山西复兴能源研究院：2023数字能源发展白皮书

数字能源发展白皮书2023数字能源发展白皮书数字能源，一个以数字技术构建高效、清洁、经济、安全的现代能源体系，正在成为社会经济绿色低碳高质量发展的核心动能。世界经济秩序的改变和发展，从模式变革和目标方向看，绿色低碳数字化发展已经成为共同行动。中国碳达峰碳中和目标对世界的承诺与宣示，能源革命的试点、实践及成果证明：数字能源以强劲的数字化功能和高度的产业融合技术，推动着传统产业转型升级和新兴产业快速高质量发展。能源革命的是人类社会文明进步的标志，更是应对全球生态危机危机的必由之路。数字能源将能源产业与物联网数字技术有机融合，实现了能源品类的跨越和边界突破，使能源综合管理和能源资产利用效率、运营服务得到了提升，成为实现“双碳”目标和绿色低碳发展的基础底座和能源续航池。《数字能源发展白皮书》立足我国能源数字化发展的机遇环境、认知内涵、核心技术、应用场景、发展趋势及建议等方面做一简要系统梳理和分析，以进一步提升我国数字能源发展的科学性、系统性、前沿性、应用性，推进数字能源在产业转型和经济高质量发展中发挥更大更好的作用。数字能源发展白皮书数字能源发展白皮书编写人员1.机遇环境篇 11.1数字能源发展的机遇 11.2数字能源发展的目标 21.3数字能源发展的挑战 32.核心技术篇 52.1数字能源的关键技术 52.1.1数字能源优化配置规划技术 52.1.2数字能源多能流互补控制技术 62.1.3数字能源计量监测及信息交互技术 2.2数字能源的装备技术 2.2.1多能源形态相互高效转换设备 2.2.2储能技术 2.2.3电力电子关键设备 2.2.4能源综合管理系统 2.3数字能源集成应用技术 2.3.1新能源发电 2.3.3能源互联网 2.3.4需求侧响应技术 1数字能源发展白皮书2.3.5虚拟电厂技术 2.3.6智能建筑 2.3.7清洁能源汽车 2.4数字孪生技术 2.4.1大数据分析技术 2.4.2文本挖掘技术 2.4.3知识图谱技术 3.1农村综合能源供暖系统 3.2智慧综合能源系统 3.3局域能源互联网 3.4智慧能源管控系统 3.5综合智慧生态系统 4.1数字能源的发展历程 4.2数字能源发展的产业化互联网 4.2.1数字能源整体推进路径 4.2.2数字能源区域实施路径 4.3数字能源赋能 4.3.1数字能源赋能研究 4.3.2数字能源赋能现状 4.3.3数字能源赋能重点措施研究 6.结束语 数字能源发展白皮书1.1数字能源发展的机遇2020年9月，我国在联合国大会上宣示："二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”目标，昭示着一场全面深刻的经济社会变革拉开帷幕。而“双碳”目标实现过程中的焦点，必然集聚在能源转型与变革上，能源数字化成为迫切需求和社会共识。以能源数字化赋能为目的“数字能源”雏形，在国际上早有成功先例。1986年成立于美国的FleetCor,通过向商业车队出售可跨地域享受连锁服务和优惠价格的通用加油卡，打通了能源消费产业链的上下游，为用户提供支付与数字化解决方案。截至2021年6月28日，FleetCor已经将自身业务拓展到全球100多个国家，总市值达到212.61亿美元。成为能源数字化的标杆。相对于美国能源数字化发展过程来说，目前我国广阔的能源市场和坚实的数字化基础，使得数字能源发展呈现出起点高、发展快、需求旺等特点，具有更加充分的条件和空间。——起点高，广阔的市场和坚实的数字基础。我国是全球能源第一大国，能源消耗约占全球的20%。2020年，中国社会零售总额39.2万亿，其中，能源零售约为3.5万亿，占比9%,领衔零售行业，市场空间广阔。我国数字化基础设施已经直接跳过了“卡时代”,进入移动互联网和移动支付时代。2020年，在疫情冲击和全球经济下行的叠加影响下，我国数字经济依然保持9.7%的高位增长，整体规模达39.2万亿元，占GDP的比重由2015年的27%提升至38.6%。——发展快，互联网技术加快数字能源发展步伐。我国正从消费互联网向产业互联网快速迈进，能源行业数字化的步伐随着5G、大数据、人工智能、物联网以及区块链等技术的发展不断加快，互联网与传统产业的融合进一步加速了能源数字化平台的发展，数字能源孕育着新变革。绿色交通、建筑、制造和零碳智慧城市建设等，给数字能源及服务提出更高更快的发展要求。——需求旺，消费市场催生数字能源发展空间。数字能源发展白皮书目前，我国能源消费市场的主流是化石能源。据工信部统计，2020年汽车总保有量为2.81亿辆，每千人汽车保有率达到199辆，相比发达国家每千人保有500至600辆汽车的数据，距理论峰值仍有较大提升空间。随着我国新能源汽车等的快速发展，能源消费市场需求将更加旺盛，数字能源将推动能源消费变革，重塑社会经济和社会生活方式。2023年3月28日，国家能源局发布《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》,以推动数字技术与能源产业发展深度融合，加强传统能源与数字化智能化技术相融合的新型基础设施建设，释放能源数据要素价值潜力。这是党的二十大提出“推动战略性新兴产业融合集群发展，构建新一代信息技术、人工智能等一批新的增长引擎，加快发展数字经济，促进数字经济和实体经济深度融合，打造具有国际竞争力的数字产业集群”以来，国家对数字能源发展的政策措施。围绕数字能源发展，许多省市发布了数字能源发展计划，如杭州、深圳；在数智赋能，重构能源技术生态及推动能源转型方面，我国能源革命先行省山西省太原市、长治市等，都立足地域发展要求，做出了前瞻性的工作。正如国家能源局指出：我国正处于加快数字技术与能源产业融合发展的重要机遇期。《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》的目标正是要在这个机遇期奋力推动数字技术真正融入能源产、运、储、销、用各环节，构筑能源系统各环节数字化智能化创新应用体系，推动能源系统运行和管理模式向全面标准化、深度数字化和高度智能化加速转变，带动能源系统新能源比例的提升和全要素生产率的提高，实现能源发展的质量变革、效率变革和动力变革，支撑能源行业提质增效和碳排放“双控”。数字能源发展的机遇期，数字技术在能源领域的作用日益凸显，能源系统安全稳定提升、资源配置效率优化，以及能源智能化改造市场需求、数字化能源平台等基础设施建设将带动更多绿色发展机遇和新经济高地诞生。1.2数字能源发展的目标在“双碳”目标的指引下，我国能源数字化、智能化、低碳化正加速发展。以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革，推动能源行业低碳绿色发展、构建安全高效的能源体系已成为能源行业的发展方向。数字能源发展的目标集中体现在以下方面：——以数字科技构建新型能源体系。