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三新能源基礎(chǔ)設(shè)施將成為智能時(shí)代的能源底座
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 中國(guó)移動(dòng)    2024-10-10

未來(lái)十年，傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的主力地位將逐步動(dòng)搖，風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源將成為新增能源主力。

消費(fèi)側(cè)電氣化進(jìn)程加速，電動(dòng)汽車、氫能、儲(chǔ)能、熱泵、儲(chǔ)熱等技術(shù)快速發(fā)展，交通、供暖等用能終端電代油、代氣、代煤的步伐不斷加快。能源系統(tǒng)將接入越來(lái)越多的高級(jí)“插件”，信息流和能量流充分融合形成一個(gè)能源云“操作系統(tǒng)”，聯(lián)接能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)，促進(jìn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、人等各能源參與方互聯(lián)互通，真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)式的雙向交互。

在眾多的能源場(chǎng)景變革中，以光伏為代表的新型電力系統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施，以電動(dòng)汽車為代表的新型電動(dòng)出行能源基礎(chǔ)設(shè)施，以及以ICT 能源基礎(chǔ)設(shè)施為代表的新型數(shù)字產(chǎn)業(yè)能源基礎(chǔ)設(shè)施，蘊(yùn)藏著巨大的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新機(jī)遇。

在電力生產(chǎn)端，到 2030 年可在生能源占全球發(fā)電總量比例將超過(guò) 65%，光伏的度電成本將低至 0.01 美元，全球裝機(jī)總量將接近 6000GW。在能源消費(fèi)側(cè)，電氣化率將達(dá)到 30%，電動(dòng)汽車年充電量將超過(guò) 1.1 萬(wàn)億度，超過(guò) 80% 的 ICT 能源基礎(chǔ)設(shè)施將采用綠能供電。

1、新型電力系統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施將以清潔能源為主體，初步形成“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化

（1）“光伏平價(jià)”走向“光儲(chǔ)平價(jià)”，光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入“光伏 + 儲(chǔ)能”平價(jià)時(shí)代

通常用 LCOE （ Levelized Cost of Electricity，平準(zhǔn)度電成本）來(lái)衡量光伏電站整個(gè)生命周期的單位發(fā)電量成本，并可用來(lái)與其他電源發(fā)電成本對(duì)比。在全投資模型下，LCOE 與初始投資、運(yùn)維費(fèi)用、發(fā)電小時(shí)數(shù)有關(guān)。

2030 年光伏發(fā)電 LCOE 度電成本可能低至 0.01 美元。光伏電站一般由光伏組件和光伏系統(tǒng)平衡部件 (Balanceof System，BOS) 構(gòu)成（平衡部件一般包含電纜、逆變器、接線等）。目前普遍投資模型中，光伏組件投資占比約占 45%，未來(lái)十年受光伏組件發(fā)電效率提升，技術(shù)工藝提升，制造環(huán)節(jié)成本下降等綜合因素的影響，光伏組件占系統(tǒng)成本比例將降低到 30% 以下。

涉及 LCOE 的其他 BOS 部件及整體運(yùn)維的成本占比提升，其相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新也在不斷提升光伏發(fā)電的整體成本競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電池和系統(tǒng)技術(shù)加速演進(jìn)，儲(chǔ)能 LCOS（Levelized Cost of Storage，平準(zhǔn)儲(chǔ)能成本）也在不斷降低，推動(dòng)儲(chǔ)能逐步成為電力系統(tǒng)主力調(diào)節(jié)資源?！?strong>光伏平價(jià)”走向“光儲(chǔ)平價(jià)”，光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入“光伏 + 儲(chǔ)能”平價(jià)時(shí)代，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速成長(zhǎng)期，在新能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰、峰谷套利等商業(yè)場(chǎng)景中體現(xiàn)出巨大價(jià)值。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能各種技術(shù)路線齊頭并進(jìn)。

在中國(guó)，抽水蓄能的裝機(jī)量占比從 2016 年的 97% 下降到2023 年的 67%，鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、飛輪儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等不同形式的儲(chǔ)能占比不斷上升。我們預(yù)測(cè)到 2030 年，全球儲(chǔ)能年度新增裝機(jī)將從目前的 46GW 增長(zhǎng)到超過(guò)140GW, 隨著化石能源發(fā)電機(jī)組逐步退出，各種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將成為新型電力系統(tǒng)的主力調(diào)節(jié)資源。

