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近(jin)日，各地已經(jing)輪番上演(yan)高溫、暴雨、冰雹、洪水的(de)(de)極(ji)端(duan)天氣。極(ji)端(duan)天氣的(de)(de)頻發，也讓(rang)越(yue)來越(yue)多的(de)(de)人感(gan)受(shou)到(dao)溫室效應帶來的(de)(de)危害(hai)。

為(wei)(wei)了應對全球(qiu)變暖，選(xuan)擇碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)和(he)之路已經成為(wei)(wei)許多國家的(de)共識。在(zai)雙(shuang)碳(tan)(tan)(tan)戰(zhan)略背景下，我們知道開發可再生的(de)清潔(jie)能源(yuan)是重(zhong)中(zhong)之重(zhong)。畢竟在(zai)人(ren)類高碳(tan)(tan)(tan)排(pai)的(de)活動(dong)(dong)中(zhong)，幾乎(hu)四分之三的(de)碳(tan)(tan)(tan)排(pai)來源(yuan)于能源(yuan)的(de)消耗。在(zai)發展風光水(shui)電等資(zi)源(yuan)的(de)過程中(zhong)，可再生能源(yuan)的(de)并(bing)網是關(guan)鍵。因為(wei)(wei)可再生能源(yuan)顯(xian)著的(de)間歇性(xing)和(he)強隨機波動(dong)(dong)性(xing)，接入大電網后(hou)，給系統帶來了強烈的(de)波動(dong)(dong)，影響(xiang)電網的(de)穩定與安全。

在(zai)解決(jue)清潔(jie)能源并網(wang)的(de)(de)有效(xiao)措施中，儲能和(he)虛擬電(dian)廠是其(qi)中有效(xiao)的(de)(de)方式，腦極體在(zai)之前的(de)(de)虛擬電(dian)廠和(he)儲能勢動的(de)(de)文(wen)章(zhang)都有詳細的(de)(de)介紹過，除此(ci)之外，運用(yong)仿真模擬的(de)(de)數(shu)字孿生技術映射并網(wang)也成(cheng)為重要的(de)(de)舉措。今天就(jiu)和(he)大(da)伙兒掰(bai)扯掰(bai)扯其(qi)在(zai)能源電(dian)網(wang)中的(de)(de)應(ying)用(yong)、價值與瓶頸。

光伏仿真模擬正當時

從能源(yuan)側的角度來(lai)看，以清(qing)潔能源(yuan)光伏(fu)發(fa)電(dian)舉例來(lai)說，其(qi)全(quan)(quan)生命周期都(dou)需要嚴(yan)格(ge)的安全(quan)(quan)生產管理(li)，因(yin)此在能源(yuan)生產到(dao)傳輸(shu)的全(quan)(quan)路徑都(dou)需要安全(quan)(quan)可控的技(ji)術(shu)來(lai)管理(li)全(quan)(quan)部(bu)的流程。以“數字(zi)孿(luan)生”技(ji)術(shu)為主(zhu)，基于豐富的數據(ju)為核心(xin)，可以對電(dian)力(li)從預測(ce)、生產到(dao)傳輸(shu)的流程全(quan)(quan)部(bu)監管。

在光伏發電設備中，具體來看，仿真模擬的數字孿(luan)生技術主要(yao)從狀態(tai)的診(zhen)斷、生產調(diao)試(shi)、運行分(fen)析、安(an)全控制等幾個核心(xin)層面展開。

在光伏(fu)發(fa)電過程中，光伏(fu)太陽板的(de)位置、角度、光照(zhao)、風速等變(bian)(bian)化(hua)，會影響(xiang)太陽能(neng)發(fa)電功率的(de)變(bian)(bian)化(hua)，如果能(neng)夠根據仿真模擬的(de)技術提前預測(ce)發(fa)電功率進行調配(pei)的(de)話，可(ke)以很好(hao)地解決電網配(pei)平的(de)問題。只(zhi)有能(neng)源端(duan)發(fa)電側預測(ce)準確及時，才能(neng)給下(xia)游輸送端(duan)留出足(zu)夠時間調配(pei)儲能(neng)額度。

