视程度也将随之提升。新能源资产运营维护的主要目的是对新能源发电机组的健康状况进行全面诊断和预警，以维护新能源资产的稳定运行。发电机组在运营时，可以利用数字化技术对风力和光伏等分布式发电机组进行出力监控和优化，实时了解机组的发电情况，对机组运行状况进行实时诊断。新能源资产运营维护主要包括无人监控与巡检、设备健康预警、数字孪生三个方面的数字化解决方案。无人监控与巡检：新能源资产，尤其是风电资产具备数量大、分布广、体型高、可转动等特点，为传统人工运维带来较大的挑战。因此，企业可以通过结合机器人定位系统、监控系统和预警系统等，实时监控新能源资产的设备状态，及巡检机器人的状态和路径。另外，还可以通过调取机器人的视频监控摄像头来查看巡更的真实情况，方便运维人员更加直观高效地管理整个巡检过程。基于埃森哲研究，无人监控与巡检，可为企业节降巡检成本25%-30%，降低维护成本20%-30%，减少安全事故发生率70%-90%，因避免生产效率下降而造成损失所带来的收入增加约为5%-10%。设备健康预警：利用SCADA、CMS、智能传感器等对设备的状态进行实时追踪，全面了解所有关键部件的健康状况，并对存在风险的设备进行预警，以便维修人员提前准备检修方案。路径一：发电侧解决方案持续构建传统业务护城河数字孪生：为了实现精细化运营和提高运维效率，发电企业可以基于数字孪生理念，通过三维可视化的手段将整个新能源发电站的整体结构、设备分布情况在系统上进行立体化呈现，满足多样化展示需求。同时，利用数字孪生系统真实反映实时环境与设备情况，方便运维人员了解设备信息，从而集中控制设备并实现远程维护。对于可再生能源企业来说，采用新能源资产运营维护解决方案可以帮助企业降本增效。企业可利用数字化技术分析停机时间、收入和生产损失、解决问题、确定工作优先级、计划主要部件维修和安排维护等。此外，数字化技术也可以帮助企业简化线下流程，为运营团队配备数字化工具，从而提升员工的工作效率。新能源发电量预测随着国家发改委和国家能源局关于进一步做好电力现货市场建设试点工作的通知的发布，国家层面首次确认可再生能源能够参与现货市场交易。新能源项目投资规划将不再像过去一样，完全按照固定电价、固定小时数收益的因素核算，而是要结合市场化因素对项目的接入电价进行预测。不仅是电价预测，在新能源进入市场化交易后，项目的发电优先排序、出力曲线都将成为收益测算的重要指标，只有出力曲线尽可能贴合需求曲线，项目才能达到最优收益。因此，对于发电企业而言，准确预测新能源发电量将有较高的经济性意义。此外，若预测发电量与实际发电量的偏差过大，对电网安全也会产生一定影响和威胁。以光伏为例，由于光伏发电具有较强的间歇性、随机性和波动性，当大规模的集中式和分布式光伏发电并网后，必定会给电网的安全稳定运行带来巨大的挑战。因此，对新能源发电的出力预测愈发重要。若能准确进行发电量预测，不仅可以提高电站运营效率，也能帮助调度部门调整运行方式，确保高比例接入新能源发电后，电力系统的安全稳定与经济运行。发电量预测解决方案一般会综合考虑季节、时间、天气变化、温度及相似日出力和发电历史的出力，通过算法根据历史出力数据，并结合多方面因素进行建模，利用人工智能技术进行出力预测，从而提高发电效率。光伏、风电等发电资产受天气影响较大，可依托大数据平台、人工智能等大量模型算法，以雷达产品数据为基础，进行信息数据分析、优化检测模型等，为风电、光伏电厂提供准确的气象预测。对发电企业来讲，短期与中长期的功率预测服务可以帮助企业制定生产计划，合理安排运行方式，从而提升收益水平。同时，精准的发电量预测可以帮助发电企业避免新能源电站在日前和日内现货市场中由于预测偏差带来的经营风险。新能源发电量提升数字化技术也可以应用在新能源机组的发电量提升上。以海上风电为例，其主要挑战是根据风力情况识别风机何时无法达到最佳功率。