（2）智能光風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電機(jī)助力新能源成為主力電

光風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電機(jī)技術(shù)助力增強(qiáng)電網(wǎng)韌性。光伏發(fā)電的波動(dòng)性、間歇性常被比喻為“我行我素”的“自轉(zhuǎn)”，接入電網(wǎng)發(fā)電時(shí)需常規(guī)電源提供調(diào)峰和備用等輔助服務(wù)才可以滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求。大量的風(fēng)力和光伏發(fā)電接入帶來(lái)一系列新的系統(tǒng)問(wèn)題與挑戰(zhàn)，如系統(tǒng)慣量、頻率調(diào)節(jié)能力降低，系統(tǒng)電壓調(diào)控能力減弱，故障與震蕩特性發(fā)生重大變化，會(huì)讓電網(wǎng)越來(lái)越“脆弱”。如何讓風(fēng)力和光伏發(fā)電與電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)椤?strong>協(xié)調(diào)統(tǒng)一”的“公轉(zhuǎn)”，是支撐新能源大量接入，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

電網(wǎng)中傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組一般由火電廠或水電廠承擔(dān)，采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)，可以提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐，且易于進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。隨著傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組的不斷減少退出，非同步機(jī)電源將會(huì)在電網(wǎng)中占非常高的比重，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性發(fā)生本質(zhì)變化。

這就需要新能源也要能模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)組的技術(shù)指標(biāo)，主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率、電壓波動(dòng)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。光風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電機(jī)技術(shù)將電力電子技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)充分融合協(xié)同，模擬同步發(fā)電機(jī)組的機(jī)電暫態(tài)特性，具有同步發(fā)電機(jī)組的慣量、阻尼、一次調(diào)頻、無(wú)功調(diào)壓等并網(wǎng)運(yùn)行外特性，推動(dòng)風(fēng)力和光伏發(fā)電技術(shù)指標(biāo)向火電靠攏，光風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電機(jī)技術(shù)有效提升對(duì)新能源系統(tǒng)運(yùn)行的主動(dòng)支撐和并網(wǎng)友好性能，使新能源成為優(yōu)質(zhì)電源，為大量新能源接入提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

（3）數(shù)字化和 AI 技術(shù)快速發(fā)展，在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，支撐智慧能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

低碳化、電氣化趨勢(shì)下，電力系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，包含萬(wàn)億級(jí)測(cè)點(diǎn)、萬(wàn) TW 級(jí)能源交易量、億級(jí)設(shè)備量，對(duì)算力需求越來(lái)越高，要求秒級(jí)快速調(diào)度、多能綜合優(yōu)化，AI 成為能源變革的關(guān)鍵技術(shù)。在發(fā)電側(cè)，數(shù)字技術(shù)與光伏技術(shù)融合，運(yùn)維管理、生產(chǎn)管理和資產(chǎn)管理變得極簡(jiǎn)、智能、高效。光伏電站從一個(gè)啞電站變成一個(gè)有機(jī)的智能生命體。

AI 將代替專家職能，使能光伏電站自主協(xié)同優(yōu)化。通過(guò)對(duì)天氣變化的預(yù)測(cè)，采用智能跟蹤算法，讓組件、支架、逆變器協(xié)同運(yùn)行，找到最佳角度，釋放最大潛力。AI 可以精準(zhǔn)定位故障，將單人運(yùn)維工作量從“月”降低到“分鐘”，全面提升發(fā)電效率和重構(gòu)運(yùn)維體驗(yàn)，助力電站生產(chǎn)力和安全性提升。預(yù)計(jì)2030 年光伏電站應(yīng)用 AI 技術(shù)比例達(dá)到 90%。

在電網(wǎng)側(cè)，通過(guò) AI 算法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的發(fā)電功率預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)，提升能源調(diào)度效率。對(duì)輸電線路巡檢使用 AI 模型，可以將作業(yè)效率提升 80倍，大幅減少停電時(shí)間。在用電側(cè)，利用 AI 技術(shù)進(jìn)行綜合能效管理，可以將綠能應(yīng)用效率提升 15% 以上。在虛擬電廠和電力交易市場(chǎng)上，AI 智能體可以通過(guò)群體智能、博弈智能，為交易主體提供最佳決策方案。

（4）能源云將能量流和信息流智能融合，源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)協(xié)調(diào)互濟(jì)

能量流與信息流融合，構(gòu)建一朵能源云，將作為數(shù)字能源世界的“操作系統(tǒng)”，統(tǒng)領(lǐng)信息流、調(diào)控能量流，真正實(shí)現(xiàn)“比特管理瓦特”，持續(xù)推進(jìn)能源革命。未來(lái)的能源系統(tǒng)將以電力系統(tǒng)為關(guān)鍵承載，而電力系統(tǒng)需要將發(fā)、輸、配、用、儲(chǔ)的各個(gè)環(huán)節(jié)全面構(gòu)建在數(shù)字技術(shù)與電力電子技術(shù)之上。

一方面提升對(duì)新能源的“可觀、可測(cè)、可控、可調(diào)”水平，解決新能源接入系統(tǒng)的脆弱性，提高新能源消納水平；另一方面提升對(duì)微電網(wǎng)、綜合能源、分布式電源等海量末端系統(tǒng)的群控群調(diào)能力，讓發(fā)電單元和用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)雙向互動(dòng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)可以使發(fā)電單元掌握用戶的消費(fèi)習(xí)慣，從而對(duì)發(fā)電量進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，達(dá)到提升資源利用率的目的，實(shí)時(shí)保障電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