2022年3月，国家发改委和国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》,提出要“加快能源产业数字化智能化升级”“增强能源科技创新能力”“完善能源科技和产业创新体系”等要点，进一步完善了数字能源的发展目标；2022年4月，国家能源局和科技部进一步发布《“十四五”数字能源发展白皮书能源领域科技创新规划》,将“能源系统数字化智能化技术”列入重点任务，提出聚焦新一代信息技术和能源融合发展，推动煤炭、油气、电厂、电网等传统行业与数字化、智能化技术深度融合；2023年3月，党中央、国务院印发的《数字中国建设整体布局规划》提出，推动数字技术和实体经济深度融合，在农业、工业、金融、教育、医疗、交通、能源等重点领域，加快数字技术创新应用。2023年3月28日，国家能源局印发《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》,进一步确立了以数字科技构建新型能源体系的目标。——实现能源生产与消费的清洁低碳转型。目前，全球能源正在向高效、清洁、多元化的方向加速转型，可再生能源将成为未来能源消费的主力军。随着新能源占比不断增加，太阳能、光伏、风力等发电领域持续发展，能源生产与消费结构将持续优化，化石能源消费总量要逐步减少。数字能源将聚力在发展清洁能源和传统能源低碳数字化转型上。如：华为专门成立了华为数字能源公司，其愿景是发展清洁能源与推动传统能源数字化双轮驱动。——以数字科技推动能源产业高质量发展。以大数据和人工智能为代表的先进数字科技突飞猛进，与我国能源禀赋和国情紧密结合构建的新型能源体系，将数字科技与能源生产、传输、与消费深度融合，推动能源行业朝清洁、低碳、安全、高效方向转型升级，这是我国能源安全与双碳目标达成的关键。我国煤电和新能源规模均为全球最大，以数字科技实现煤电与新能源协同，能够有效提升绿能上网电量，有效降低煤炭使用量，规模化减少碳排放量，这是我国能源行业高质量发展的必由之路。——构建绿色低碳工业体系和居民绿色化消费习惯。在实现双碳目标过程中，作为耗能排放大户，传统工业产业减碳脱碳的需要，正在推动绿色工业体系建立，从而实现碳排放“双控”。以行业龙头企业为依托、碳中和为目标，通过市场机制构建互惠互利、合作共赢的产业链上下游利益共同体，发挥产业链上下游企业协同效应，推动构建绿色低碳新型工业体系，是数字能源的重要目标；同时，城市居民低碳理念的普及与践行也是重要目标，居民绿色消费习惯重构和养成，是不可忽视的数字能源发展目标。1.3数字能源发展的挑战作为新兴行业，数字能源的发展当前既是机遇期，也是探索期，面临着的挑战和难题也在不断更新变化，产业壁垒和市场机制的挑战是无法回避的难题，降低能源活动的碳排放量是核心关键。5数字能源发展白皮书具体来说，数字能源发展面临的挑战主要有：——数据壁垒的挑战。在能源电力管理结构里，系统型结构不明显，数据掌握在不同的部门，数字化的效益难以充分显现。同时，由于能源大数据的管理缺少国家级、行业级的统一标准，能源大数据的开发利用尚未健全，规范的法律制度以及能源企业主动开放共享自身数据的动力不足，相关机制不完善等，使我国能源大数据的汇聚与融通仍然处于初级阶段。——价值理念的冲突。传统能耗企业转型改造，包括传统发电企业、油气公司、网络运营商等，从自身利益的角度出发，对于数字能源缺乏积极性；同时，因为习惯于重资产投资运营，对于培育快速迭代、灵活互动的数字化业务所需要的敏捷性文化和组织管理模式难以落实，因此，由于对数字能源价值理念的认知，难以适应市场变化无法积极参与数字能源转型。——市场机制的挑战。能源交易与整合是数字能源经济应用的重要阵地。目前，我国能源市场机制尚不成熟，在一定程度上影响了数字能源新产品和新服务的快速推广与应用。——运营规范的挑战。随着数字能源的兴起和发展，新型的数字能源企业和服务性企业也如雨后春笋般诞生，特别是一些缺乏科技创新能力、以项目中介服务为主业的商家，致使数字能源发展参与者不断涌入，行业参差不齐，无序竞争激烈，必然使数字能源企业和服务企业规范运营受到冲击和影响。数字能源发展白皮书2.1数字能源的关键技术2.1.1数字能源优化配置规划技术数字能源优化配置规划技术要求能够统筹兼顾、因地制宜地协调一定能源区域内的各种能源资源，如太阳能、风能、水资源、燃气资源、煤炭等，在规划阶段，分析资源开发利用的具体模式，结合区域内铁路网、燃气供应网络、供热网络的整体情况，确定光伏发电、燃气发电、传统煤电的容量及选址，设计相应的能源规划方案及系统运行方案，通过模型测算保证规划的合理性、可靠性，实现电力系统、铁路网系统、油气网系统的统筹协调，规划模型研究，基于现有的智能电网规划模型为基础进一步延伸，以模型为依据构建软件平台和信息处理分析系统。以微网数字能源优化配置为例：微网优化配置是以用户所处地理位置、资源禀赋、用户供能需求、电网数据等为基础，结合不同分布式电源工作物理特性，控制策略和系统设计要求，来确定微网元件类型和容量，使微网系统尽可能工作在理想的匹配状态下，达到经济性、可靠性和环保性等方面的优化。收集整理自然资源、地理数据、负荷需求和系统的成本费用等基础数据为后续搭建优化配置模型做准备；搭建微网系统内各个元件的准稳态运行模型和系统经济模型；同时系统设计人员可以根据设计要求或用户需要，设定不同的优化配置目标(经济性、可靠性、环保性等)和约束条件(系统元件自身、系统稳定运行、系统性能评价指标等约束);从而得到包括系统组成和元件容量的优化配方案结果，以及相应的指标评价参数；针对影响优化配置结果的多种不确定性因素进行灵敏度分析，分析其对系统重要指标的影响程度，为系统设计人员提供更好的应对措施。优化配置技术路线图如下图所示。其中，评价指标大致可以分为技术性指标、经济性指标、环保性指标。技术性指标通过年负荷容量缺失率来反映，主要衡量系统供电的可靠性，其数值越大代表系统供电可靠性越高，同时该指标作为约束条件之一，影响系统优化配置方案的设计。经济性指标主要反映微网在不同系统组成和元件容量下运行的经济性，通过生命周期成本值来反映，生命周期成本越小代表系统经济性越好，主要考虑元件初始安装成本、置换成本、运维成本、燃料费用、购售电费用、排放处罚、项目终止时设备残值等。环保性指标是用来衡量系统环境效益的优劣，主要考虑可再生能源渗透率和污染气负荷需求(电负荷、冷热负荷等)微电网类型(井网型、离负荷需求(电负荷、冷热负荷等)微电网类型(井网型、离网型)地理数据(经纬度、海拔、地面反射等)能、气温等)图2.1微网多种能源优化配置规划2.1.2数字能源多能流互补控制技术能源互联网是多能源网络的耦合，这表现在能源网络架构之间的相互耦合，同时也包括网络能量流动之间的互补协调、安全控制。在能源供应与输配环节，未来能源互联网通过柔性接入端口、能源路由器、多向能源自动配置技术、能量携带信息技术等，能够显著提高电网的自适应能力，实现多能源网络接入端口的柔性化、智能化，降低网络中多能源交叉流动出现冲突、阻塞的可能性。在系统出现故障时，能够加速网络的快速重构，重新调整能源潮流分布和走向目前数字能源多能流互补控制技术主要聚焦于控制策略与控制技术方面，控制策略主要指多类型能源发电的优化调度模型、控制模型等；控制技术主要指以数字偏号处理为基础的非传统控制策略及模型，包括神经网络控制、预测控制、电网自愈自动控制技术、互联网远程控制技术、模糊控制技术、接入端口控制技术等。