與此同時，光伏發(fa)電(dian)站(zhan)也被(bei)要求需要每隔一段(duan)時間(jian)報告(gao)預(yu)估的(de)發(fa)電(dian)功率(lv)，因此仿真(zhen)模擬的(de)預(yu)測(ce)(ce)功能是各(ge)大(da)光伏發(fa)電(dian)站(zhan)的(de)必需。此前(qian)在光伏發(fa)電(dian)的(de)預(yu)測(ce)(ce)功能方面，業內人士采用的(de)是算(suan)法預(yu)測(ce)(ce)的(de)方式，但因為(wei)算(suan)法模擬的(de)“黑(hei)箱(xiang)”特性與一些突(tu)發(fa)的(de)天氣影(ying)響(xiang)因素(su)等無法應用算(suan)法準(zhun)確的(de)模擬，應用算(suan)法來(lai)預(yu)測(ce)(ce)的(de)方式逐漸(jian)被(bei)數字孿生的(de)技術思路代替。

數字孿生技(ji)術可(ke)以1：1還原整座光伏發電(dian)站的形態、結(jie)構和地理(li)位置，然后通過輸入外部參數變化（如風速、溫度和天(tian)氣狀(zhuang)況(kuang)），使用物(wu)理(li)仿(fang)真(zhen)模(mo)型，對現實(shi)世界(jie)的電(dian)站運行情況(kuang)實(shi)時模(mo)擬，提前做(zuo)出預判。

因為數字孿(luan)生技(ji)術在工業(ye)、智(zhi)慧城市、智(zhi)慧建筑等領域的成功應用，因此在清潔能源(yuan)領域中的應用也(ye)讓許多業(ye)內人(ren)士(shi)期(qi)待。目前整個(ge)行業(ye)內可以提供光伏(fu)預測(ce)技(ji)術的服務企業(ye)屈指可數，國(guo)外以Solargis為主(zhu)的幾個(ge)少(shao)數企業(ye)比(bi)較知(zhi)名，而國(guo)內目前的狀(zhuang)況也(ye)是(shi)以幾個(ge)零星的初創企業(ye)摸(mo)索為主(zhu)，處于(yu)卡脖子的空白。

光伏(fu)預(yu)測(ce)的(de)(de)難度(du)(du)高(gao)(gao)主要(yao)原因(yin)則是光伏(fu)仿真模(mo)(mo)擬對(dui)于氣(qi)象數據(ju)的(de)(de)要(yao)求較(jiao)高(gao)(gao)，并且融合的(de)(de)數據(ju)相(xiang)關(guan)度(du)(du)不高(gao)(gao)，如太陽光、氣(qi)象物理、地形地貌等參數不相(xiang)關(guan)，并且氣(qi)象數據(ju)偶發的(de)(de)頻次不低，對(dui)于預(yu)測(ce)的(de)(de)準確度(du)(du)也(ye)有影(ying)響。如果想要(yao)提高(gao)(gao)各(ge)類模(mo)(mo)型(xing)互相(xiang)耦合后的(de)(de)精度(du)(du)，則對(dui)復合型(xing)人才(cai)以及專家型(xing)人才(cai)的(de)(de)協同提出高(gao)(gao)要(yao)求。光伏(fu)仿真模(mo)(mo)擬領域的(de)(de)專業壁(bi)壘較(jiao)高(gao)(gao)也(ye)就不難理解(jie)。

隨著數(shu)字孿生(sheng)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)不(bu)斷落地與(yu)持續演(yan)進，對(dui)于光伏市(shi)場的(de)(de)擴(kuo)增與(yu)裝機(ji)量的(de)(de)不(bu)斷提升，光伏仿(fang)真(zhen)模擬正在“發(fa)光”并成(cheng)為國內(nei)企(qi)業開始爭(zheng)相(xiang)布局的(de)(de)領域，不(bu)僅(jin)是因為潛在的(de)(de)市(shi)場規模與(yu)商業機(ji)遇(yu)，從(cong)數(shu)據安全的(de)(de)角(jiao)度來看，因為牽扯的(de)(de)國土(tu)資源、氣象等核(he)心數(shu)據，國產化的(de)(de)仿(fang)真(zhen)數(shu)字孿生(sheng)技(ji)術(shu)(shu)發(fa)展(zhan)正當時。

數字孿生：纏繞的“勒頸線”

