导语
2022年云栖大会期间，阿里云携手中国电力发展促进会联合发布《云上新型电力系统》报告，基于对双碳背景下电力行业的挑战与机遇的全面分析，结合电力数字化实践，提出“云上新型电力系统”及其发展思路，通过云和云上上数字技术构建“云上发电、云上电网、云上用电”的新模式，为城市、园区、工商企业以及居民用户等提供更加安全、高效、智能、经济的用能服务，助力全社会绿色生产和生活。
电力系统呈现新趋势
电力能源是关系国计民生的重要基础性战略产业，在大能源体系中发挥着能量传输和转换的枢纽平台作用，为我国经济社会的高质量发展提供坚强支撑。在国家双碳战略背景下，电力行业是主力军，数字化助力电力转型升级已成普遍共识，但面对复杂多变的外部环境和内部形势，电力发展呈现四大新趋势。
1 电力结构：双碳战略持续推进，新能源占比不断提升我国光电、风电等新能源在电力结构中的占比不断增加，截至2021年底，我国新能源发电装机规模约7亿千瓦，风电、光伏发电的装机容量分别达到3.28亿、3.06亿千瓦，稳居世界第一。风电和太阳能年发电量达到9785亿千瓦时，占全社会用电量的比重首次突破10%，达到11.7%。绿电比例的提升将对我国能源安全、可持续发展、经济增长起到重要促进作用。
图1 2011～2022年全国电力装机结构（单位：%）
2 电力模式：集中式与分布式并举导致能源开发利用更加复杂长期来看，集中式与分布式并举必将导致就地消纳与外送消纳并举、单品种开发与多品种互补并举、单一场景与综合场景并举，将催生出更多的分布式能源、微电网、储能等多种业务模式，从而导致能源开发利用模式变得更加复杂，能源系统也将面临更多的影响因素，新能源的大规模发展将由量变带来质变。对电网而言，以国家电网、南方电网为主的大电网将与多种电网形态相融并存，且频繁互动。
3 电力系统：电力电子化持续加速，电力系统运行特征改变明显电力系统中的电力电子化设备占比越来越高，设备与系统以及设备与设备之间的交互作用越来越复杂，电力系统软硬件系统集成、控制、分析等难度显著增加，电力系统运行特性也显著改变。因此需要以新视角、新理论、新方法来解决新问题，以实现电力系统安全、稳定、高效、长期地运行。
4 终端用能：用电需求多元化，终端用户由能源消费者向能源“产消者”转变我国电气化发展水平总体呈现稳步提升趋势，电能占终端能源消费的比重从1985年的7%升至2020年的27%左右。但是，与欧美国家相比，我国终端用能电气化无论是在城市还是乡村、企业还是家庭仍具有巨大空间，带动清洁能源生产与消费。
图2 电能在终端消费中的占比及预测
新趋势下，电力行业也面临新挑战，在发电侧，复杂环境下电力系统供需平衡面临挑战；在电网侧，现网结构下高比例新能源调度和消纳面临挑战；在用电侧，多元场景下高效满足用户用能需求面临挑战。
从“电力上云”到“云上电力”
面对上述趋势与挑战，该报告提出电力系统数字化发展正从“电力上云”向“云上电力”发展。
“电力上云”是技术布局，重点是基础设施的云化，侧重对传统IT架构的升级，新兴数字技术的引入和应用，线下业务线上化等，国内主要的大型电力企业纷纷开展了电力上云行动。
“云上电力”则代表了一种战略选择，云平台成为电力系统创新的重要载体，融合大数据、人工智能等技术，促进电力系统结构形态和运行模式创新，支撑电力新兴业务孵化培育，推动电力系统向更加灵活高效、智能友好的方向发展，与云平台协同演进。
图3 云上新型电力系统框架
“云上新型电力系统”是双碳战略下的重要选择，其意味着对电力资源的整合和协同，其是以云为基础，融合更先进的数字技术，链接更广泛的资源，沉淀更多的数据资产，并将“数据+算力+算法”的赋能作用融入到电力系统的生产管理、经营决策等各个环节，助力培育电力新业务、新模式，以提升大范围电力资源的共享互济和优化配置能力，提高电力系统的稳定性和灵活调节能力，实现能源清洁低碳转型和高质量发展。
云上新型电力系统让传统电力系统搭上快车，将为电力生产运行管理带来变革性影响，推动电力系统向更加智能、灵活、可靠、高效、绿色的方向发展。
图4 云上新型电力系统特征