? 能源云實(shí)現(xiàn)能量流跨時(shí)間、空間尺度的協(xié)同。能源資源與能源需求往往呈逆向分布的格局，以中國(guó)為例，西北、西南地區(qū)風(fēng)光水資源豐富但電力消費(fèi)需求較低，中東部、華南地區(qū)電力消費(fèi)需求高但是能源資源稟賦較差。高比例新能源集中接入下局部網(wǎng)架的高隨機(jī)性與波動(dòng)性，導(dǎo)致電力輸送瓶頸；在消費(fèi)側(cè)隨著電動(dòng)汽車、分布式電源等海量用戶和電源的廣泛接入，對(duì)于配電網(wǎng)資源需求不斷提高，區(qū)域電網(wǎng)越來(lái)越脆弱。

需要進(jìn)一步加強(qiáng)網(wǎng)架的分區(qū)與互聯(lián)功能，簡(jiǎn)化系統(tǒng)運(yùn)行方式、提高相互支援能力；加強(qiáng)故障隔離功能，避免連鎖故障引發(fā)骨干電網(wǎng)崩潰。能源云一方面可以提高配電網(wǎng)資源互濟(jì)功能，配合主動(dòng)配電網(wǎng)、柔性直流配電網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，支持微電網(wǎng)、虛擬電廠、綜合能源系統(tǒng)等多種場(chǎng)景的應(yīng)用；另一方面有助提升輸配電網(wǎng)的數(shù)字化與信息化水平，加強(qiáng)運(yùn)行的靈活性與適應(yīng)性，提升輸配電網(wǎng)控制能力。

? 能源云讓能源生產(chǎn)消費(fèi)關(guān)系具有更大彈性。在能源云的統(tǒng)一管理下，分布式的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)融合的綜合能源高度自治，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，平衡區(qū)域內(nèi)部能量消耗，實(shí)現(xiàn)本地能源生產(chǎn)與用能負(fù)荷基本平衡，確保能源生產(chǎn)和使用的智能化匹配及協(xié)同運(yùn)行，達(dá)到提升資源利用率的目的，如優(yōu)化算法確保光伏、儲(chǔ)能、風(fēng)電的發(fā)電運(yùn)行時(shí)間段與電力市場(chǎng)、天氣預(yù)報(bào)、生產(chǎn)需求等進(jìn)行協(xié)同，通過(guò)數(shù)據(jù)的整合，確保發(fā)電的組合最優(yōu)。

多個(gè)綜合能源進(jìn)行柔性互聯(lián)和數(shù)字化調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)能源供需更大范圍內(nèi)的平衡，在系統(tǒng)投資經(jīng)濟(jì)性、碳排放指標(biāo)、綜合能效等不同目標(biāo)下充分挖掘能源系統(tǒng)的靈活性，實(shí)現(xiàn)更廣泛能源形式之間的需求互補(bǔ)，多種能源靈活轉(zhuǎn)化和多能源綜合需求響應(yīng)，為電力系統(tǒng)消納可再生能源提供了額外彈性。

2、以智能充電網(wǎng)絡(luò)為代表的新型電動(dòng)出行能源基礎(chǔ)設(shè)施廣泛應(yīng)用，帶來(lái)出行變革

（1）交通出行全面電氣化轉(zhuǎn)型，電動(dòng)汽車發(fā)展加速

新能源汽車發(fā)展超預(yù)期，車電動(dòng)化已成不可逆趨勢(shì)。新能源汽車發(fā)展超預(yù)期，截至 2023 年底，中國(guó)新能源乘用車保有量 1800 多萬(wàn)輛，預(yù)測(cè)到2034 年新能源乘用車保有量將達(dá)到 1.8 億量，10 年增長(zhǎng) 10 倍。中國(guó)新能源商用車截至 2023年底保有量 244 萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)到 2034 年，保有量將達(dá)到 2200 多萬(wàn)輛，10 年增長(zhǎng) 9 倍，汽車電動(dòng)化已成為不可逆的趨勢(shì)。

2023 年全球電動(dòng)汽車充電量達(dá) 3000 億度，預(yù)測(cè)到 2033 年全球充電量將增長(zhǎng) 8 倍，達(dá)到 2.4萬(wàn)億度，相當(dāng)于全球社會(huì)用電量的 10%。充電網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是汽車電動(dòng)化的底座，是未來(lái)新型城市的基礎(chǔ)設(shè)施，但充電焦慮仍然是用戶選擇電動(dòng)汽車的第一痛點(diǎn)，是影響汽車電動(dòng)化發(fā)展的關(guān)鍵要素。