应用数字化手段，如功率曲线预测算法，可以根据实际产生的功率与最佳功率的偏移来分析涡轮机的潜在损失，并分析导致偏移的主要因素，包括偏航和俯仰偏差、空气密度变化、湍流和冰雪导致的损失等，帮助运营商预测出力不佳的时段并进行矫正，从而提升新能源机组的发电量。太阳能电池板光伏系统的发电量大小除了与电池板功率和运行状况有关外，还与能量的转换效率有关。因此，太阳能光伏组件阵列的安装方式对太阳能发电系统的效率影响极大。传统的太阳能光伏组件大都采用固定式安装，即电池板固定在某个角度，不随太阳位置的变化而变化，导致严重影响转换效率。据测算，如光伏系统与太阳光角度存在25的偏差，就会因垂直射入的辐射能减少而使光伏阵列的输出功率下降10%左右。因此，可采用双轴跟踪系统以主动式跟踪控制策略，通过计算得出太阳在天空中的方位，控制光伏阵列朝向。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语中国发电企业碳中和数字转型白皮书|19因此，对新能源发电的出力预测愈发重要。若能准确进行发电量预测，不仅可以提高电站运营效率，也能帮助调度部门调整运行方式，确保高比例接入新能源发电后，电力系统的安全稳定与经济运行。发电量预测解决方案一般会综合考虑季节、时间、天气变化、温度及相似日出力和发电历史的出力，通过算法根据历史出力数据，并结合多方面因素进行建模，利用人工智能技术进行出力预测，从而提高发电效率。光伏、风电等发电资产受天气影响较大，可依托大数据平台、人工智能等大量模型算法，以雷达产品数据为基础，进行信息数据分析、优化检测模型等，为风电、光伏电厂提供准确的气象预测。对发电企业来讲，短期与中长期的功率预测服务可以帮助企业制定生产计划，合理安排运行方式，从而提升收益水平。同时，精准的发电量预测可以帮助发电企业避免新能源电站在日前和日内现货市场中由于预测偏差带来的经营风险。新能源发电量提升数字化技术也可以应用在新能源机组的发电量提升上。以海上风电为例，其主要挑战是根据风力情况识别风机何时无法达到最佳功率。应用数字化手段，如功率曲线预测算法，可以根据实际产生的功率与最佳功率的偏移来分析涡轮机的潜在损失，并分析导致偏移的主要因素，包括偏航和俯仰偏差、空气密度变化、湍流和冰雪导致的损失等，帮助运营商预测出力不佳的时段并进行矫正，从而提升新能源机组的发电量。太阳能电池板光伏系统的发电量大小除了与电池板功率和运行状况有关外，还与能量的转换效率有关。因此，太阳能光伏组件阵列的安装方式对太阳能发电系统的效率影响极大。传统的太阳能光伏组件大都采用固定式安装，即电池板固定在某个角度，不随太阳位置的变化而变化，导致严重影响转换效率。据测算，如光伏系统与太阳光角度存在25的偏差，就会因垂直射入的辐射能减少而使光伏阵列的输出功率下降10%左右。因此，可采用双轴跟踪系统以主动式跟踪控制策略，通过计算得出太阳在天空中的方位，控制光伏阵列朝向。中国电力行业低碳转型背景发电企业转型路径及数字化解决方案技术与平台赋能发电企业数字化转型结语20|中国发电企业碳中和数字转型白皮书电力市场现货交易随着电力市场的改革与进步，新能源电力的市场化交易也进入了新的发展时期。2021年5月，国家发改委、国家能源局发布的关于进一步做好电力现货市场建设试点工作的通知提出，要引导新能源项目10%的预计当期电量通过市场化交易竞争上网，市场化交易部分可不计入全生命周期保障收购小时数。此次改革是国家层面首次确认可再生能源参加现货市场交易。在首批电力现货市场试点中，部分省份对可再生能源项目参与市场交易进行了大规模开放。以甘肃省为例，根据甘肃省工信厅2021年发电量安排专题会议的要求，2021年甘肃省风电、光伏保障性消纳电量总计13.7TWh，同年甘肃省新能源最大发电能力目标在41.5T