云上新型电力系统发展重点
从传统电力系统到“云上新型电力系统”，要持续关注战略发展、组织人才、业务创新、技术加持和持续运营五大重点。
图5 云上新型电力系统发展重点
战略上，要把“云”与电力企业业务战略的制定和落地紧密关联。企业战略是自顶向下的设计和拆解，云是企业战略落地的关键承接，云战略要与之进行紧密匹配和承载。组织上，要推动人与机构的数字化发展，形成与企业战略和云战略相匹配的组织架构和人才体系。业务上，要推动业务与云“一体化”生长，坚定的通过推动核心电力业务数据上云，贯通更多数据，打造数据闭环，通过重构来创造新的数字化业务。技术上，推动电力科技与数字技术的融合，以云原生技术的先进性，解决企业跨地域跨业务协同、业务连续性保障、企业应用云化等关键问题。运营上，依托云上数字技术推动电力管理运维的自动化、智能化，并且坚持云安全运行和数据运营并重，实现电力云运维的自动化、智能化以及涵盖所有管理活动的云运营的标准化、科学化。
基于上述五大重点内容，云上新型电力系统可以从电力企业运营、电力系统运行、跨系统协同发展及电力生态机制模式创新四个方面切入，让电力业务与云上数字技术充分融合，加速助推电力行业数字化发展。
01
利用云上数字技术提升电力企业运营水平
利用云原生、大数据、分布式等数字化技术，电力企业可以重构建立云平台、数据中台、业务中台等新型IT架构，减少传统IT模式下的资源投入，解决信息孤岛问题，促进数据要素的价值挖掘，从而提升企业运营效率。
做好人才与组织的数字化适配。一是构建与企业云战略相适配的云治理组织架构，通过打造云事项的责任矩阵，并优化云技术决策的组织架构、决策机制和流程。二是重视云人才发展设计，考虑人才要求并开发新的岗位，开展知识协同体系建设、人员能力提升、外部人才合作与引入等一系列动作。
打破各业务部门之间的数据壁垒，让“数据”在企业内部有序、高效、无障碍的流转，从而实现业务和流程的全链条数字化。利用包括办公流程自动化、经营指标分析精细化、决策流程智能化等手段，为领导者提供企业经营情况的全面、及时感知，为基层员工提供便捷、高效的办公辅助。
应用自然语言处理、知识图谱等人工智能技术，让计算机替代一部分人工工作，降低企业人力投入成本，从而实现企业的降本增效。例如配网调度机器人自动完成调度指令下发、任务跟催、操作票校验等工作，不仅能大幅降低调控人员接听电话的工作量，使其聚焦于核心业务提升，而且可以实现24小时在线，不因疲倦而出现错误等人工无法达到的效果。
02
利用云上数字技术提升电力系统运行效率
在规划环节，电网规划涉及众多参数，影响因素复杂，利用数据驱动的技术，将多维复杂参数与传统的典型设计相结合，能够使规划更加具有科学性和鲁棒性。
在调度环节，新能源和电力电子设备渗透率越来越高，电力系统的运行机理和平衡模式将发生深刻变化。电力系统各个环节、设备的感知、控制难度越来越高，源网荷储、虚拟电厂等新型的电力产消协同模式越来越复杂。以物联网、大数据、人工智能算法等为代表的数字化技术能够帮助构建可观测、可控制的数字电网。进一步可以通过对风光水火及各类负荷资源的优化控制，解决新型电力系统中的电力和电量平衡问题，提高电网对新能源的消纳能力，提升电力系统的运行效率。
在运维环节，基于无人机、机器人、图像识别等数字化技术能够大幅提升巡检、故障诊断的频率、及时性和准确性，从而帮助提高电力系统的安全运行水平，保障低碳能源的持续供应。
03
利用云上数字技术推动电力系统内部外协同发展
电力系统作为能源枢纽，与交通、通信、气象等其他系统紧密相关，依托数字化技术，可以提升多系统间的紧密连接，从而实现更深层次的协同互动和交叉赋能，共同推动新能源消纳和双碳目标的实现。
为了应对新能源发电造成的电力供需在空间与时间上的不平衡，最为关键的就是新能源出力、电力供需平衡的精准预测能力。结合气象系统的精细化网格气象数据，依托于强化学习算法，可以提升含高比例新能源系统的负荷预测准确率，为提升电网在更大范围、更高频度的资源优化配置提供基础条件。