建好一張充電網(wǎng)絡(luò)，可加速提高電動(dòng)汽車的滲透率，從而繁榮本地產(chǎn)業(yè)和生態(tài)。充電網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)是地盤和流量生意，投資要支持未來(lái)平滑演進(jìn)，隨著電動(dòng)汽車數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)一定能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期收益。電動(dòng)汽車加速普及，私家車主已超過(guò)運(yùn)營(yíng)車主成為主力，其占比達(dá) 87%。

充電需求從運(yùn)營(yíng)車主的成本優(yōu)先，走向私家車主的體驗(yàn)優(yōu)先。當(dāng)前存量充電基礎(chǔ)設(shè)施仍然存在充不上、充不好、充不安心等問(wèn)題。多數(shù)充電設(shè)施一次充電成功率仍小于 85%；風(fēng)冷充電樁的高噪聲非常影響車主的充電體驗(yàn)；仍有 50% 以上熱失控事故發(fā)生在充電期間或充電后數(shù)小時(shí)內(nèi)，加劇了用戶選擇電動(dòng)汽車的顧慮。加速建設(shè)充電基礎(chǔ)設(shè)施是提升用戶體驗(yàn)，發(fā)展電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的重要措施。

（2）“超充、液冷、智能”充電網(wǎng)絡(luò)全面普及，推動(dòng)車與充電設(shè)施高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展

全面超充化是未來(lái)必然的發(fā)展趨勢(shì)。首先從技術(shù)角度來(lái)看，第三代半導(dǎo)體如以碳化硅、氮化鎵為代表的功率半導(dǎo)體已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)，并支持商用。第三代半導(dǎo)體技術(shù)上的成熟，一是為電動(dòng)汽車帶來(lái)效率上的大幅提升，二是其耐高壓能力，推動(dòng)電動(dòng)汽車架構(gòu)向高壓化演進(jìn)。而高壓化可以實(shí)現(xiàn)小電流大功率充電，進(jìn)一步推動(dòng)超充的發(fā)展。

作為電動(dòng)汽車的另一類核心部件，動(dòng)力電池也迎來(lái)了升級(jí)換代。在動(dòng)力電池系統(tǒng)中對(duì)充電功率影響最大的便是電芯，4C大倍率的電芯從 2023 開(kāi)始已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)，且價(jià)格在不斷降低，趨近于普通電芯，使車企更有動(dòng)力加快超充車型的開(kāi)發(fā)步伐。兩個(gè)因素作用下，超充化將是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)。2021 年，支持超充的車型只有 8 款，到 23 年底的廣州車展上，各大車廠公布的超快充車型已達(dá) 113 款。

從結(jié)構(gòu)性上來(lái)看，超充車型正由高端向中低端快速滲透，超充車型數(shù)量將快速提升。超充化對(duì)于商用車的價(jià)值更加巨大，在時(shí)間就是金錢的商用車使用場(chǎng)景里，超充節(jié)省的補(bǔ)能時(shí)間意味著更低的運(yùn)營(yíng)成本和更高的營(yíng)業(yè)收入。

全面高壓化，全面超充化，已成趨勢(shì)，預(yù)計(jì) 2030 年，超充車型保有量將超過(guò) 60%。充電場(chǎng)景在不斷地延伸，工況日益復(fù)雜多樣，如熱帶、海邊、礦區(qū)等，帶來(lái)高溫、高濕、高鹽、多塵的惡劣工作環(huán)境，對(duì)充電設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)充電設(shè)備采用風(fēng)冷或半液冷散熱模式，防護(hù)能力不足，充電模塊中的電路板和功率器件與外界環(huán)境直接接觸，濕塵和高溫導(dǎo)致模塊年失效率高達(dá) 3~8%，甚至更高。

充電設(shè)備使用壽命大幅降低，生命周期僅3~5 年。機(jī)柜風(fēng)扇和模塊風(fēng)扇屬于機(jī)械部件易損壞，還需要經(jīng)常清潔維護(hù)，一年至少需要 4次人工上站進(jìn)行清潔維護(hù)作業(yè)，極大地增加了場(chǎng)站運(yùn)維成本。因此，充電設(shè)備的散熱技術(shù)將由風(fēng)冷或半液冷向全液冷轉(zhuǎn)變，全液冷架構(gòu)是指終端、模塊、主機(jī)等都采用液冷散熱。全液冷設(shè)備可達(dá)到 IP55 及以上的高防護(hù)等級(jí)，可徹底隔絕與外界腐蝕性物質(zhì)的接觸與交換，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

同時(shí)，在大電流充電時(shí)，充電槍插接端口產(chǎn)生的高熱會(huì)被液冷線纜帶走并迅速降溫，功率器件所產(chǎn)生的熱量也能被液冷水道及時(shí)交換，系統(tǒng)還能根據(jù)散熱需求智能調(diào)控流速，達(dá)到精準(zhǔn)降溫。全液冷架構(gòu)帶來(lái)以下三大價(jià)值：高質(zhì)量，模塊年失效率低于千分之五；長(zhǎng)壽命，10 年及以上生命周期；廣覆蓋，不挑部署場(chǎng)景，簡(jiǎn)化運(yùn)維，極大地節(jié)約了運(yùn)維成本。

