摘要：區塊鏈技術作為一種新的數據庫技術，可增加能源互聯網中多利益主體的相互信任，其去中心化、公開、透明等特性與能源互聯網的理念相符，并且在能源領域獲得了越來越多的關注。虛擬電廠是一種通過先進信息通信技術和軟件系統，實現DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等DER的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統，在歐美國家已經相當的成熟。在解決由新能源的分散性所帶來的發電量不可控的問題上，利用信息技術可以將分散的新能源發電單元協調組織起來，形成一個大型的虛擬電場。

01全球能源數字化技術發展態勢

當前，新一輪科技革命和產業革命加速興起，“大云物智移鏈”等數字化技術與能源產業有機相融，成為引領能源產業變革、實現創新驅動發展的源動力。目前，世界各國紛紛采取措施，推動數字化進程，將大數據分析及機器學習、區塊鏈、分布式能源管理和云計算等數字技術，應用到能源生產、輸送、交易、消費及監管等各個環節。能源和資源數字化后，將得以智能化分配，并明確如何能夠在合適的時間、合適的地點以最低的成本提供能源，效率得到大幅提升。

根據IEA《數字化和能源》預測，數字技術的大規模應用將使油氣生產成本減少10%～20%，使全球油氣技術可采儲量提高5%，頁巖氣有望獲得最大收益。僅在歐盟，增加存儲和數字化需求響應就可以在2040年將太陽能光伏發電和風力發電的棄電率從7%降至1.6%，從而到2040年避免3000萬噸二氧化碳排放。與此同時，數字化還可以使碳捕獲和儲存等特定的清潔能源技術受益。

2018年全球能源數字化技術涵蓋了油氣勘探開發、加工、運輸、儲存，能源分配，廢物利用、能源貿易等環節，這些技術達到了優化生產、提高能源供應可靠性和提升能源安全性的目的。

2018年全球能源領域數字技術的應用情況


數字化可以管理更復雜的能源系統，有助于開發各種新技術。數字化是能源的發展趨勢，未來規模更大。根據彭博新能源財經（BNEF）的數據，數字技術在能源領域應用廣泛，2017年的市場規模達到520億美元，約占全球數字技術應用市場的44%。在這520億美元中，有46%（240億美元）用于化石能源電廠的運行管理（如傳感器、數字采集和解析以提高電廠效率），35%用于智能電表（180億美元）。從現在起到2025年，能源數字技術的智能化會發生重大轉變，預計到2025年，全球能源領域的數字化市場規模將增長到640億美元，該數字技術應用包括大數據、機器學習/人工智能、云計算、區塊鏈等。其中，電網自動化預計將占100億美元，家庭用能系統的規模也將達到110億美元，超過風電光伏運行以及間歇性接入60億美元的市場規模。

02國外能源數字化技術典型應用

隨著大數據與人工智能、區塊鏈、物聯網和信息通信等技術在能源領域的深入應用，全球能源領域的科技創新不斷涌現，實踐應用變得更加多元化，本文精選了國外能源數字化技術的典型應用及案例，供參考。

（一）大數據與人工智能實現智能分析與運營

大數據與人工智能可以實現能源流的智能分析與管理，通過收集大量有關天氣、環境、大氣條件以及新能源電站和電網運行情況的數據建立預測模型，解決能源流的預測和管理問題，確保供需始終處于均衡狀態，以便實時匹配空間和時間的需求變化。在歐美國家，一些大數據公司已經將電力企業大量、龐雜、無序的智能儀表數據與天氣數據、建筑物信息等結合起來，經過深度分析挖掘后，實現商業智能分析，從而輔助管理人員進行決策，對生產業務進行智能調控。德國E.ON電力公司基于大數據技術實現實時用電查詢，除了能夠監測電網狀態和測量用戶用電，還可將歷史24個月電表數據存儲并加密保護，提供實時用電消費計算及實時查詢。英國國家電網公司完成了基于大數據技術測量設備資產信息、設備運行數據、天氣信息、腐蝕速率等相關信息，并實現資產戰略管理。加拿大BCHydro公司基于大數據的用戶行為分析，實現了實時用電消費計算及呈現，客戶用電模式分析及呈現，用電斷供通知以及快速恢復，竊電檢測及節能管理。