6以基于多智能体系统设计数字能源的能源协调控制技术为例：智能体、能量存储智能体、主网智能体、能源路由器智能体及管理者智能体，如下图所示。图中能源互联网对应的各智能体功能如下：供热网络供热网络能源路由器电负荷电动汽车热负荷负荷侧ES₂LAs天然气热电联产生物质能发电传统燃煤锅炉小型一次能源侧蓄热设备能量存储侧风力发电光伏发电配电网备图2.2基于动态多智能体系统的能量协调控制架构图7数字能源发展白皮书发送的能源需求信号，以最大限度利用可再生能源为首要目标对一次能源侧能源进行调度优化；基于多智能体一致性算法计算一次能源侧发电/供热装置运行状态变化量，保持能源互联网内功率平衡，电能频率与配电网频率相同；基于多智能体包含控制算法控制网内电能电压，保证输出高质量电能，满足能源互联网用户侧能量需求，实现与配电网/供热网络的能源共享与信息交互，支撑配电网/供热网络的安全、稳定运行。种虚拟的动态智能体，当检测到能源互联网用户侧能源需求信号时产生，与邻居一次能源智能体(PEA)通讯，建立动态负荷需求响应团队(DLDRT)。DLDRT内PEAs协同合作，基于多智能体一致性算法计算一次能源侧发电/供热装置运行状态变化量，基于多智能体包含控制算法控制网内电能电压，力求就近解决用户侧能量需求波动问题；若负荷波动被平抑，解散DLDRT,MA消失；否则，自动形成上层MA,建立更大范围的DLDRT,直至DLDRT中包含能源互联网一次能源侧中所有的供能装置，此时最上层MA为PRA。为快速平抑能源互联网内负荷波动，可以忽略能量协调控制策略的全局最优性这一因素，着重考虑就近响应用户侧的能量需求，保证能源互联网的稳定性。因此，动态的管理者智能体(MA)作为领导者，通过与系统内其他智能体协作，对能源互联网内能源进行协调控制。该策略可进一步阐述为：PEAs通讯，建立动态负荷需求响应团队(DLDRT)。步骤2:基于一次能源侧能源调度优化模型，MA对DLDRT中一次能源侧PEAs进行能源调度优化，筛选出参与任务的PEAs。步骤3:采集参加负荷需求响应任务的PEAs的状态参数，如发电设备输出电能的频率、电压、有功功率及其发电余量，供热设备输出热能的功率及其供热余量。步骤4:MA计算每个供能设备应承担的负荷波动功率，控制输出电能电压在允许范围内波动。协同合作，调整设备工作状态，直至发电设备输出电能有功功率调整为Pi+Pui,供热设备输出热能功率调整为Qi+Qui,其中Pi为发电设备原输出电能有功功率，Qi为供热设备原输出热能功率。步骤6:判断能源互联网用户侧负荷波动是否被平抑，若是，DLDRT解散，MA消失，否则，上层MA产生，DLDRT规模扩大，重复步骤2-6;若DLDRT扩大至包含能源互联网内所有供能设备，最上层MA即为PRA,转至执行响应配电网/供热网络能量需求的能量协调控制策略。当配电网/供热网络等主网络需要与能源互联网进行能源共享时，需要对一次能源侧做全局优化。该能量协调控制策略可进一步阐述为：8数字能源发展白皮书电能的频率、电压、有功功率及其发电余量，供热设备输出热能的功率及其供热余量。计算每个供能设备应承担的电功率或热功率，采用多智能体包含控制算法控制输出电能电压在允许范围内波动。协同合作，调整设备工作状态，直至发电设备输出电能有功功率调整为Pi+Pui,供热设备输出热能功率调整为Qi+Qui,其中Pi为发电设备原输出电能有功功率，Qi为供热设备原输出热能功率。步骤5:判断配电网/供热网络或者能源互联网用户侧能量需求是否被满足，若是，任务结束，否则，ESA工作，启动分布式储能装置/蓄热装置就近进行功率补偿；若ESA工作结束后，配电网/供热网络或者能源互联网用户侧能量需求仍未被满足，则LA以社会效益损失最小为原则进行切负荷工作。6否否否2.1.3数字能源计量监测及信息交互技术按照数字能源的愿景，通信系统承担信息采集，信息传输和信息处理业务，信息及时采集、优化处理和有用信息及时准确到达是其必须具备的能力。然而，一方面，现有Internet采用链路共享9数字能源发展白皮书和接收转发的基本运行原则，数据拥塞等严重影响信息处理效率，时效性和兼容性等要求使得直接利用Internet支撑能源互联网的调度和控制面临巨大挑战。另一方面，我国现有电网通信网络主要采用预留专门通道方式保证关键业务的信息需求，存在巨大的资源浪费。因此，综合利用Internet和电网通信系统设施，构建具有带宽保障，海量计算和灵敏反应能力的信息架构是能源互联网的基本要求。信息监测技术方面，智能电网的高级量测体系系统是基础，其未来的研发过程要向着智能化、计量能力多元化、信息交互多向化方向发展，通过无线传感器技术、遥测技术等实现能源信息的自动采集、自动分析处理。信息交互技术方面，未来需重点研发信息交互自动感知技术、通用信息接口技术、数据清洗技术、信息数据压缩技术、数据信息融合技术等，实现用户与用户之间、用户与各个能源互联网模块之间的自由信息交换与动态反馈。多能源计量监测及信息交互技术的主要应用体现在以下两点：(一)信息收集与实时分析。借助于互联网技术、“大数据”与“云计算”技术对AMI系统的通信模块和数据管理模块进行升级，增强其数据吞吐处理、数据存储能力、数据分析能力等。实时收集用户的用能信息及其他环境信息，对这些基础信息进行初步数据挖掘，获取用户用能行为特征、刻画用户用能特点等。(二)与智能控制终端相互整合。借助能源互联网的普适性接入端口，构建能源互联网多种类能源设备的信息交互平台，借助完善的信息分析处理能力，结合数据挖掘分析结果为用户提供多能协调的综合用能方案，在一定程度上实现对用户用能设备、分布式能源设备的自动控制、自动优化协调。这种以多能源计量检测和信息交互技术为基础的综合用能管理系统将是未来实现用户侧能源利用梯级优化的重要支撑。以“能源路由器”为例进行说明：针对能源互联网在能源接入、能源控制和能源传输等面临的挑战，借鉴Internet中交换设备的设计理念，设计能够实现能源网络互联、调度和控制的能源路由器"是构建能源互联网的一种直观可行的方案。(一)能源控制在能源互联网中，骨干网络仍将承担能源远距离传输的功能；分布式能源单元不仅是能源负荷，也是重要的能源供应来源，实现不同特征能源流融合是能源路由器必须具备的功能。一方面，能源路由器必须要保证流入能源的质量满足需求要求；另一方面，应能够保证能源的合理流动，实现恰当数量的能源流向恰当的负荷；第三方面，能够及时监控能源流的质量，实时调节保证能源流的安以电力能源为例，承担局域能源单元与骨干网络互联的能源路由器必须能够实现骨干高压能源数字能源发展白皮书流到低压适用的能源流的变压调节、交流能源和直流能源的相互转换；局域能源单元互联的能源路由器必须具备消纳可再生能源生产，尽可能地保证可再生能源的高效利用，因此，变压、整流、存储和消纳功能是能源路由器必须具备的功能。保证能源流的适时流动要求路由器必须能够感知负荷和能源供应变化，具备改变能源流动方向和数量的功能，负荷监控和自动调节使其需具备的功能，多级别变压和能源存储管理技术能够较好的支撑该功能。电流质量的细微变化都有可能造成整个能源供应体系的崩溃，及时发现和处理能源质量问题是主要解决办法，在路由器上实现能源质量的监控和调节是分布式保证能源质量问题的有效方法，能源质量感知和自动安全保护功能也应该在能源路由器中加以设置。