當(dāng)前存量充電網(wǎng)絡(luò)，仍然廣泛存在數(shù)字化孤島效應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)層、場(chǎng)站層、設(shè)備層、車輛層都存在數(shù)字化程度不充分，協(xié)同程度不夠的問(wèn)題。面向未來(lái)，實(shí)現(xiàn)全面智能化，需要實(shí)現(xiàn)“云站樁車”四層深度協(xié)同，帶來(lái)三重價(jià)值。

第一，更好地使能車樁協(xié)同。通過(guò)車機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛與充電樁的實(shí)時(shí)通信，根據(jù)車輛的電量、位置、目的地等信息，為車主提供最優(yōu)的充電方案和導(dǎo)航路線。通過(guò)采用無(wú)線充電、自動(dòng)插槍、自動(dòng)駕駛等技術(shù)，簡(jiǎn)化充電操作步驟，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程自動(dòng)化。采用區(qū)塊鏈、人臉識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電無(wú)感支付，提高充電支付安全性和便捷性。

第二，更好地支撐電網(wǎng)協(xié)同，通過(guò)毫秒級(jí)需求響應(yīng)，高精度智能調(diào)度，打造電網(wǎng)友好型充電網(wǎng)。能根據(jù)電力網(wǎng)的負(fù)荷、電價(jià)等信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電場(chǎng)站的運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)充電需求與電力供給的平衡和優(yōu)化。第三，充電網(wǎng)的全數(shù)字化運(yùn)維，通過(guò)云端管理、故障遠(yuǎn)程診斷、故障自恢復(fù)等技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、定位和處理充電網(wǎng)的故障和異常，減少人工巡檢和維修，提高充電網(wǎng)在線率和服務(wù)質(zhì)量，助力運(yùn)營(yíng)商更低成本運(yùn)營(yíng)、更廣范圍覆蓋。

（3）電動(dòng)汽車與各類能源系統(tǒng)深度融合互動(dòng)，成為重要的可調(diào)節(jié)資源

電動(dòng)汽車全面參與能源系統(tǒng)互動(dòng)，成為能量流控制的重要調(diào)節(jié)器。大規(guī)模電動(dòng)汽車和可再生能源推廣為“車網(wǎng)協(xié)同”提供了機(jī)遇。在發(fā)電側(cè)對(duì)大量靈活電源以及在需求側(cè)對(duì)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的需求都在不斷增加。與家用電器等負(fù)荷不同，電動(dòng)汽車作為負(fù)荷具有高度的靈活和可調(diào)節(jié)性。

在未來(lái)無(wú)線充電、智能充電、無(wú)人駕駛等技術(shù)成熟推廣后，電動(dòng)汽車可靈活地選擇充放換電，自主參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。這不僅可以降低電動(dòng)汽車充電對(duì)電網(wǎng)的影響，也可為電力系統(tǒng)調(diào)控提供新的調(diào)度資源，更能避免大量電網(wǎng)和電源相關(guān)的投資浪費(fèi)。2030 年，全球的電動(dòng)汽車存量可能突破 1.5 億輛。

在理想情況下能夠提供的儲(chǔ)能容量將相當(dāng)于 2020 年儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的 40 倍，具備作為可調(diào)節(jié)負(fù)荷以及靈活電源的潛力。電動(dòng)汽車以有序充電方式參與局部削峰填谷，利用峰谷電價(jià)差“套利”具有更可觀的經(jīng)濟(jì)性。

未來(lái)電動(dòng)汽車參與調(diào)頻輔助服務(wù)將具有更高的市場(chǎng)價(jià)值，電動(dòng)汽車可充分發(fā)揮其靈活負(fù)荷的優(yōu)勢(shì)，以有序充電方式參與用戶側(cè)的削峰填谷、分布式光伏充電、需求響應(yīng)、調(diào)峰輔助服務(wù)、現(xiàn)貨市場(chǎng)平衡等應(yīng)用。充電基礎(chǔ)設(shè)施一邊連接的是車輛、交通、出行，一邊連接的是豐富多樣的能源使用場(chǎng)景，是能源與交通互聯(lián)的能源入口、交易入口、交互入口、行為入口和信息入口，成為能源云的重要使能部件之一。

充電網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模新建以及數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)多層次的智能化提升：充電基礎(chǔ)設(shè)施的智能化可以實(shí)現(xiàn)充電網(wǎng)絡(luò)的可視、可管、可控、可優(yōu)，極大降低運(yùn)維、運(yùn)行成本和提升運(yùn)營(yíng)效率、收益。

