数字能源应用场景梳理

我来对数字能源的应用场景进行简单梳理。

1.应用场景一： 光储充一体

" 光储充" 一体化即光伏发电、储能、充电一 体化，是数字技术与电力电子技术融合的场景之 一。“光储充”一体化可以保证光伏和风力发电 的平稳输出，同时也能解决高功率快充对电网的 冲击问题，满足用电负荷动态平衡，是“双碳” 战略下分布式光伏的重要发展方向。

“光储充”一体化将成大趋势

乘联会数据显示，2020-2022 年，我国新能源汽 车渗透率为5.8%、14.8%、27.6%，预计2023 年将达 36%。 充电桩数量和充电量与新能源汽车渗透率呈正相 关。中国电动汽车充电基础设施促进联盟数据显示， 2020-2023 年三季度，我国公共及私人充电桩保有量 总计分别为153.9 万、261.7 万、521 万、764.2 万台； 年度充电总量分别为 70.57 亿、111.5 亿、213.2 亿、 254.1 亿 kWh。 充电桩，特别是大功率充电桩数量的增加对电网 的影响正在显现。

波动高度重合，容易加剧电网端配电网的负荷。国 网能源研究院预测，电动汽车无序充电将导致电网 2030 年峰值负荷增加1.5 亿千瓦，相比无电动汽车充 电情景下提升13.1%。 另一方面，快充的逐渐普及也在一定程度上加重 了电网的负担。中国电动汽车充电基础设施促进联盟 联合能链智电（NASDAQ：NAAS）发布的《2022 中 国电动汽车用户充电行为白皮书》称，用户更偏好使 用大功率充电设施，选择120kw 及以上功率充电设施 的用户占比到达72%。 应对不断走高的充电需求对电网的挑战，在光 伏、储能等设施逐渐完善支持下，“光储充”一体化开始崭露头角，正在成为行业发展趋势。 首先，“光储充”一体化可以减轻电网压力。 光伏+ 储能系统的应用可缓解充电时大电流对电 网造成的冲击，充电同时还能实现电力削峰填谷等 辅助服务功能，解决新能源发电间歇性和不稳定等问 题，有效提升电网运行效率。对1 个配置10 个120kW 直流充电桩的光储充电站进行算例分析，综合考虑各 方面的经济利益后，可有效实现削峰填谷并兼顾电池 寿命损耗。

其次，“光储充”一体化可以实现高效运维，提 升用户体验度。 “光储充”一体化电站属于集中式场站，有条件加装远程监控、智能控制器等辅助设备进行远程调 控，可减少运维人员上站次数，有效提高运维的效 率。同时，电池包优化器可自动标定等技术也可以优 化储能环节，避免人工上站标定，节省运维成本的同 时提升效率。 此外，全液冷、全模块化等新技术正在渗入“光 储充”的发展，加上“光储充”向着车、桩、网融合 协同方向持续演进，以及光储充智能调度算法的引 入，都将助力充电网络迈入全面智能化。

数字技术助力“光储充”一体化协同

光储充一体化已被业内视为充电站未来发展的主 要形式，且盈利能力胜于传统充电站。但要协调光伏 发电、储能系统、充电网三大领域，需要通过数据分 析和远程监控等数智化技术，实现三者的和谐共存与 协同发展。 实时监测与数据采集：系统通过物联网技术连接 光伏、储能、电网和其他关键设备，实时监测并采集 各种能源相关数据，如光伏发电量、电池充放电状 态、负荷需求等。 数据分析：在光储充系统中，系统利用大数据分 析和AI 技术，预测光伏发电量、峰谷负荷、能源消 耗模式等情况，为系统运行和调度提供决策支持。 能源调度与优化：基于数据分析和预测结果，系 统可以智能调度光伏发电和储能系统的运行模式，以 实现最优的能源调配和利用效率。比如在阳光资源充 足时优先使用光伏发电，在负荷低谷时，将余电进行 储存。