(二)信息保障信息保障的实现需要能源路由器具有两方面的功能：通信和计算。通信功能要求能源路由器应具有通信接口，能够与通信链路连接实现信息的接收与发送。为保证信息的传输时延、可靠性和安全性，能源路由器可以设置为支持多种通信模式，不仅能够便于在多种情况下保证通信功能的实现，还为通过冗余传输保证通信可靠性提供了基础。此外，设计有针对性的通信协议和安全防护机制也是通信功能保障必须考虑的问题。计算功能要求能源路由器具有信息处理模块，一方面可以联合信息采集设备，完成原始数据的收集和存储，并进行冗余信息的过滤和初步处理；另一方面，设计高效的信息处理架构或借用数据中心完成数据的深层次处理，并把有用信息发送到相应的控制单元。在信息采集阶段可以借用物联网的研究成果，云计算和大数据方面的研究成果可以较好地支撑信息的高效计算。此外，信息模型也是值得关注的方面，它将保证各种信息流的有序高效流动。(三)定制化需求管理支持用户个性化能源使用策略是能源互联网的主要功能之一，其实现基础在于支持用户和能源互联网的交互。一方面，用户可以根据当前的能源供应形势调整自己的能源使用策略，能源互联网根据所有用户能源策略制定能源供应模式满足用户需求；另一方面，能源互联网会搜集不同用户的能源使用数据，从中计算出相应的能源使用规律，制定合理的能源使用策略，作为一个最佳使用策略反馈给用户，供用户选择。因此，能源路由器应具有接收和处理所管理区域内用户请求的能力，并且能够及时准确地用能源价格等反映当前的能源供应形势的信息反馈给用户，涉及交互和需求管理等功能模块。未来的能源单元从范围上来看，可以包括单一设备、家庭、建筑物、小区、甚至一个区域或国家，定制化服务保障具有明显的范围特征要求，所需的信息和能源支撑方法存在差异，要求路由器具有针对性的解决方案。对于特定设备，如电动汽车，其对应的用电策略可能仅包括充供电管理，其仅需要能源网络提供当前的电压、电流水平和能源价格等信息，并能够接收和识别它的策略，设备移动性支持要求能源路由器之间具有协同工作机制；随着能源单元范围的扩大，包含的设备数量、类型都将大幅度提高，以家庭为例，它可以包括能源存储设备、能源生产设备(太阳能、燃气等)数字能源发展白皮书和能源消耗设备，能源路由器的工作重点在于协调各设备间联合工作，按照即定的目标安排能源生产、存储和消费。此外，为适应能源管理企业需求，能源路由器还必须设计有必要的开放接口，允许第三方根据需求更有效地完成它们之间的协同工作。(四)网络运行管理能源路由器作为能源单元接入能源互联网的统一手段，能源路由器应具有友好、便捷的控制界面，通过该界面，用户可以根据需求选择或配置其需要的功能模块。通信、能源管理功能的实现将主要通过能源路由器来完成，远程控制管理模块将提高管理的效率，为保证网络的可靠性和可用性提供技术支持。异常的自动化处理和修复是时效性要求较高的能源互联网系统必须具备的功能，从能源角度看，远动、继电保护、测距等业务必须支持，通信模块为指令的传输提供支撑，通信模块和管理控制模块的联动是保证该管理功能实施的关键，规定和开发相应的标准是实现该功能的主要方式。记录系统运营过程中发生的各种信息，形成日志文件对系统的持续优化运行至关重要，针对能源互联网运营，设计合理的路由器日志文件内容和格式必须得到足够重视。2.2数字能源的装备技术2.2.1多能源形态相互高效转换设备以电力、天然气、氢能等为主供高品位能源，以电为核心，研制其他能源形态转化成电能、电能转化成其他能源形态、其他能源形态之间相互转换的高效转换设备。(二)新能源发电设备新能源发电包括：风力发电、太阳能发电、生物质能发电、地热能发电、海洋能发电(潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能和海水盐差能)、氢燃料电池等等。汇聚海能、风能、太阳能，打造“风浮动式海洋混合发电平台”。研制氢燃料电池。氢燃料电池能够通过化学反应将氢能转化为电能，应用到交通、电力、热力等领域，是氢能应用的最重要、最普遍的载体。氢燃料电池的主要组成部分包含燃料电池电堆和辅助系统。燃料电池电堆是燃料电池的核心技术，涉及膜电极、双极板、密封件等关键材料；辅助系统作为燃料电池正常运行的关键零部件，包括空压机、增湿器、氢气循环部件等，是燃料电池使能的重要前提条件。(三)电转其他(P2X)(1)绿电制氢装置目前，稳定、快速、大批量制取绿氢的技术路线主要为电解水，具体可以分为碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水三类。碱性电解水是当前的主流技术，需要保证两个电极的压数字能源发展白皮书力均衡，以防止氢氧混合产生危险，因此难以与具有快速波动特性的可再生能源发电配合；质子交换膜电解槽在运行中具有更好的灵活性和反应性，但需要铂和铱等贵金属，未来需进一步降低贵金属使用量或发掘成本低廉的催化剂；固体氧化物电解水制氢技术具有更高的理论效率，但仍处于实验室验证阶段，且其对高温热源的需求可能会限制在商业应用阶段的经济可行性。我国主流的电解水制氢技术路线是碱性电解槽水电解制氢，该技术工业化应用早，已十分成熟，面向可再生能源发展的碱性电解槽水电解制氢仍有较大的技术提升空间。目前电解水制氢方面国际主流技术趋势是质子交换膜(PEM)、固体氧化物(SOEC)电解水制氢，国际领先的质子交换膜电解水制氢规模已达到20MW。实现可再生能源发电直接进行电解水制氢的装备突破。(2)电加热、电制冷装置包括工业电炉(电弧炼钢炉、感应炉、矿热电炉、电阻炉、电窑炉、电锅炉)、电制冷系统。在电炉装备方面，我国已具备自主研发全套电炉装备能力，但国产电弧炉装备技术水平与国外相比，在绿色、节能、智能等方面仍存在差距，置换新建项目的市场普及率不如国外成套设备公司。电锅炉产生蒸汽技术难度不高，但效率低，经济性较差。(3)高效电驱动装置常见的电机驱动的公共用能系统有压缩空气系统、泵系统、风机系统、制冷系统、电机传动系统等。应采用高效节能电动机、变频调速、开关磁阻电机、永磁耦合调速器等，改进已经在使用的电气设备(电机驱动、压缩空气等)。(四)余能回收利用装置研制工业余热、余压、余气发电装置，工业余热供暖装置，轨道交通再生制动能量回收利用装置。(五)环境能利用装置研制地源热泵和空气源热泵，特别是蒸汽压缩式高温热泵。(六)生物质能多元化利用装置开发生物质能利用装备，推动生物质能发电、供热、制油、制气多元化等多元化利用。(七)高效低碳燃气轮机高效低碳燃气轮机是高温、高压、高速旋转的热力叶轮机械。燃气轮机由压气机、燃烧室和透平等部件构成，是最高效(联合循环效率已达到64.0%)、最清洁(氮氧化物排放低于25ppm)的大功率热功转换装置。微型燃气轮机技术是提升用户能源系统可靠性，支撑天然气在综合能源系统中高效利用的核心技术。燃气轮机在助力碳达峰方面的主要应用如下：(1)由传统的发电领域逐步向冷热电联产分布式能源利用方面转型，大型机组主要是在电网气网中起到稳电稳气的作用，而更加灵活的中小型机组则是提供更加多元化的冷热需求。天然气发数字能源发展白皮书(2)随着国家能源结构的调整，氢能的地位逐步提升，氢能的综合利用也逐步明朗。