充電樁作為數(shù)據(jù)接口，利用規(guī)模化、集成化、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)聯(lián)化優(yōu)勢(shì)，打造“車 -樁 - 電網(wǎng) - 互聯(lián)網(wǎng) - 增值業(yè)務(wù)”的智能充電網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展多種商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的良性循環(huán)。對(duì)充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)商而言，可以為商圈建設(shè)、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)、4S 店布局、二手車交易、數(shù)字支付、 電商運(yùn)營(yíng)等行業(yè)提供數(shù)據(jù)咨詢服務(wù)，依法合規(guī)變現(xiàn)，擴(kuò)大收入來(lái)源，提升市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)能力。對(duì)于地方政府而言，可以為城市規(guī)劃、電力調(diào)度、民生服務(wù)、基礎(chǔ)建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐，讓充電基礎(chǔ)設(shè)施成為智慧城市的重要組成部分。我們預(yù)計(jì)到 2030 年，電動(dòng)汽車年充電量將超過(guò)1.1 萬(wàn)億度。

3、新型數(shù)字產(chǎn)業(yè)能源基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)綠色、極簡(jiǎn)、智能、安全，助力數(shù)字世界堅(jiān)定運(yùn)行

2024 年，來(lái)自蜂窩網(wǎng)絡(luò)與固定寬帶的消費(fèi)者數(shù)據(jù)流量將以 29％的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)流量總量從 2018 年的 130 萬(wàn) PB 增長(zhǎng)到 2024 年的 580 萬(wàn) PB，這樣的增長(zhǎng)速度對(duì)現(xiàn)有的包括數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)等 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)全新需求，運(yùn)營(yíng)商、云廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等紛紛對(duì)其數(shù)據(jù)中心進(jìn)行升級(jí)、擴(kuò)容與擴(kuò)建。而數(shù)據(jù)中心在處理業(yè)務(wù)負(fù)載的過(guò)程中消耗大量電能，產(chǎn)生大量的間接碳排放。

構(gòu)建高效低碳的通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心已不僅僅是企業(yè)自身經(jīng)營(yíng)的需要，更是重大的社會(huì)責(zé)任。全球的領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商，在提供高質(zhì)量信息與通信技術(shù)服務(wù)的同時(shí)，已經(jīng)紛紛開(kāi)啟減碳宣言和行動(dòng)：Vodafone、Orange 提出在 2040 年實(shí)現(xiàn)“凈零”排放，而 Telefonica 則將目標(biāo)提前到 2030。此外，谷歌提出在 2030 年之前，實(shí)現(xiàn)在全球所有數(shù)據(jù)中心和園區(qū)全天候使用無(wú)碳能源。

微軟承諾到2030 年成為負(fù)碳公司，并在 2050 年消除微軟自 1975 年成立以來(lái)直接或通過(guò)用電排放的所有二氧化碳。中國(guó)北京市政府更是要求數(shù)據(jù)中心自建分布式可再生能源設(shè)施，同時(shí)到 2030 年實(shí)現(xiàn) 100% 清潔能源利用。

歐洲云基礎(chǔ)架構(gòu)和數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵參與者制定了一項(xiàng)自我監(jiān)管計(jì)劃《氣候中和數(shù)據(jù)中心公約》。除了數(shù)據(jù)中心本身的綠色低碳化迫在眉睫，作為承載千行百業(yè)的新型基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)中心可以有效促進(jìn)其所承載的高能耗行業(yè)進(jìn)行快速的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和低碳化轉(zhuǎn)型。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)的耗能產(chǎn)出結(jié)構(gòu)具有 " 二重疊加 " 的特殊屬性，即每 " 耗費(fèi) " 在數(shù)據(jù)中心上的一度電，其不僅僅是為數(shù)據(jù)中心企業(yè)貢獻(xiàn)了一定運(yùn)營(yíng)產(chǎn)值，同時(shí)也為運(yùn)行在其上的各種云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等應(yīng)用類產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)了大量運(yùn)營(yíng)產(chǎn)值。據(jù)測(cè)算，每消耗 1 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能夠?yàn)閿?shù)據(jù)中心直接貢獻(xiàn)產(chǎn)值 1.1 萬(wàn)元，并可貢獻(xiàn) 88.8 萬(wàn)元的數(shù)字產(chǎn)業(yè)化增加值，同時(shí)還可帶動(dòng)各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，間接產(chǎn)生 360.5 萬(wàn)元的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化市場(chǎng)（已剔除這些廠商業(yè)務(wù)中與數(shù)據(jù)中心不直接相關(guān)的部分）。

據(jù)全球電子可持續(xù)性倡議組織（GeSI）預(yù)測(cè)，到 2030 年，全球 ICT 行業(yè)碳排放占全球碳排放的 1.97%；而 ICT 技術(shù)通過(guò)使能其他行業(yè)，將幫助減少全球總碳排放的 20%，是自身排放量的 10 倍，這一現(xiàn)象被稱為 " 碳手印 "。