光伏仿(fang)真(zhen)模(mo)擬(ni)(ni)是典型(xing)的數字孿(luan)生在能(neng)源生產階段的場(chang)景應用，數字孿(luan)生通過建立虛(xu)擬(ni)(ni)映(ying)射的仿(fang)真(zhen)模(mo)型(xing)，實時對光伏發(fa)(fa)電(dian)站的運(yun)行(xing)(xing)狀態(tai)和運(yun)行(xing)(xing)環境等進行(xing)(xing)監控和模(mo)擬(ni)(ni)仿(fang)真(zhen)運(yun)行(xing)(xing)，及時制(zhi)定生產機組(zu)的最優(you)運(yun)行(xing)(xing)策略(lve)，不僅(jin)獲取更高的發(fa)(fa)電(dian)功率，也能(neng)夠提前預測發(fa)(fa)電(dian)功率進行(xing)(xing)并網的調優(you)。

在(zai)能(neng)源的(de)傳(chuan)輸(shu)(shu)側，數(shu)字(zi)孿生可(ke)以(yi)(yi)把(ba)控傳(chuan)輸(shu)(shu)過(guo)程的(de)安全與優化(hua)能(neng)力，例如對于電(dian)(dian)纜(lan)設(she)備可(ke)以(yi)(yi)進行(xing)映射建模，通(tong)過(guo)輸(shu)(shu)入(ru)的(de)參數(shu)與數(shu)據，對輸(shu)(shu)電(dian)(dian)設(she)備的(de)運(yun)行(xing)狀況和(he)各節點的(de)負(fu)荷狀況進行(xing)監測，通(tong)過(guo)大數(shu)據和(he)智能(neng)算(suan)法實時監控電(dian)(dian)網(wang)并及時對電(dian)(dian)網(wang)可(ke)能(neng)出(chu)現的(de)問題(ti)進行(xing)預警，方便管(guan)(guan)理人員(yuan)的(de)監管(guan)(guan)，以(yi)(yi)提(ti)高電(dian)(dian)纜(lan)設(she)備的(de)運(yun)行(xing)性能(neng)，增加(jia)設(she)備的(de)使用壽(shou)命。

在(zai)能源(yuan)(yuan)的分配側，數(shu)字(zi)孿(luan)(luan)生(sheng)可以(yi)針對能源(yuan)(yuan)分配環節存在(zai)的大量變電(dian)設(she)備(bei)，采(cai)用映(ying)射(she)的方(fang)式將設(she)備(bei)虛擬(ni)化，在(zai)智能安全監(jian)測設(she)備(bei)的輔助下，實現(xian)海量數(shu)據與物理設(she)備(bei)的關聯映(ying)射(she)，在(zai)可視化平臺進(jin)行(xing)實時展(zhan)現(xian)，形成數(shu)字(zi)孿(luan)(luan)生(sheng)變電(dian)站(zhan)，提升(sheng)能源(yuan)(yuan)分配的經濟性和安全性。

數字(zi)孿(luan)生(sheng)(sheng)(sheng)技(ji)術(shu)在能源領(ling)域的(de)全生(sheng)(sheng)(sheng)命階段都可以深度的(de)參與(yu)，提高可控性與(yu)安全生(sheng)(sheng)(sheng)產，不過數字(zi)孿(luan)生(sheng)(sheng)(sheng)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用發展仍(reng)然存在“勒頸”挑戰。

對于數(shu)字孿生(sheng)來(lai)(lai)說(shuo)(shuo)，核心(xin)的(de)(de)是數(shu)據，數(shu)據的(de)(de)來(lai)(lai)源是否豐(feng)富、準確等(deng)，都(dou)對模擬的(de)(de)結果(guo)(guo)影(ying)響(xiang)較大(da)。拿(na)國外的(de)(de)Solargis企業來(lai)(lai)說(shuo)(shuo)，其光伏(fu)發(fa)電(dian)的(de)(de)評估模型工具都(dou)是與(yu)頂(ding)級的(de)(de)實驗室、光伏(fu)產(chan)業常年研究協(xie)作的(de)(de)成果(guo)(guo)，積(ji)累了幾十年的(de)(de)氣候(hou)與(yu)光伏(fu)廠商的(de)(de)數(shu)據。對于想要布局的(de)(de)企業來(lai)(lai)說(shuo)(shuo)，在數(shu)據領域是否能(neng)夠獲得準確豐(feng)富的(de)(de)數(shu)據也是考驗。