目前，具備信息物理系統的智能裝備、智慧工廠等智能制造正在引領能源領域制造方式的變革。其中，通過智慧電廠的建設可以建立現代能源電力系統，實現安全、高效、綠色、低碳的發電，其特點表現為生產過程可以自主優化，相關系統能夠采集、分析、判斷和規劃自身行為，智能地在線動態優化配置設備及其參數。例如以色列初創公司Raycatch利用人工智能技術進行太陽能發電廠的管理與運營。該公司推出了基于AI的診斷和優化解決方案，可獲取并分析太陽能發電廠所有的生產數據，并對日常管理進行優化和指導。該公司目前在全球范圍內管理著約1吉瓦的光伏項目，覆蓋35000個逆變器和400萬塊控制面板，客戶包括Enlight、ARAVA POWER、EDF、通用電氣等大型公司。

（二）區塊鏈技術實現資源共享

區塊鏈技術作為一種新的數據庫技術，可增加能源互聯網中多利益主體的相互信任，其去中心化、公開、透明等特性與能源互聯網的理念相符，并且在能源領域獲得了越來越多的關注。根據美國能源咨詢公司Indigo Advisory的統計數據，在能源領域使用區塊鏈技術的案例總數已超過100個，其中40%為分布式發電，20%為電網管理和電動汽車充電，另外10%為能源基礎設施和物聯網設備的連接。分布式能源共享模式是目前區塊鏈在能源行業的主要應用場景，區塊鏈的去中心化和分布式特點，可以大幅度降低電力的交易成本，提升交易效率，同時為社區、城市及其他地區的能源交易奠定基礎。

瑞典國營電力公司大瀑布電力（VattenFall）投資了荷蘭阿姆斯特丹的初創公司（PowerPeers），在當地構建數字化、互動式的能源區塊鏈平臺，PowerPeers不僅可以通過連接荷蘭數家太陽能、風力與水力發電企業，讓社區的住戶自由選擇電力供給渠道，組成自己的能源社區；同時可以讓社區的住戶分享或交易他們多余的太陽能電力。也就是說，PowerPeers的區塊鏈平臺并不只是讓住戶直接進行電力的交易，還能夠強化使用者之間的交流，透過PowerPeers，消費者可以輕松的邀請他人來使用自己生產的電力，消費者可以自由的選擇要購買哪些人的電力，同時他自己也可以成為一個生產者。

另外一個是基于區塊鏈生態系統的充電樁共享經濟模式，這種模式能夠解決多家充電公司支付協議復雜、支付方式不統一、充電樁相對稀缺、充電費用計量不精準等問題。該區塊鏈的組成節點包括多個運營商運營的充電樁、交易平臺、運營商節點和充電車輛。例如德國能源巨頭Innogy和物聯網平臺企業Slock.it合作推出基于區塊鏈的電動汽車點對點充電項目。用戶無需與電力公司簽訂任何供電合同，只需在智能手機上安裝Share&Charge APP，并完成用戶驗證，即可在Innogy廣布歐洲的充電樁上進行充電，電價由后臺程序自動根據當時與當地的電網負荷情況實時確定。由于采用了區塊鏈技術，整個充電和電價優化過程是完全可追溯和可查詢的，因此極大地降低了信任成本。需要充電時，從APP中找到附近可用的充電站，按照智能合約中的價格付款給充電站主人。不過，這種收費方式目前還沒有得到普及，即使在德國，以太坊錢包只是一部分人的選擇。

（三）物聯網技術實現智能設備互聯、聯通

華為預測，到2025年，物聯網設備的數量將接近1000億個，每小時將有200萬個傳感器被部署；且55%的物聯網應用將集中在工商業領域，如智能電網、智能制造、智慧城市等。

當前物聯網在能源行業的應用主要集中在智能電網、智能家居、智慧能源管理系統、智能合約（智能電表）和智慧能源環保等方面。而智能電表是物聯網流行的應用之一，可以實現遠程抄表、監測，提升利用效率，減少能源損耗等?？梢怨澥∵\營成本，能夠快速、準確地收集電力消耗的數據。

歐盟委員會提出，到2020年，歐洲80%的家庭必須安裝智能電表。美國、德國等發達國家正在積極安裝智能電表，這是因為智能電表的部署將改善向消費者提供的公用事業服務，同時也將幫助政府實現能效目標并減少碳排放。“德國高科技策略”2006年頒布并實施，然而這一政策不斷更新變化。德國智能基礎設施的大規模發展始于2016年，當時采用的德國能源數字化法案，其主要目的是向分布式數字電網過渡。2014年，德國聯邦經濟和能源部計算出，使用智能電網可以將該國的電力傳輸成本降低40%。