在新能源汽车、船舶岸电等交通系统电气化过程中，利用数字化技术连接电力网与交通网，从而实现信息流、能量流、交通流的协调优化。在工业园区、楼宇系统中利用数字化平台将用能主体广泛连接，从而实现各种用能终端及储能单元的互联互通，以及电能与氢能、电能与热能的梯次利用。
04
利用云上数字技术推动电力生态机制和模式创新
通过数字化技术推动电力数据的脱敏共享，可以促进电力生态的透明性、公平性，并催生一些新的数字经济模式下的商业创新。
在电力市场改革的过程中，通过打造数据共通共享的市场交易平台，可以有效减少市场参与者之间的信息差，使得交易出清价格更加贴近电力商品的真实价值。同时也保障了市场的公平性，促进市场参与者的积极性，从而有效发挥市场的资源配置功能。
以电力数据为核心可以构建能源大数据中心，汇聚多品类能源数据，充分发挥数据要素价值。一方面通过数据贯通，为全社会碳排放监控、核查提供数据基础，为各级政府规划、优化双碳实施路径提供决策参考。另一方面，基于多品类、多时间尺度、多主体的用能数据，为供应链金融、低碳金融、定制化用能、电力市场购售电优化等新的商业模式提供了创新土壤。当然，在多个主体之间的数据贯通会面临一些数据所有权和数据隐私的问题，需要通过多方安全计算、联邦学习、区块链等数字化技术来解决。
云上新型电力系统探索与实践
在实践中，则要聚焦发电、输电、用电的重点领域和高价值业务场景，让云技术嵌入到业务流转各个环节，以点带面推动电力系统数字化发展。
01
发电侧
融合云边一体数据融合处理技术，助力传统火电机组提高运行效率，打造形成具有深调能力的灵活性火电机组。中国大唐集团有限公司联合阿里云打造汇聚全域业务的火电厂数据中台，推动数据上云及资产化、企业管理智慧化、业务能力移动化、认证服务统一化，助力实现企业经营决策的智能化。
图6 火电厂数据中台框架
云上新能源智能决策平台作为新能源精益管理运营的重要抓手，是趋势也是要求，将为多方主体提供一站式云上新能源数字化服务，助力新能源从技术创新到商业落地。阿里云协助龙源电力从业务、技术等角度明确集团总部与省公司、场站的定位与边界，制定数字化升级方案，联合打造形成集团级的新能源数据资产中心和云端管控中心，助力集团业务创新和精益化运营。
图7 新能源智能决策平台
02
电网侧
电网侧数字化总体遵循基础设施云化、核心系统重构上云、生产运行云上智能、数据业务云上增值的路线发展。目前，在电网领域，基础设施云化已取得阶段性成果，营销、调度、运检等核心业务逐步上云、用云、与云共生。应用云上人工智能助力电网结构形态和运行模式优化，主动适应大规模集中式新能源和量大面广的分布式能源的接入能力，将成为重点。
图8 电网企业数字化发展的四个方面
阿里云与国内大型电网企业开展了深入的合作，采用“一云多Region”的方式完成电网云平台的部署，实现电网企业总部三中心与十三个网省公司“一朵云”的管理模式。“一云多Region”模式高效支撑电网数据全量接入和电网业务上云，累计实现包括核心业务系统营销2.0、PMS3.0在内的1000余套业务系统上云用云，支撑电网数据网省本地计算，或统一上传至总部进行全量计算和存储，助力电网业务创新。
03
用电侧
随着终端电气化水平的提升，电能占比的快速增加，以及用电需求个性化的发展，电力需求侧发生重大改变。终端用户不仅需要高质量、稳定的电能，更需要多元的数智化电力服务，参与与电力系统的互动，成为一名“产消者”。
图9 数字化虚拟电厂
电力云与云上数字技术将为用电侧数字化发展提供坚强支撑，成为电力需求侧的新模式、新业态创新的重要载体，加速降低分布式光伏与储能、虚拟电厂等业务的技术门槛，助力培育用电新兴业务，为终端消费者提供更多元的数智化电力服务，支撑终端消费者与电力系统的双向互动，推动电力消费者向产消者转变。
结语
云上新型电力系统将进一步加速电力流、信息流、价值流的有效融通流动，其将以更加灵活高效的能源资源优化配置平台，支撑大规模新能源开发利用，将为电力业务创新、电力行业成长、电力生态协同创造无限的可能性，为城市、园区、企业、居民的绿色生产生活提供坚实保障。
电力上云是技术布局，已如火如荼，云上电力则代表了一种战略选择，将引领新征程。