在2023 年8 月举办的长三角数字能源算力大会暨 专精特新产业融合发展论坛上，阿里云解决方案部能 源与制造首席专家李下蹊表示，调度是在新能源行业 里非常突出的一个问题，光伏发电本身就不稳定，客 户自发自用的需求也不稳定，因此可以利用分布式网 络上的数据来预测、测算未来需求，帮助做好光储充 的平衡。 远程监控与管理：通过数字孪生技术，将“光储 充”实体设备的数据、状态和行为模拟在云端，可以 通过传感器等相关设备，实时监测设备的参数和状 态，以此为依据建立设备的行为和健康状态模型，并基于这些模型进行故障预测和预警，进而实现远程监 控和维护管理。 智光研究院( 广州) 有限公司数字能源解决方案总 监张继元此前在第九届中国国际电动汽车充换电产 业大会表示，公司在超充场景下提出的“光储充一体 化”解决方案，核心是采用了站端的能量管理+ 云平 台，通过云边协同，实现综合能源的管理策略。 协鑫以智算中心为中枢，整合钙钛矿、高效储 能、“一秒一公里”超充、算力等技术，推出光储充 算一体化综合能源站，实现了光储融合、桩网互动， 为多元化场景全方位赋能。在超充方面，协鑫与华为 联合打造的全液冷超快充，最大720kW 输出功率， 实现“一秒一公里”极致充电体验，寿命可至20 年。

2.应用场景二： 智能运维

光伏电站作为可再生能源的重要组成部分， 其高效稳定运行对于保障可再生能源稳定供应、 降低能源消耗和保护环境具有重要意义。国家能源局数据显示，2023 年前三季度，我国累计光伏 新增装机量129GW，约为去年同期的 2.5 倍。随 着光伏电站规模的不断扩张，基于特定规则的传 统运维模式在应对电站故障和提升运维效率方面 存在的局限性日益凸显光伏电站智能运维是指通 过数字化、智能化技术的应用，提高光伏发电系 统的效率和可靠性，降低运营成本，推动可再生 能源的可持续发展。 业界测算，智能运维可实现电站发电量提升 3% 左右，运维效率提升50% 以上，从而大幅降 低光伏发电的度电成本。2016-2022 年，全球光伏运维行业市场规模从43 亿美元上涨至177 亿美元，其中住宅和商业运维市场规模为53 亿美元，工业和公用事业光伏运维市场规模 约为64 亿美元，智能运维普及度的提升有望 推动其持续稳定增长。

智能运维降本增效

现阶段智能运维正通过先进的信息技术、通信技 术、自动控制技术等数智化等手段，对光伏电站进行 实时检测、诊断、控制和优化，实现降本增效，保障 电站收益。 降本方面，智能化可减少人员配备成本、检修成 本，并通过数字化信息共享减少系统运营成本。 首先是人力成本。由于光伏组件数量多、分布 广、地势复杂，对现有光伏设备进行人工巡查和维修 保养是一项费时、费力、费钱的工作。智能运维可以 通过配置自动巡检发现组件异常情况，及时预警并执 行相应的修复操作，从而节省相应的人力成本。 光伏电站的运维人员配置通常根据电站容量来确 定，一般10MW 容量平均配置1.2-1.5 个运维人员， 加上站长、副站长等，总人数一般不低于3 人。但电 站人员需求渐呈下降趋势，如2023 年7 月，华能能 源交通公司所属泰山新能源有限公司新泰光伏电站运 行维护委托服务招标公告显示，两个100MW 电站仅 需5 名工作人员。

其次，检修成本也有一定下降空间。通过大数据 可以及时发现事故，不至于小的隐患造成大事故；此 外，大数据可以看到备品备件，仓库可以进行自动调 配，成本也会有一定下降。 最后是加快构建全面、系统、高效的一体化大数 据体系，实现统一标准，通过资源共享使数据化平台 投入更低，使用更广。 光伏智能运维涉及的数据化平台，从设计、代码 编写、数据采集都需要一定的费用成本，若能实现共 享将带来成本的下降。此外，设备供应商的数据也要 尽可能开放；在满足国家对网络安全规定的情况下， 电监办、电网公司等行业主管部门同意各个电站数据 外送，这样才能完成集中监控，若某一个电站单独装一套系统成本较高。 