日本東京電力公司委托瑞士電表廠商Landis+Gyr架設的智能電網已是目前全世界規模最大的公用事業物聯網工程，這項電網工程預定于2020年完工。負責架設東京電力公司智能電網工程的Landis+Gyr目前已完成1000萬套智能電表與裝置的安裝。當電網部署完成后，將涵蓋超過2700萬套電表以及其他物聯網裝置。這套電網系統使用了Landis+Gyr的IPv6多重技術網絡，并透過RFMesh、G3PLC以及蜂巢式網絡通訊技術所提供的Wi-SUN聯機，連接公用事業及消費者裝置。目前東京電力公司智能電網每天可傳輸5.13億筆讀取數據，并且還在向13億筆的目標邁進，而這所有的信息都會通過Landis+Gyr的前端（head-end）系統以及電網數據管理解決方案進行處理。

（四）信息通信技術實現分散電源的協調和管理

虛擬電廠是一種通過先進信息通信技術和軟件系統，實現DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等DER的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統，在歐美國家已經相當的成熟。

基于虛擬電廠的理論研究，國外相繼開展了一系列虛擬電廠工程示范項目。2005～2009年，在歐盟第6框架計劃下，由來自歐盟8個國家的20個研究機構和組織合作實施和開展了FENIX項目，旨在將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠并使未來歐盟的供電系統具有更高的穩定性、安全性和可持續性。

在解決由新能源的分散性所帶來的發電量不可控的問題上，利用信息技術可以將分散的新能源發電單元協調組織起來，形成一個大型的虛擬電場。德國初創公司Next Kraftwerke運營著一個集中控制的“虛擬發電廠”，目前已經接入4000多個新能源發電單元，總體發電功率已經達到2.7吉瓦，相當于幾個核電站。其運行模式是在每個發電單元上安裝一個叫作“Next Box”的通信和控制組件，Next Box通過一個專門的加密GPRS（通用分組無線服務）信道與中央服務器相連，一方面將發電單元的實時數據傳送到中央服務器，另一方面接收服務器的控制指令，這樣就可以對電網以及電力市場進行實時響應。2017年Next公司三分之一的股份被荷蘭公用事業公司Eneco收購。Eneco公司正在為虛擬發電廠開發家用電池網絡，采用CrowdNett家用電池產品平臺，此平臺可以作為一個基于云計算的虛擬電廠管理系統，該系統可以將其太陽能優化器和逆變器機群變成分布式能源控制平臺的節點。

03結語

近年來，移動互聯網、大數據、云計算、物聯網等數字信息技術得到迅猛發展，能源數字技術成為引領能源產業變革、實現創新驅動發展的源動力，綜觀國際能源數字化格局，能源將逐步向低碳化、清潔化、分散化和智能化轉型。對此，歐盟、美國、日本都提出了高比例發展非化石能源的戰略目標，大力發展低碳能源領域的新材料、新工藝、新技術，特別是與信息技術與數字技術的深度融合，搶占未來能源科技的戰略制高點。例如在歐盟科研創新資助計劃“地平線2020”2018～2020年度支出方案中，“低碳和適應氣候變化的未來”領域將獲33億歐元預算，按年度工作計劃，可再生能源、能效建筑、電動運輸和儲存方案4個清潔能源領域的項目將獲22億歐元撥款。英國投入2800萬英鎊資助可再生能源創新、低碳工業創新、核能創新等能源創新項目，作為能源創新計劃(2016～2021年)的一部分。

隨著數字化技術與能源行業的高度融合，能源發展也日趨分散化和智能化。智能化發展可以基于海量大數據分析和人工智能為能源行業提供技術、經驗和有價值的信息，大幅提高能源各領域的效率、降低成本，提高能源行業的競爭力。例如，在石油勘探領域智能機器人的應用，將解禁全球之前大量無法開采或者高成本開采的油氣田，全球能源可開采量將發生巨大變化。同時，智能化電網系統的應用發展將可以實現對電力系統實時監測、分析、分配和決策等，實現電力分配、使用的效率最大化。

此外，分布式能源具有利用效率高、環境負面影響小、經濟效益好以及功能可靠性高等特點，是未來能源發展的重要方向，將在電力系統轉型發展中發揮重要的作用。特別是發展移動（或固定）分布式的低碳能源網絡，如建筑、人、車、包等既是能源的消耗者，又可成為能源的生產者，與集中式的智能能源網（集成電、熱、冷、水、氣象網）結合并互動，以大數據等信息技術管理，實現橫向的多能互補與縱向的“源—網—荷—儲—用”優化結合，提供多樣化的電能服務并提高能源利用的綜合效率。