燃气轮(3)燃气轮机在储能方面能够为储能系统(现阶段主要考虑盐穴储能)的释能阶段提供足够(一)概述——热储能：蓄热(显热储存、潜热储存)、蓄冷(冰蓄冷、水蓄冷)、化学储热。(二)电化学储能(三)电动汽车储能V2G(四)储氢数字能源发展白皮书(一)电力电子变压器电子电子变压器(PET)或被称为固态变压器、智能型通用变压器，是一种通过中(高)频变(二)电能质量监测与治理装置(三)能源路由器(交换机)能源路由器(交换机)是实现电力、天然气、冷、热、气等多(一)区域协调控制系统(二)楼宇CPS动态控制。楼宇智能化CPS系统通过物联网手段，精准捕获楼宇各个系理，形成动态管理绩效；通过楼宇智能化CPS系统平台把各类管理体系进行资源整合，实现单位平台应用本地系统基础计量系统平台应用本地系统基础计量系统空气质量检测仪数字能源发展白皮书统计和汇总，为安全生产和单位重点设备故障分析、成因追溯提供可靠的数字化依据；通过实时监测数据分析和专家系统形成的诊断报告，为节能改造的辅助决策提供依据，通过工程改造实现能源利用效率的最大化和经济效益的最大化；综合能源管理云平台楼宇智能化CPS系统传感器水表温湿度传感器-……485通讯--------…监测对象中央空调系统调系统照明系统机房充电桩楼宇用水办公人居环境(2)应用智能用电互操作技术、互联网技术，在建筑楼宇提高能效综合应用，提供微电网平衡机制，在满足用户本地微电网负荷平衡的情况下，整合可控设备运行参数、发电计划、市场竞价等信息以及网络信息(拓扑结构、限制条件等),计算本地系统中设备可作出的贡献，形成虚拟电(3)自动识别各楼层的负荷种类、数量、运行状态、启停时间，发现隐蔽性用电情况并报警；实时监测各楼层用电器(如：空调、照明、充电桩、机房、电梯等)的用电情况，当用电异常发生时，如漏电、过载等，主动向主站发送报警，并能在紧急情况下进行相应的负荷控制，有效地保护用电安全；应用实时大数据能力，精准捕获用户用能行为，实现用户的用能行为画像，为精细化用数字能源发展白皮书能管理提供准确数据；建成通用的多维度能耗评价能力，提供面向办公建筑等各种能耗评价能力，能结合实时监测数据对楼宇楼层内各种能耗对象提供在线评价。并能够根据用户的个性化使用习惯，自定义组合各种用能群体对象(如按建筑功能分类，按楼层分类、能源种类分类、用能用户对象分类),给出精准评价结果。2.3数字能源集成应用技术(一)技术特点新能源发电具有较强随机性，造成其本身出力的不稳定，接入电网时，会带来电压波动、加重系统调峰调频负担、增大调度难度等问题。要实现新能源安全、高效利用，提高能源互联网的环保性、高效性、兼容性，还需结合优化配置与布局、电能质量治理、优化调度运行策略、跨区域消纳、储能、数字能源技术等智能电网技术，进行综合开发利用。(二)应用场景目前部分可再生能源利用技术已经取得长足的发展，并在世界各地形成了一定规模，主要包括风能、太阳能、地热能和生物质能等，各种新能源的主要开发利用方式见表2.1。开发利用应用场景1.分布式发电，独立运行，配以储能装置2.分布式发电，应用于微网，与其他电源组合供电；3.集中式发电，并入大电网运行，还可配合开发风电生态观光项目。高纬度地区农田灌溉、水产养殖或制盐加热、烘干、制冰或水产养殖/温室种植等光伏发电1.分布式发电，独立运行，配以储能装置，例如屋顶光伏或光伏幕墙、光能路灯、光伏农业大棚、水面光伏养殖、光伏水泵灌溉、光伏旅游观光项目等；2.分布式发电，应用于微网，与其他发电方式组合供电；3.集中式发电，并入大电网运行。光热发电应用范围除了与光伏发电相同的场景之外，还可梯级开发，如热电联供等。主要为分布式应用，如住宅或建筑屋顶、幕墙太阳能热水系统、光伏畜牧养殖。数字能源发展白皮书1.分布式建设，地源热泵独立运行；2.分布式建设，与其他供能设备组合，梯级开发，如热电联供、冷热电三联产等。分布式建设，大多接入配网地热温室、热水灌溉/养殖等温泉洗浴/疗养生物质能发电1.主要为分布式建设，直接接入配网，如生物质垃圾/农林废物直燃发电、养殖场/工业有机废水沼气发电等；2.还可采用集中式“煤粉-秸秆混燃”发电，接入大电网。1.沼气作为家庭燃料；2.木薯、甘薯和甘蔗等推动燃料乙醇产业3.木本油料植物资源、农林废弃物资源发展生物柴油产业。从技术成熟度来讲，风力发电、光伏发电、光热发电、光热采暖、地热利用、生物质能利用均有较为成熟的利用经验。2.3.2智能电网智能电网是实现新能源安全、稳定消纳的最重要的基础，由于电能可以方便的转化为其它形式的能源，同时和其它能源相比，电力在大规模输送网络的建设方面更加完备，因此，在能源互联网的建设中，电力网络将扮演最重要的能源传输与转换枢纽的角色。(二)应用场景结合电力系统的特点、数字能源技术以及能源互联网建设在云南省中的位置与作用，电网可以分为电力主干网络和智能配电网两个部分。(1)电力主干网络：电力主干网络主要解决两个问题：①解决新能源资源的大规模并网和消纳问题；②作为广域能源互联网建设中的枢纽，实现区域能源互联网之间的互联。(2)智能配用电网：智能配电网是实现能源互联技术的关键环节，能源互联终端需要接入配电网才能具备能源转换、交易和应用的能力，现在和未来大部分能源产消行为主要是通过智能配电网来实现。除此之外，在智能配电网实现之前，还需要加强电网薄弱地区传统低压配用电网的建设。2.3.3能源互联网融合了信息技术、数字能源技术的能源互联网的构建是一种全新的思维模式。能源互联网构建数字能源发展白皮书的关键在于打破各个传统能源行业之间的信息壁垒，构建统一的能源信息平台，将能源消费者、能源管理者、发电企业与电网、能源服务企业连接起来，可以极大提高传统能源电力系统的效率，优化资源配置，降低能耗与成本。能源互联网所提供的能源解决方案会彻底改变能源的生产、购买、消费和管理方式。(一)技术特点(1)互联共享：能源互联网打破了消费者与能源供应商之间单向的信息链接，能源生产、传输、消费的参与个体构成了一个复杂的交互链接网络。与互联网信息共享类似的是，能源互联网能够实现不同层面、不同区域之间关键信息的共享。(2)分散高效：与互联网的数据信息形式类似，能源互联网的数据信息呈现出分散化、碎片化和实时性的特点，因此，数字能源技术作为能源互联技术支撑的信息网络的建设也需要体现出高效的状态分析能力与快速的决策计算能力。(3)开放互联：能源互联网大大拓展了能源产消过程中的参与对象，实现不同能源参与者之间的互联。因此，能源互联网的信息通信技术最重要的特点，就是实现能源参与者之间信息的开放互联。(二)技术需求基于能源互联网信息通信技术的特点，能源互联网信息网络的建设需要满足以下需求：(1)实现信息与能源的融合信息与能源的融合主要是指在能源互联网的范围内装设海量的信息采集与传感设备，实时采集能源节点信息，结合数字能源技术从而将整个能源网络的物理实体数字化；同时，可以实时构建起整个能源网络的计算模型，从而更精确的掌握网络的运行状态。(2)具备多样的终端信息采集能力能源互联网支持各种能源生产、消费终端以各种形式接入网络，因此其信息网络的建设需要满足不同能源、不同环境、不同个体的信息接入需求，便于各方参与到能源产消过程。