中国光伏行业协会数据显示，2022 年分布式光 伏、集中式地面电站系统运维成本分别为每年48 元 /kW、41 元/kW， 相 较 于2018 年 的60 元/kw、50 元/ kw 有所下降。伴随光伏运维逐步向智能化转型，未 来运维成本或有望继续下行。 效率方面，智能运维可以实现对光伏电站的实时 监控，及时发现并处理电站的故障，并通过数据采集 和分析，实现对光伏电站的整体性能分析和优化，提 高光伏电站的发电效率和经济效益。 华为数字能源智能光伏产品线总裁陈国光此前 称，逆变器、组件、跟踪支架、箱变等电站核心设备 全面实现数字化，最终将传统光伏电站变成智能光 伏电站，可实现发电量提升3% 左右，运维效率提升 50% 以上，从而大幅降低光伏发电的度电成本。 此外，Web GIS（Internet 技术应用于GIS 开发的 产物）技术的应用同样加速光伏电站运维智能化。基 于无人机影像的光伏轮廓及信息提取技术、深度学习 的故障识别技术、 Web GIS 的多源数据融合及可视 化技术，构建基于 Web GIS 的光伏场站智能运维巡 检平台，有助于缩短光伏电站消缺时间（使有异常、 有缺陷的设备恢复正常的时间）、提高发电效率、增 加光伏电站的收益率。

智能运维产品布局

基于智能运维提质增效成效显著，各大光伏电站 运维企业在精细化与数智化电站建设方面不断深入， 依托各自的技术与资源优势，推出各类智能运维产 品，促进我国光伏智能运维水平持续提升。 协鑫新能源运营科技自主研发的“鑫翼连”综合 管理平台具有较强的兼容性，其预留的接口可与其 他软件，如ERP、OA 等系统互联互通，消灭信息孤 岛，形成综合能源管理的大模型。 晶科科技拥有上海、海宁2 个远程智能化集控中 心，通过大数据技术和智能分析平台的应用，可为全 球光伏电站提供一站式、全生命周期的智慧运维解决 方案。 阳光智维更新迭代有4.0 版SolarEye 数智运维平 台，通过物联网、AI 及大数据技术着力解决传统运 维值守效率低下、安全隐患排查不到位、故障处理响 应不及时等问题。同时，公司推出的无人机智能巡检 解决方案可将综合巡检效率提升80%。 此外还有固德威（688390.SH）的SEMS 智慧能 源云平台、昱能科技（688348.SH）的EMA 智能运维 平台、正泰智维的正泰Epower 智能运维云平台、天 合光能（688599.SH）的天合智慧云等。

3.应用场景三： 虚拟电厂

虚拟电厂(Virtual Power Plant，VPP) 是通过 通信、物联网和软件算法等技术手段，将光伏等 分布式电源、储能、微电网、充电桩等不同空间 的资源进行聚合、协调和优化，接受电力调度， 并参与电力市场交易的电力运营管理平台。 虚拟电厂可调动灵活异质资源，达到削峰填 谷的目的。随着大量分布式能源逐步纳入电力系 统，虚拟电厂迎来广阔发展空间。华安证券预 计2025/2030 年我国虚拟电厂市场空间为784 亿 /1729 亿元。

数字技术是虚拟电厂基础

虚拟电厂是一种非实体的智慧管理系统。 根据2022 年山西省能源局发布的《虚拟电厂建 设与运营管理实施方案》， 虚拟电厂可分为“负荷 类”虚拟电厂、“源网荷储一体化”虚拟电厂。 “负荷类”虚拟电厂是指虚拟电厂运营商聚合其 绑定的电动汽车、可调节负荷等具备负荷调节能力的 市场化电力用户，作为一个整体（呈现为负荷状态） 组建成虚拟电厂，对外提供负荷侧灵活响应调节服 务；“源网荷储一体化”虚拟电厂则是指列入“源网 荷储一体化”试点项目，建成后新能源、用户及配套 储能项目通过虚拟电厂一体化聚合，作为独立市场主 体参与电力市场，原则上不占用系统调峰能力，具备 自主调峰、调节能力，并可以为公共电网提供调节服 务。 虚拟电厂构成要素包括中央系统、通信网络和远 程终端三部分。 其中，中央系统是虚拟电厂主站，包括用户数据 采集与分析、电力市场预测估计、资源建模及聚合、 以及市场优化交易决策四大核心功能模块及远程终端的信息交互和控制调度通道。目前，国内 虚拟电厂通信的主要方式是对上采用光纤接入调度控 制系统、对下采用无线公网接入交易平台和营销需求 响应平台和分布式资源。 远程终端作为虚拟电厂控制终端资源的手段，一 般以“边端结合”的形式出现，即采用边缘智能网关 实现边缘计算的同时，也能实施可调节资源的状态监 测和柔性控制。