由此可見(jiàn)，數(shù)據(jù)中心的綠色低碳進(jìn)程不僅促進(jìn)自身的高質(zhì)量發(fā)展，還能賦能高能耗的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，通過(guò) " 上云用數(shù)賦智 " 行動(dòng)不僅僅實(shí)現(xiàn) " 一業(yè)帶百業(yè) "，同時(shí)帶來(lái) " 階乘降耗效應(yīng) "，對(duì)提升全社會(huì)生產(chǎn)效率和全要素生產(chǎn)率作用巨大。我們預(yù)測(cè)未來(lái)十年，ICT 能源基礎(chǔ)設(shè)施將朝如下幾個(gè)方向發(fā)展，超過(guò) 80% 的 ICT 能源基礎(chǔ)設(shè)施將采用綠能供電。

（1）“綠色電力”將帶來(lái)更多的“綠色算力”

全球數(shù)字化浪潮的推進(jìn)下，ICT 行業(yè)逐步成為“高能耗”行業(yè)，在減碳目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，ICT 基礎(chǔ)設(shè)施的綠色供能應(yīng)用成為必然方向，光伏、風(fēng)電、氫能等清潔能源將更普遍地應(yīng)用于 ICT能源基礎(chǔ)設(shè)施。

受惠于這些分布式能源的成本和靈活性優(yōu)勢(shì)，未來(lái)十年超過(guò) 80% 的 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施供電系統(tǒng)中將包含分布式的綠色能源，通信站點(diǎn)單站功耗較小，分布式光伏將可能成為主力供電形式，使能通信網(wǎng)絡(luò)走向“零碳”。

與傳統(tǒng)采用新能源 PPA（Power PurchaseAgreement，購(gòu)電合同）和購(gòu)買綠證不同，數(shù)據(jù)中心將更多的采用清潔能源直供模式，如在數(shù)據(jù)中心園區(qū)和屋頂建設(shè)分布式光伏電站，或在周邊區(qū)域建設(shè)大型光伏地面電站、風(fēng)電電站和其它清潔能源電站，直供數(shù)據(jù)中心。

在智慧化的調(diào)控下，這些傳統(tǒng)單向的分布式能源系統(tǒng)也將聚集參與電網(wǎng)調(diào)峰等輔助服務(wù)市場(chǎng)，輔助解決風(fēng)電、光伏隨機(jī)性和間歇性問(wèn)題，不僅提升了 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施的供電收益，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)資源商業(yè)價(jià)值最大化，也提高了整個(gè)能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）安全可靠始終是 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施最本質(zhì)需求

ICT 基礎(chǔ)設(shè)施是海量數(shù)據(jù)承載的物理基礎(chǔ)，是信息集中處理、計(jì)算、存儲(chǔ)、傳輸、交換、管理的核心資源基地，也是當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵保障，因此安全性是數(shù)據(jù)中心的生命。而基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性、安全性一直是較薄弱的環(huán)節(jié)，完善的端到端保障機(jī)制，是其生命周期內(nèi)安全穩(wěn)定運(yùn)行最牢靠的基座。

高可靠產(chǎn)品和專業(yè)化服務(wù)是保障基礎(chǔ)設(shè)施安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。每一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施的組成背后都有著數(shù)以千萬(wàn)計(jì)不同部件，在如此眾多的零部件組成下，為了確?；A(chǔ)設(shè)施具備高可靠性高安全性，需要從產(chǎn)品本源安全可靠出發(fā)到專業(yè)化團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)運(yùn)維，構(gòu)建端到端全鏈保障機(jī)制，才能確保其安全可靠。

以鋰電為例，規(guī)劃上就要考慮拉遠(yuǎn)部署或者按照獨(dú)立隔間、水消防等設(shè)計(jì)鋰離子電池室，建設(shè)上要選擇高可靠產(chǎn)品，同時(shí)在運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、安裝規(guī)范上進(jìn)行強(qiáng)管控，運(yùn)維上要有巡檢機(jī)制，構(gòu)建應(yīng)急響應(yīng)能力，端到端的保障數(shù)據(jù)中心運(yùn)行安全。

隨著 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施功率密度的提升，故障應(yīng)急處理的時(shí)間也大幅縮短，對(duì)于 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)提出了更高的挑戰(zhàn)。得益于人工智能技術(shù)的發(fā)展，使用 AI 技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和管理數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施成為可能。AI 算法可以從歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，預(yù)測(cè)和識(shí)別異常模式，從而使ICT 基礎(chǔ)設(shè)施的安全管理從被動(dòng)的救火模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的防火模式，從運(yùn)維手段上提升 ICT 基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性。

