以数字化技术赋能，助力电气化，迈向净零排放的创新之路

竺建敏博士 2022-11-10

美国能源信息署预测，随着可再生能源的增长，2050年全球能耗将增长近50%，受机动车辆转向电动汽车和工业电气化的推动，电力需求将在同一时期内增长75-100%。预计可再生能源可满足大部分的需求增长。由于太阳能和风能等大部分可再生能源将会在远离人口中心的地方发电，这意味着需扩大容量并提高传输系统的弹性。不过，在扩展和灵活部署配电系统的同时，还要关注网络安全。

文/艾斯本行业营销高级总监Ron Beck艾斯本解决方案专家顾问竺建敏博士

推动变革的关键因素是数字技术，它对实现电气化至关重要。因为从化石燃料系统到电力系统的转变将推动现有以及未来电力基础设施的变革，包括新的微电网和工业场地的自发电。用于电力管理的数字解决方案可管理复杂的电力需求，促进网络安全，整合高级分析和人工智能，以自动确保可靠性，并灵活地实现分布式、松散耦合的微电网。

缓解日益增长的能源需求并减少排放

麦肯锡的数据显示，2019年温室气体（二氧化碳和甲烷）排放的三大来源分别是发电（30%）、工业（20%）和交通运输（19%），主要来自化石燃料的燃烧。2022年1月，一份题为《净零排放转型：成本和效益》的报告重点探讨了发电商和工业界优先投资于可再生、低碳能源的机会以及工业流程的电气化。因此，为实现脱碳目标，重工业实施电气化改革所带来的电力增长要比交通运输行业高出50%。

为缓解不断增长的全球能源需求，提高能效势在必行。数字技术将促进能效提升10%-20%。为支持净零目标，资本密集型行业正在努力实现能源生产和工艺用热的电气化，同时确保发电符合行业内部制定的可持续性倡议。

同时，在最具挑战性的经济区和工业部门，碳交易和碳税减排政策使企业能够获得适当的资金用于脱碳投资。对可再生能源和智能电网的投资与碳交易相辅相成。凭借支持分布式发电源和电网的数字解决方案，我们可成功追踪从可再生资源到工业最终用途的碳排放情况，而到后面，通过互补的质量平衡解决方案，我们可计算和追踪利用可再生能源生产的成品的碳强度。

到2050年，化石燃料仍将是全球能源的重要来源。同时，碳捕集、利用和存储（CCUS）也将发挥越来越重要的作用。除此之外，电气化也是推动减少碳排放的关键因素。由于新投资几乎全部用于低碳电力来源，加之能源密集型工厂中传统的二氧化碳排放设施和流程需进行改造和更换，包括炼油装置、大宗化学品和铝等金属，因此电气化的作用将日益凸显。这种投资的转变将催生新一代数字解决方案，以满足对电气化日益增长的需求。

将挑战转化为机遇

随着分布式电力资源的发展，电网将需要适应快速扩展和发展的分布式电力生产、存储和消费模式；新的数字软件则需同步满足发电系统的创新需求。

电网需要在现有容量的基础上稳步扩展并升级结构，以消除单点故障，并适应分布式可再生能源的动态特性。传统电网升级成本高昂，而且也缺少常用的输配电管理数字解决方案。在设计解决方案的底层架构时，必须考虑人工智能解决方案的普及，以进一步优化和保护电网。

随着配电系统越来越复杂，传统的可靠性和故障预防管理方法可能不再适用。基于先进数据分析和人工智能的数字技术将帮助运营商快速有效地应对不同系统的情况。成功的数字管理系统能让客户细致、直观、全面地了解配电网络的运营情况。

随着数字技术的进步，利用分布式电源获利正在成为人们关注的焦点。这也使得配电公司能够从分布式电源和存储的运营、优化、维护和定价中盈利。随着汽车电池容量和性能的提升，移动网络可作为连接电网的存储元素为企业创造收益。

在网络安全方面，可以选择在满足标准、快速反应和为电力供应商更新系统方面有丰富经验的软件供应商。

微电网已成为填补区域空白的重要投资领域，同时可满足大型电力用户、社区和地方的需求，并提高其可靠性和安全性。有效的数字解决方案有助于微电网的高效、优化发展和与区域电网的整合，并以更连贯、更智能的方式发展，通过积极创新和采用新的发电互连存储确保可靠供应。除了电池存储，氢燃料电池存储的商业化等创新也可以进行轻松整合。

工业设施中的分布式发电也可以实现电气化。热电联产优化了发电过程中的余热利用，以补充工艺用热。在工艺设备上采用自适应过程控制和数字孪生技术能够以最优方式发电并预测可用电量。作为该领域的一项关键技术，数字软件有助于在更广泛的工业实体中推广热电联产，包括能源管理、电力设施优化和自我维护的先进过程控制。

数字技术能推动分布式发电、电池、存储和集成方面的创新和积极规划，以应对日益互联的电网带来的风险。人工智能、高级分析和系统风险分析对于了解和规划复杂系统至关重要。采用严格机理的数字模型可对新的电池化学成分和工业规模的燃料电池进行建模和选择，在促成初创企业和创新者的生态系统中发挥着关键作用。

能源管理及其他

在流程工业向低碳转型的过程中，电气化将发挥重要作用。未来，运输燃料将逐渐被新的可持续材料所替代，微电网在工业场所能源管理方面的价值将日益凸显。工业电力生产商需要将现场消耗和产生的电力中的可再生能源与相关的碳足迹效益挂钩；生产商则需要优化发电，用电力满足工艺过程能源需求。

本文作者艾斯本行业营销高级总监Ron Beck艾斯本解决方案专家顾问竺建敏博士，责任编辑：胡静，审核人：李峥