數(shu)據與技(ji)術融合的(de)(de)過程困難。數(shu)字(zi)(zi)孿生技(ji)術涉及(ji)采集的(de)(de)不(bu)同(tong)種類數(shu)據眾多，在仿(fang)(fang)真建模(mo)的(de)(de)過程中(zhong)，如何協調不(bu)相(xiang)關數(shu)據之間(jian)的(de)(de)耦合，也比較困難。與此同(tong)時(shi)數(shu)字(zi)(zi)孿生涉及(ji)的(de)(de)技(ji)術包括(kuo)5G、物聯網技(ji)術、云(yun)計算、模(mo)擬(ni)仿(fang)(fang)真技(ji)術、AI技(ji)術等，這些技(ji)術的(de)(de)協同(tong)發展并不(bu)成熟，并且數(shu)字(zi)(zi)孿生后的(de)(de)平臺模(mo)型標(biao)準化滯后。

建模(mo)(mo)仿(fang)真的技(ji)術有待(dai)突破，對于建模(mo)(mo)仿(fang)真技(ji)術中(zhong)的理(li)論(lun)方法和(he)關鍵技(ji)術需(xu)要提升(sheng)，因(yin)為數字(zi)孿生涉及的數據(ju)、參數眾多(duo)，需(xu)要結合不同(tong)類型的數據(ju)如氣(qi)象、地(di)形、季(ji)節(jie)等，對于仿(fang)真模(mo)(mo)擬計算(suan)的模(mo)(mo)型擬合難(nan)度要求也較高，耦合出較為精(jing)(jing)準的模(mo)(mo)型比較困難(nan)。再(zai)加上可再(zai)生清潔能源(yuan)的間歇(xie)性特性如季(ji)節(jie)、氣(qi)候等影響(xiang)，數據(ju)的波動幅度大(da)，合成(cheng)精(jing)(jing)度較高有效的模(mo)(mo)型較為困難(nan)。

無論是數(shu)據驅動(dong)還是數(shu)據+模型的驅動(dong)，都對孿生數(shu)字技(ji)術在能源領域的應(ying)用提(ti)出(chu)了(le)較高的要(yao)求(qiu)，正在發展初(chu)期(qi)的技(ji)術需要(yao)時間與具體場景(jing)長(chang)久的打磨，才能提(ti)升，不過正是因為(wei)技(ji)術的壁壘與發展的機遇(yu)，也(ye)為(wei)參(can)與的企業帶來(lai)了(le)廣闊的發展空間。

“映射”可持續的未來

我(wo)們知道在碳中和的(de)(de)目標背景(jing)下，可再生能源(yuan)(yuan)(yuan)風、光(guang)、水等在電力(li)系(xi)統中的(de)(de)重要(yao)性(xing)逐漸提高，也是能源(yuan)(yuan)(yuan)變革(ge)中實現雙碳目標的(de)(de)必(bi)要(yao)途(tu)徑。據南方電網2021年(nian)的(de)(de)預測，到(dao)2030和2060年(nian)，中國風光(guang)新能源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)發電量占比將分別達(da)到(dao)25%和60%。這也意味著接入大電網中的(de)(de)新能源(yuan)(yuan)(yuan)電力(li)越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多，構建智慧(hui)能源(yuan)(yuan)(yuan)生態系(xi)統成為我(wo)國能源(yuan)(yuan)(yuan)行業的(de)(de)發展趨勢(shi)。

而融(rong)合物聯網(wang)技(ji)術(shu)、5G通(tong)信技(ji)術(shu)、大數(shu)據分(fen)析技(ji)術(shu)、高性能計算技(ji)術(shu)和先進仿(fang)真分(fen)析技(ji)術(shu)的(de)(de)數(shu)字孿生技(ji)術(shu)體系(xi)，成為解(jie)決電(dian)(dian)網(wang)并網(wang)與智慧能源(yuan)(yuan)發(fa)展的(de)(de)關鍵。數(shu)字孿生結合儲能設備，虛擬電(dian)(dian)廠等技(ji)術(shu)可為電(dian)(dian)網(wang)提(ti)供安(an)全、發(fa)電(dian)(dian)效率的(de)(de)提(ti)升，也能夠為并入大電(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)調頻、調峰(feng)等輔助服務，實現電(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)削峰(feng)填谷，促進新能源(yuan)(yuan)的(de)(de)綠色數(shu)智化轉型。