（3）ICT 能源基礎(chǔ)設(shè)施全面架構(gòu)重構(gòu)，融合極簡(jiǎn)，智能高效

網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心愈加龐大和復(fù)雜。對(duì)“簡(jiǎn)單”的持續(xù)追求驅(qū)動(dòng) ICT 能源基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu)在未來(lái)進(jìn)一步融合化極簡(jiǎn)化發(fā)展。如當(dāng)前通信站點(diǎn)多采用室內(nèi)站建設(shè)模式，采用傳統(tǒng)空調(diào)制冷，站點(diǎn)整體能效只有 60%。傳統(tǒng)供電方案設(shè)計(jì)中，一般會(huì)采用多套電源支持不同電壓制式，部署復(fù)雜。我們認(rèn)為未來(lái)十年通信站點(diǎn)的形態(tài)將發(fā)生巨大變化，以柜替房，以桿替柜成為主流建設(shè)模式，站點(diǎn)更簡(jiǎn)單、更省地、更省租金、更可靠。

數(shù)據(jù)中心的樓宇建設(shè)模式也將快速轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)混凝土式建筑周期往往超過(guò) 20 個(gè)月，建設(shè)周期長(zhǎng)，材料不環(huán)保，可回收性差。預(yù)制裝配式的數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式在未來(lái)十年將成為主流，一方面降低混凝土、橡膠、巖棉夾芯板等高碳排放材料應(yīng)用，同時(shí)又大量減少現(xiàn)場(chǎng)施工和后期維護(hù)，一千個(gè)機(jī)柜的數(shù)據(jù)中心只需要數(shù)月即可建成，滿足業(yè)務(wù)快速上線的需求。

在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心供電方案上，供電鏈路融合也將成為一種新的趨勢(shì)，匹配更多新能源接入、兼容多路能源供給、平滑演進(jìn)成為供電架構(gòu)演進(jìn)的方向。如多模式的調(diào)度控制和管理，模塊化的疊加演進(jìn)，多場(chǎng)景應(yīng)用下實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)、不同設(shè)備的融合。

我們看到這種融合架構(gòu)下的通信站點(diǎn)電源、電池正融合成刀片式架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電源、儲(chǔ)能、溫控及配電模塊化，按需演進(jìn)，滿足網(wǎng)絡(luò)跨代演進(jìn)。數(shù)據(jù)中心的變壓器、UPS（不間斷電源系統(tǒng)）、配電等全供電鏈路融合，節(jié)省占地。在備電方面更是全面鋰電化，實(shí)現(xiàn)發(fā)、儲(chǔ)、用電的智能協(xié)同，減少數(shù)據(jù)中心 UPS 的配置容量，降低數(shù)據(jù)中心占地及建設(shè)成本。

（4）DC for AI, AI for DC

隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)正在經(jīng)歷一場(chǎng)革命性的變革。AI 不僅能夠提升數(shù)據(jù)中心的能源效率，降低運(yùn)營(yíng)成本，還能在保障數(shù)據(jù)中心安全方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在安全領(lǐng)域，AI 能夠通過(guò)先進(jìn)的預(yù)測(cè)分析技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備如 UPS 系統(tǒng)中的電容和風(fēng)扇等進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，同時(shí)利用離群算法等手段，提前識(shí)別鋰電池的潛在故障，實(shí)現(xiàn)故障的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防，這類似于古代名醫(yī)扁鵲的 " 治未病 " 理念。在綠色節(jié)能方面，AI 節(jié)能算法通過(guò)實(shí)時(shí)分析和調(diào)整，優(yōu)化了數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)的人工調(diào)優(yōu)相比，AI 算法能夠根據(jù)實(shí)時(shí)天氣變化自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)制冷效率的顯著提升，據(jù)估計(jì)，整體制冷效率可以提高 8% 至 15%。在簡(jiǎn)化運(yùn)維方面，AI 的應(yīng)用極大地減少了日常運(yùn)維的工作量和難度。

例如，對(duì)于供配電系統(tǒng)的巡檢，傳統(tǒng)方法需要每天進(jìn)行 6 至 12 次現(xiàn)場(chǎng)抄表，而通過(guò) AI 技術(shù)，2000 個(gè)機(jī)柜的巡檢可以在短短 5 分鐘內(nèi)完成。此外，AI 運(yùn)維助手能夠?qū)崿F(xiàn) 24 小時(shí)不間斷的設(shè)備監(jiān)控，實(shí)時(shí)接收設(shè)備告警信息，并提供相應(yīng)的解決方案。

每月自動(dòng)生成的健康報(bào)告，為業(yè)務(wù)決策提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。AI 技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，不僅提升了運(yùn)營(yíng)效率，降低了能耗，還增強(qiáng)了數(shù)據(jù)中心的安全性和可靠性。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們有理由相信，AI 將成為數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)不可或缺的一部分，引領(lǐng)數(shù)據(jù)中心走向更加綠色、極簡(jiǎn)和安全的未來(lái)。

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