协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术 等虚拟电厂关键技术的发展起到了至关重要的作用。 其中，信息通信技术所涵盖的“云大物移智链 边”，即云计算、大数据、物联网、移动互联网、人 工智能、区块链、边缘计算等数字技术是达成虚拟电 厂作为智慧能源系统的基础，为虚拟电厂系统平台更 高效地完成“聚合”（所有资源可调节功率通过优化 计算被聚合成一个总可调容量）和“解聚”（将电力调控中心发出的指令等信息分解，并下发到分布式用 户连接的智能终端，分别完成电力交易）功能提供可 靠的技术支持。 聚合建模技术和数据驱动技术也为虚拟电厂的发 展提供了技术支持。 通过聚合建模技术可以选择适当的资源容量比 率，进一步发挥虚拟电厂的经济性和灵活性。 数据驱动技术在商业型虚拟电厂中可以实现内部 聚合分布式能源的投资组合，并参与市场竞标等，而 在技术型虚拟电厂中更关注本地网络状态及约束信 息，实现所聚合的配电网资源主动管理。

我国虚拟电厂处于起步阶段

2022 年1 月，国家发展改革委、国家能源局发布 的《“十四五”现代能源体系规划建设》中强调了虚 拟电厂在电力辅助中的重要作用。但由于成本和盈利 等问题，相比欧美国家，我国虚拟电厂现阶段仍处于 起步阶段，以电网公司为主导的示范项目为主。 国网冀北电力有限公司所属的冀北虚拟电厂是我 国首个以市场化方式运营的示范工程，目前冀北电网辖区在秦皇岛、廊坊和张家口三地，共接11 类可调 负荷，总容量358MW，可在后夜风电大发、电网低 谷调峰困难时段，调动资源迅速拉升低谷用电负荷， 最大调节电力达到20.4 万干瓦。

2023 年7 月，南方电网分布式源荷聚合服务平台 在广州、深圳、柳州同步开展虚拟电厂联合调控，标 志着我国首个区域级虚拟电厂投入运行。 虚拟电厂产业链细分环节主要包括可控负荷、分 布式资源等上游基础资源，资源聚合平台、技术服务 等中游虚拟电厂运营，以及电力公司、售电公司等下 游电力需求方。 其中，基于大数据的智能算法，能够整合、优 化、调度、决策来自各层面数据信息的中游产业，是 虚拟电厂产业链的关键环节。 东方电子（000682.SZ）产品体系覆盖智能电网 “发输变配用”全环节，能够实现虚拟电厂的中枢控 制系统与末端采集设备的有机融合，具备聚合和调度 能力。公司已有明珠工业园和广州市虚拟电厂管理平 台等案例项目落地。其中，2022 年研发实施的“粤 能投”虚拟电厂管理平台是南网第一个实用化负荷聚 合虚拟电厂和广东首个虚拟电厂商业性运转平台。

朗新科技（300682.SZ）子公司新耀能源具备提 供虚拟电厂解决方案的能力。2022 年，公司研发的智慧能源数字化服务平台已初步具备虚拟电厂支撑能 力，并为山东电力、上海电力、河北电力等多家公司 提供服务。 此外，全程参与国网冀北电力公司虚拟电厂建设 的恒实科技（300513.SZ）等企业也在不断完善虚拟 电厂相关技术，助力虚拟电厂更好、更快发展。 协鑫能科自2016 年开始布局发展用户侧需求侧 管理业务，拥有全国电力需求侧管理服务一级资质， 自主研发“仓颉”能源管理平台，目前平台客户超 1000 家，管理容量超1400 万KVA，虚拟电厂业务涉 及区域包括江苏、广东、浙江、四川、内蒙等地区， 虚拟电厂相关业务收入已达到千万规模。