(3)具备灵活的网络通信手段能源互联网的信息网络应该具有多样化的网络通信手段，满足不同位置、不同能源生产和消费个体的接入需求，为能源信息的多向流动提供管道基础。(4)具备信息多向流通的能力传统能源消费中的信息流通模式是单向流动，消费端难以获得重要的能源消费信息。而能源互联最重要的特点就是实现信息的开放互联，因此能源信息将具备多向流动的能力，打破传统能源消费中信息不对称的局面。(5)具备高速可靠的网络传输能力数字能源发展白皮书能源互联网具备最广泛的参与群体，其发展必然会带来海量数据，因此信息网络的建设必须具备高速可靠的网络传输能力，以保障信息传输和交互的实时性，以及在局域、广域环境下能源调控的实时性。(6)具备强大的信息存储、处理、分析能力和辅助决策能力能源互联网的海量数据采集、传输，需要海量的数据存储能力，此外，数字能源技术强大的数据分析能力和辅助决策能力可以保障据高效筛选、处理，将帮助管理者从宏观上实现对能源网络的优化管理和调度，同时引导能源互联网的参与者调整自身的能源生产和消费行为，从而实现对能源资源的有效利用。(7)具备规范的业务执行标准规范的业务执行标准，将保障整个能源互联网的标准化运作，从而使得能源生产、消费和交易的过程更规范、更高效。(8)具备坚强的网络信息安全保障能力能源的生产和消费安全直接关系到社会稳定和国家安全，因此，具备最坚强、最可靠的信息安全保障能力，是对能源互联网信息技术最基础、最重要的要求。2.3.4需求侧响应技术需求响应概念源自需求侧管理，主要包括基于价格的需求响应与基于激励的需求响应两种基本形式，近年来随着数字能源技术的发展正逐步从电力行业延伸至天然气行业。电力、天然气的供销具有非常相似的特点：(1)通过电网、天然气管网直接供应到用户侧，供应能力受到网络容量限制；(2)大规模储存能力较差，生产与消费基本上实时平衡，电力尤为苛刻；(3)负荷相对集中在经济发达区域，且均存在季节性、日周期性的高峰和低谷，需要必要的调峰手段满足供应需求。区别于发电侧、气田侧的调峰手段，电力/天然气多能互补需求响应主要是在需求侧引导用户改变用电、用气行为习惯，并利用电力与天然气的互补、耦合特性，最大限度提高综合能源利用效率。(二)应用场景(1)基于价格的需求响应：一般由用户根据自身情况和价格信息决定是否实施需求响应，主要包括阶梯电/气价、分时电/气价、尖峰电/气价。由运行人员决定是否实施需求响应，主要包括直接负荷控制、可中断负荷等。该方法通常结合数字能源技术，需要一定的需求侧管理平台(需求响应功能)、负荷控制系统、用户用能管理系统、智数字能源发展白皮书能家居以及必要的信息通讯作为支撑，实施门槛较高。2.3.5虚拟电厂技术(一)技术特点虚拟电厂通过通信、数字能源技术等，实现分布式电源、储能系统、电动汽车等分布式能源的聚合，使这些小容量分布式能源通过互补运行能够实现对外整体出力平稳，对电网呈现虚拟发电特点，可以被看作一个独立的发电厂参与电力系统运行和调度，在电力市场环境下充分发挥分布式能源所带来的经济效益和环境价值。与传统电厂相比，虚拟电厂具有几点不同的特征：(1)所包含的资源具有多样性：虚拟电厂既能实现多种能源联合供应，保障电力系统的用电需求；还能聚集分散的需求响应资源，利用分时电价、可中断负荷，等措施改变用户用能行为，提升系统运行效率。(2)具有显著环保效应：虚拟电厂通过节能技术、数字能源技术以及负荷管理手段以降低电力需求，以低排放甚至零排放的运行管理方式实现了虚拟电厂电力生产。(3)运行管理具有协同性：虚拟电厂通过系统控制中心实现了对不同区域、不同特性的分布式能源的集中管理，通过整合电源资源，可控负荷资源、储能资源等，全面参与电力产业链中的所有环节，与多种电力市场参与者形成良性互动。不同VPP运营管理者能通过相互协助与共同合作来促使了虚拟电厂参与不同类型电力市场的交易。(二)应用场景(1)聚合多种分布式电源的虚拟电厂：通过将一定区域内多种分布式电源进行聚合，作为一个整体参与电力市场，通过优化调度以提高分布式电源的供电可靠性；(2)聚合分散储能/电动汽车的虚拟电厂：将分散的储能装置、电动汽车聚合起来，通过数字能源技术合理规划控制及充分利用电动汽车的充放电过程，与电网进行良性互动，帮助实现电力削峰填谷，平滑负荷波动，提高设备利用效率，促进风光消纳；(3)聚合分散可控负荷的虚拟电厂：利用负荷集成商聚合大型工业用户的机械设备可控负荷、公建楼宇中的中央空调负荷等，通过实施激励补偿机制，鼓励主动参与需求响应，降低或转移高峰用电负荷，或是在紧急情况下提供备用辅助服务；(4)综合聚合上述分布式能源的虚拟电厂：综合聚合多种分布式电源、储能装置、电动汽车、可控负荷资源，或者其中的任意组合，保证所接入的电力系统能够可靠、经济、可持续运行。2.3.6智能建筑智能建筑是将建筑技术、通信技术、数字能源技术、计算机技术和控制技术等各方面先进技术数字能源发展白皮书相互融合、集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。和其他国家的智能建筑相比，我国更加注重智能建筑的节能减排，更加追求的是智能建筑的高效和低碳。近几年提出的“绿色建筑”也属于智能建筑的范畴。智能建筑涉及的领域较为广泛，包括电气、电子、计算机、自动化、暖通空调、能源利用、系统集成等多方面的内容，其实施是一个完整的系统工程项目。(二)应用场景根据建设位置的差异，智能建筑的功能设计也存在一定的差异，具体分析见表2.2。表2.2智能建筑应用场景分析建筑类型主要能耗负荷特性医院建筑、宾馆建筑电、天然气、水、风空调制冷、热水、蒸汽通风、照明及其他设备用电水需求量大，照明占比较大；高，夜间较低。储能设备、蓄冷空调行、热泵系统、冷热源组合、光伏幕墙、节能照明电、风空调制冷/制热、照明1.夏季制冷能耗较占比一半左右，其次为照明负荷；2.负荷基本集中在白天上班时段。蓄冷空调、夜间自然通风、热泵系统、光伏幕墙、节能照明电、水、风生产设备用电、空调制冷、通风散热、照明用电1.制冷、散热需求2.负荷基本集中在白天上班时段。蓄冷空调、中水回收利用、余热废热回收、屋顶光伏公共设施建筑(博物馆、会展中心等)电、水、风制热1.照明能耗占比最2.负荷基本集中在白天上班时段。伏、节能照明电能、天然气、水生活用气、取暖(空调/水暖/电暖)、家用电器用电日负荷呈早晚双高峰，其余时间均较2.3.7清洁能源汽车(一)技术特点现阶段清洁能源汽车包括纯电动汽车、插电式混合幼力汽车、燃料电池汽车、天然气汽车、甲醇汽车、太阳能汽车等，各种清洁能源汽车的主要技术特点见表2.3数字能源发展白皮书表2.3清洁能源汽车分析名称优点低排放、低能耗、性能优越，燃料利用率高。价格高，长时间高速运行耗油大。油电混合动力零排放、低耗能、噪音低，节能大。电池价格高、续航里程较短、电池组寿命短、充电时间长。电动机零排放、低能耗、噪音低、能量转化率高，不需要充电，燃料来源广泛，寿命长。电池制造成本高、技术不成熟，氢安全性问题。天然气汽车低排放、低能耗、安全性好、噪音低。行驶距离短，功率下降，点火所需能量大。甲醇汽车资源储量大，可循环利用，能耗低，研发投入成本低，能源安全。冬天启动难。甲醇结构简单，制造难度低，无污染，无噪音，低能耗。材料成本高、转换效率低、不稳定、太阳能地区差异大，体积大。