雖然(ran)目前數字孿生(sheng)在(zai)電(dian)網領域的應用場景還主(zhu)要(yao)以(yi)單點的示范(fan)工程為主(zhu)，應用的場景較少，智能化(hua)水平也(ye)較低。但(dan)是隨著雙碳東風(feng)的大勢，以(yi)及配套前沿技術如物聯網、云計(ji)算、AI等技術的深(shen)度融(rong)合，長遠來(lai)看，數字孿生(sheng)在(zai)電(dian)網領域的建設也(ye)會取得質的突破。

未來整個(ge)(ge)電力系統，從能(neng)(neng)(neng)源生(sheng)(sheng)產側到應用(yong)側，都會(hui)迎來較大(da)的(de)(de)改革(ge)，可(ke)能(neng)(neng)(neng)未來的(de)(de)電網(wang)(wang)中每一(yi)(yi)臺(tai)設(she)備都會(hui)接入到數(shu)(shu)字(zi)孿生(sheng)(sheng)中，能(neng)(neng)(neng)夠(gou)準確滿足精細(xi)化管(guan)理的(de)(de)需求，映射仿真的(de)(de)顆粒度(du)會(hui)越來越細(xi)，朝(chao)著(zhu)精細(xi)化挺(ting)進；系統化的(de)(de)發(fa)展也(ye)是(shi)數(shu)(shu)字(zi)孿生(sheng)(sheng)電網(wang)(wang)的(de)(de)另一(yi)(yi)個(ge)(ge)發(fa)展趨勢，以往碎片式的(de)(de)構(gou)筑應用(yong)方式，也(ye)會(hui)隨著(zhu)顆粒度(du)的(de)(de)變化，部件設(she)備功(gong)能(neng)(neng)(neng)模塊化的(de)(de)整合，可(ke)以區域級的(de)(de)響應與調控，滿足實時狀態的(de)(de)把(ba)控；而隨著(zhu)AI技(ji)術、邊緣技(ji)術、云計(ji)算等發(fa)展，數(shu)(shu)字(zi)孿生(sheng)(sheng)的(de)(de)電網(wang)(wang)智(zhi)能(neng)(neng)(neng)化水(shui)平也(ye)會(hui)大(da)幅(fu)提高，不僅可(ke)以預(yu)估各類(lei)警報信息(xi)，也(ye)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)提前(qian)做出(chu)措施以應對，提升整個(ge)(ge)電力能(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)穩定與經(jing)濟運行。

在(zai)大電網(wang)的(de)(de)并(bing)(bing)網(wang)挑戰中，數字(zi)孿生(sheng)、儲能等都是有效的(de)(de)措施(shi)，并(bing)(bing)且在(zai)電網(wang)的(de)(de)規劃、建設(she)、運營等過程會發揮(hui)關鍵的(de)(de)支撐作用。數字(zi)孿生(sheng)電網(wang)的(de)(de)應(ying)用升級，最終也會對數字(zi)孿生(sheng)在(zai)智(zhi)慧城市、智(zhi)慧交通、智(zhi)慧樓宇等領(ling)域的(de)(de)發展(zhan)提供技術的(de)(de)支撐。這些平行領(ling)域之間技術互相遷移與應(ying)用，共同構筑(zhu)著未來我們數字(zi)生(sheng)活(huo)的(de)(de)智(zhi)能化、綠色(se)化發展(zhan)。

雙碳(tan)為(wei)千行百業(ye)帶(dai)來(lai)(lai)的(de)不(bu)僅是商業(ye)的(de)機(ji)遇與挑戰，也為(wei)能源結構的(de)變革、產(chan)業(ye)數智技術(shu)空間的(de)躍(yue)升帶(dai)來(lai)(lai)質變。從前，我們一直強調的(de)是各(ge)行各(ge)業(ye)乘著雙碳(tan)的(de)東風有了發展的(de)機(ji)遇，現在，深入(ru)能源領域的(de)深處，我們會發現產(chan)業(ye)與雙碳(tan)戰略也是一場互相成就的(de)相遇，各(ge)自(zi)為(wei)對方(fang)帶(dai)來(lai)(lai)前所未(wei)(wei)有的(de)改變，而這些變化(hua)也會深入(ru)到所有細碎(sui)的(de)日常(chang)中(zhong)，為(wei)未(wei)(wei)來(lai)(lai)披上可持續的(de)“綠(lv)罩袍”。