(二)应用场景(1)混合动力汽车是当下主流的新能源汽车方案，具有众多优良特点，技术比较成熟，应用场景较广，但是混合动力汽车目前主要是以传统化石能源为主、新能源为辅，未来的发展有一定的局限性，目前作为纯电动汽车的过渡阶段。(2)纯电动汽车能源利用率高，能耗低，使用成本也较低，但现阶段续航里程较短，因此适合在充电基础设施较为完善的城区使用，主要面向中短途乘用车和轻型车辆，比如出租、环卫、公务、邮政、机场等公共服务领域的市场。未来，随着纯电动汽车的技术突破，纯电动汽车将逐步替代传统汽车以及混合动力汽车大部分细分市场。(3)由于燃料电池技术和成本的制约，补给站点设施不够完善，短时间内燃料电池难以应用到乘用车市场。故以柴油机为动力的大型客车、重型载重车等大功率、长距离固定路线场景车型将成为燃料电池汽车的重要先行领域。(4)针对天然气汽车，CNG汽车续航里程较短，主要适合在市区小范围活动；LNG汽车续航里程是CNG汽车的3倍左右，适合发展长途公共交通。(5)甲醇汽车现已开始在国内部分地区试点推广，甲醇汽车资源广，可在公务车、出租汽车、短途客运等领域使用甲醇汽车；太阳能汽车目前处于实验室阶段，应用受太多因素制约，但是太阳数字能源发展白皮书能为纯电动汽车的基础充电设施提供辅助电能来源。2.4数字孪生技术2.4.1大数据分析技术大数据分析技术可以实现分布式可再生能源的大规模接入，具有微网集群间或微网和主干网间的电力双向自由共享，用户按需响应，以及利用大规模储能设施实现削峰填谷等功能。系统具有很大的计算复杂度和较严格的处理传输时延，以及海量的数据存储需求。同时，能源互联网由于其开放、对等、互联、分享等特征决定了大数据分析有其自身的特点和要求。能源互联网的能量和信息交换是以开放平台和架构为基础的，任何节点(无论是电源、电网还是用户)都可以随时加入和离开，这对于大数据管理的标准化和安全性方面的要求都会比较高。能源互联网节点间是对等互联进行能量和信息交换的，相当于一方面要完成传统能量管理系统的功能，同时还要保证系统的分散协同。例如一个区域能源互联网就要具有独立运营实体和能量管理，保证其运行的稳定性、电能质量、以及与用户的互动等，都对数据的采集、通信和处理提出了更高的要求。能源互联网要支持灵活的能量和信息分享，尤其是新能源的接入、分散式能量管理和与用户负荷互动的加强，对数据处理的实时性提出了更高的要求。能源互联网是未来实现电力市场和实时电价的基础，因此大数据处理的实时性要支持从底层的能量交换控制、上层的能量路由与管理，乃至新的商业模式和市场机制等等，大数据采集、分析和处理的速度要求更高。大数据系统需要非常大的数据处理、传输和存储能力，目前云计算平台是最符合要求的计算基础设施。云平台实现了计算资源和物理资源的虚拟化，通过资源池对处理能力进行快速动态分配和调用，具有一定的可伸缩性，能够最大限度地利用已有计算能力，降低运行成本，节省用户开支。同时，云平台还具有一定的安全性，可以保证用户数据不被窃取。大数据与云平台的结合，将成为能源互联网的基本性能支撑。能源互联网侧重分布式能源和可再生能源的接入和互联，大数据分析在能源互联网中的应用包括负荷建模、负荷预测、状态评估、电能质量监测与控制、需求侧管理与响应、分布式能源接入、多能调度规划、自动故障定位、系统安全与态势感知等。(一)负荷建模作为电力大数据和云平台的结合，负荷云库概念被提了出来。负荷云库主要利用云平台存储的能源互联网负荷相关数据进行大数据分析，以辅助实现能源互联网相关应用。例如，对于负荷建模，所考虑的数据越全面，采样频率越高，数据质量越好，负荷参数估计的精确度和鲁棒性也会越好，其大数据应用性能将会得到明显提升。而根据负荷云库的设计，可以提供经过预处理的，与能源互数字能源发展白皮书联网范围内负荷有关，覆盖各个方面和技术细节的海量数据，从而将显著提高负荷建模的性能，进而提高电力系统的整体性能。负荷建模是能源互联网大数据分析的主要应用，其结果可以用于负荷预测、电力调度、故障定位和实时仿真。负荷建模决定了能源互联网大数据分析的整体性能，具有非常重要的地位。传统电网中，负荷辨识是一个难以解决的问题。由于缺乏整体全面的监测数据，导致只能以保守度换取大的可靠度，不仅造成设备的冗余，系统的运行效率也受影响。能源互联网阶段，采用先进的信息通信技术，系统可以采集到覆盖整个系统的全面海量数据，在大数据分析技术的支撑下，电力负荷的精确辨识将成为可能。(二)负荷预测能源互联网的正常运行和调度离不开负荷预测。为了实现负荷预测，除了利用大量在线数据，还需要海量的历史同期数据和天气环境数据，大数据技术支持必不可少。对于传统的负荷预测，由于数据的不充分和分析能力受限，难以得到十分有用的结果，能源互联网的出现改变了这一局面。通过大数据采集和高性能分析技术，精确负荷预测将成为可能。未来的负荷预测将向着适应各种时间维度和空间复杂度，预测结果更加精确、更加及时有效的方向发展。(三)状态评估状态评估主要对状态进行分类以确定系统所处的状态。如基于电压的稳定性评估，决定系统是否处于失稳状态。根据电力系统所处的状态，可以制定相应的操作决策。由于对每个监测点都需要进行相应的时间序列分析，同时需要考虑节点间的位置关系，节点多、采集频率高，计算任务重，需要大数据分析技术的支持。将状态评估应用于大的电力网络，需要进一步提升其计算效率和分类准确性。随着能源互联网性能要求的提高，需要扩大状态评估的范围，考虑节点间的关系，达到对网络整体性能的了解，实现全局状态评估。(四)电能质量监测与控制电能质量包括输变电网络的各种电气特征，如有功、无功、压降、谐波和频率波动等。电能质量决定了电网的性能和用户的用能体验，是用户和电网运营商的主要交互信息之一，将最终决定双方的收益，因此不可忽视。随着分布式电源越来越多地接入配电网，用户对电能质量的要求越来越高。对于能源互联网，为了解决传统电网的计算精度不足等问题，一个基本的前提就是提高采集点的数量和采集数据的频率，尤其对于电压暂降等暂态问题的分析，其规模将达到大数据实现的程度。因此，该功能同样需要大数据分析。(五)需求侧管理与响应随着的能源互联网的发展，用户既是消费者，又是生产者。通过电力网络通信技术，用户能够与发电方进行交互，协商决定电能的使用。同时，用户间也可以进行能源共享，供需关系变得复杂化。数字能源发展白皮书因此，需求侧管理在能源互联网中变得更加重要。需求侧管理需要利用海量的实时和历史数据实现负荷预测相关功能。网络越大，数据量越大，大数据分析工具将是重要手段。(六)分布式能源接入分布式能源的大规模接入是能源互联网的基本特征之一，体现了能源互联网的优越性和先进性，同时也将影响网络的稳定性。随着能源互联网的发展，分布式能源的接入规模将越来越大，所采集的能源设备状态数据和电力相关数据也随之增加，需要使用大数据分析技术对其进行分析预测和有效调度。对于能源互联网，分布式能源接入主要通过微网实现。分布式能源接入将向着更大规模接入和更有效本地消纳、更高传输效率与共享、多能互补等方向发展。(七)多能调度规划分布式能源的接入提高了电力网络的经济性和灵活性，但各种分布式能源的生产特性互不相同，且有一定的互补性，统一调度与规划才能同时提高系统的经济性和稳定性。因此多能调度与规划是必要的。随着调度规划所需的数据量不断扩展，且性能要求不断提高，大数据分析将是有效的技术。(八)自动故障定位借助于大数据分析技术(如关联方法)与传统故障定位技术相结合，有可能提高定位精度和速度。能源互联网中的故障定位将向着适应复杂拓扑结构、多电源、源—网一荷协同，进一步提高定位精度和减少定位时延的方向发展。(九)系统安全系统安全贯穿于整个电力网络。系统安全将向着集中控制与分散协作相结合，整体控制与局部控制并重的方向发展。对于能源互联网，信息系统与控制系统将紧密耦合，对系统安全的要求更高。(十)态势感知态势感知用于电力系统并不少见，目前，基于配电网络的态势感知仍处于研究阶段，其计算量较大，花费时间较长，感知效果并不理想。对于能源互联网态势感知同样是不可或缺的，它可以对网络运行状况及发展趋势进行实时感知和预判，从而提前做出决策，进行有效控制，实现系统即测、即判、即控的目标。随着监测节点的增加，态势感知所需分析的数据组合将呈爆炸性的增长，对大数据分析技术的使用成为必然。以上列举的应用相互之间有一定的依赖和支撑关系，它们共同构成了能源互联网大数据分析系统的应用场景。此外，实际上能源互联网的实现还涉及设备管理、能量交易、运营管理、服务政府等其他方面的应用，也都需要大数据技术的支撑。能源互联网是未来实现电力市场和实时电价的基础，因此大数据处理的实时性要支持从底层的能量交换控制、上层的能量路由与管理，乃至新的商业模式和市场机制等等，大数据采集、分析和处理的速度要求更高。在微观层面上，一方面，用户可以随时随地、按自身需求订制信息服务，便捷地获取能源资源信息；另一方面，大数据信息处理技术能够在精确分析用户综合用能习惯的基础上，在多个用户之间进行比较分析，为用户提供能源综合利用优化方案，引导用户用能与能源供应相协调。数字能源发展白皮书在宏观层面上，大数据技术将发挥数据汇总、分析、传输的职能，起到衔接各个技术模块的关键作用。规划前期，能源规划的基础数据通过大数据采集技术汇总到云端，由大数据可视化技术、大数据分析及展现技术分析计算各个规划方案的经济指标，与广域能源优化配置规划技术相结合，制定优化的规划方案；在系统运行过程中，各个能源模块之间的实时运行数据也将上传至云端，通过大数据分析技术、大数据展现技术等模拟仿真技术，预测能源模块之间的能量流，与多能流互补控制技术相结合，实现能源资源的实时优化调度与合理化分配。2.4.2文本挖掘技术文本挖掘是抽取有效、新颖、有用、可理解的、散布在文本文件中的有价值知识，并且利用这些知识更好地组织信息的过程。文本预处理(特征提取)文本挖掘是信息挖掘的一个研究分支，用于基于文本信息的知识发现。文本挖掘利用智能算法，如神经网络、基于案例的推理、可能性推理等，并结合文字处理技术，分析大量的非结构化文本源(如文档、电子表格、客户电子邮件、问题查询、网页等),抽取或标记关键字概念、文字间的关系，并按照内容对文档进行分类，获取有用的知识和信息。文本挖掘作为一个新的数据挖掘领域，其目的在于把文本信息转化为人可利用的知识。文本挖掘的关键技术包括文档聚类、文档分类和自动文摘三种主要技术。文档聚类可以发现与某文档相似的一批文档，帮助知识工作者发现相关知识；其次，文档聚类可以将一个文档聚类成若干个类，提供一种组织文档集合的方法；再次，文档聚类还可以生成分类器以对文档进行分类。文档聚类可用于提供大规模文档集内容的总括；识别隐藏的文档间的相似度；减轻浏览相关、相似信息的过程。聚类方法通常有层次聚类法、平面划分法、简单贝叶斯聚类法、K-最近邻参照聚类法、分级聚类法、基于概念的文本聚类等。文档分类，分类和聚类的区别在于分类是基于已有的分类体系表的，而聚类则没有分类表，只是基于文档之间的相似度。由于分类体系表一般比较准确、科学地反映了某一个领域的划分情况，所以在信息系统中使用分类的方法，能够让用户手工遍历一个等级分类体系来找到自己需要的信息，达到发现知识的目的，这对于用户刚开始接触一个领域想了解其中的情况，或者用户不能够准确地表达自己的信息需求时特别有用。传统搜索引擎中目录式搜索引擎属于分类的范畴，但是许多目录式搜索引擎都采用人工分类的方法，不仅工作量巨大，而且准确度不高，大大限制了其作用的发挥。另外，用户在检索时往往能数字能源发展白皮书得到成千上万篇文档，这让他们在决定哪些是与自己需求相关时会遇到麻烦，如果系统能够将检索结果分门别类地呈现给用户，则显然会减少用户分析检索结果的工作量，这是自动分类的另一个重要应用。文档自动分类一般采用统计方法或机器学习来实现，常用的方法有简单贝叶斯分类法，矩阵变换法、K-最近邻参照分类算法以及支持向量机分类方法等。自动文摘能够生成简短的关于文档内容的指示性信息，将文档的主要内容呈现给用户，以决定是否要阅读文档的原文，这样能够节省大量的浏览时间。简单地说自动文摘就是利用计算机自动地从原始文档中提取全面准确地反映该文档中心内容的简单连贯的短文。自动文摘具有以下特点：①自动文摘应能将原文的主题思想或中心内容自动提取出来；②文摘应具有概况性、客观性、可理解性和可读性；③可适用于任意领域。按照生成文摘的句子来源，自动文摘方法可以分成两类，一类是完全使用原文中的句子来生成文摘，另一类是可以自动生成句子来表达文档的内容。后者的功能更强大，但在实现的时候，自动生成句子是一个比较复杂的问题，经常出现产生的新句子不能被理解的情况，因此目前大多用的是抽取生成法。目前文本挖掘技术在电力企业已经得到广泛应用，如深圳供电局在日常工作中发现，客服工单中记录了客户用电咨询、用电报表、电量电费查询、停电信息咨询、停电通知、故障报修、投诉举报等服务过程信息，这些信息中隐含有用户大量的用电需求及潜在投诉风险，而传统客服工单分析往往仅以结构化数据为唯一数据源进行分析，导致非结构化客服工单中数据价值难以体现。因此深圳供电局以文本挖掘技术为手段，通过文本数据收集、建立分词词典、进行词频分析及关键词确认，最后再从用户投诉原因及用户诉求两个方向，进行统计分析，从而准确掌握用户投诉、抱怨主要原因及各相关因素重要性程度，同时准确掌握用户诉求并制定相应的营销策略，使得客户服务质量得到大幅提升。2.4.3知识图谱技术根据能源互联网多能出力和负荷历史统计数据、天气信息、地理信息等信息，建立用户用能特征输入数据序列，利用RFM消费特征模型用于原始用户数据的挖掘、提炼并对不合理数据进行辨识修正，得到预处理后的用户特征数据；建立基于知识图谱Tensor张量分级、K-Means及几何模板匹配等方法对用户用能特性偏好、消费类型习惯等多维细粒度行为数据的多切面实体分类的标签化属性抽象，生成若干个用户类别的标签数据，并建立基于深度神经网络的用户需求特征时间序列聚类模型；研究考虑产能特性、供求特性以及用能特性等差异的用户响应弹性及消费驱动因素，建立差异化用户响应潜力评估方法。此外还需要针对相应的电价政策和市场机制，研究定制化及套餐化的用户侧需求响应方法，并通过配置合理高效的需求响应系统，包括主站系统、通信网络、智能终端，依照开放互联协议，实数字能源发展白皮书现电价激励信号、用户选择及执行信息等双向交互，达到用户负荷自主可控的目的。在能源互联网中，多种用户侧需求响应资源的优化调度将提高能源综合利用效率。企