數(shù)字能源十大趨勢白皮書

1、數(shù)字能源十大趨勢白皮書3前 言2020 年，在具有里程碑意義的巴黎協(xié)定通過五周年之際，碳中和運動正在全球興起，世界主要經(jīng)濟體陸續(xù)作出碳中和目標(biāo)的承諾：歐盟委員會公布 2050 年實現(xiàn)碳中和，并發(fā)布綠色新政；英國、日本、韓國、加拿大等國相繼公布本國 2050 年實現(xiàn)碳中和；中國則承諾在 2060 年前達成目標(biāo)。在碳中和目標(biāo)的牽引下，各行業(yè)積極響應(yīng)并付諸行動，其中電力生產(chǎn)和能源消費（包括工業(yè)、交通等重點行業(yè)）的減少碳排放工作至關(guān)重要。在電力生產(chǎn)端，以光伏為代表的可再生能源替代傳統(tǒng)的化石能源是大勢所趨。據(jù)預(yù)測，可再生能源將在 2025 年取代化石能源成為主要發(fā)電方式，未來將最終實現(xiàn)零碳發(fā)電。在能源消

2、費端，電力將逐步替代傳統(tǒng)化石能源消耗。據(jù)預(yù)測，電力將在 2050 年超越石油，占比達到 45%，其中綠色制造、綠色建筑和綠色出行是電氣化的重要增長引擎。在工業(yè)和建筑行業(yè)，通過可再生能源發(fā)電和綜合能效提升，最終實現(xiàn)零碳工廠、零碳建筑和零碳園區(qū)。在交通行業(yè)，電動車將取代傳統(tǒng)燃油車，成為主要出行方式之一，最終實現(xiàn)零碳交通。然而傳統(tǒng)的能源基礎(chǔ)設(shè)施運行方式難以應(yīng)對發(fā)展過程中帶來的新挑戰(zhàn)。在電力生產(chǎn)中，采用傳統(tǒng)方式，存在著發(fā)電效率低、運維效率低等問題。同時，隨著數(shù)字世界的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心、站點數(shù)量的激增也將帶來更高能耗的挑戰(zhàn)。能源數(shù)字化采用數(shù)字化、智能化技術(shù)，可有效提升電力生產(chǎn)效率、運維效率和能源效率，

3、最終助力碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。2020 年 12 月，來自能源行業(yè)的多位權(quán)威專家學(xué)者共同成立了數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫，探討能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并聯(lián)合發(fā)布數(shù)字能源十大趨勢白皮書，為能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供戰(zhàn)略參考。數(shù)字能源十大趨勢白皮書4目CO錄NTENTS關(guān)于數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫 2數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫專家委員會 2前 言 3目 錄 4趨勢一：能源數(shù)字化 5趨勢二：綠電無處不在 6趨勢三：全鏈路高效 9趨勢四：AI 加持 11趨勢五：融合極簡 13趨勢六：能源網(wǎng)自動駕駛 15趨勢七：綜合智慧能源 17趨勢八：智能儲能系統(tǒng) 18趨勢九：隨時隨地超級快充 19趨勢十：安全可信 21縮略語 22趨勢一能源數(shù)字化 能源數(shù)字化是必

4、然趨勢傳統(tǒng)能源行業(yè)僅關(guān)注瓦特流，“發(fā)- 輸 - 配 - 儲 - 用”節(jié)點之間彼此孤立，難以協(xié)同，導(dǎo)致電力生產(chǎn)效率低、能源效率低。且全鏈路存在大量“啞設(shè)備”，依靠人工維護，運維效率低。能源數(shù)字化通過引入 5G、AI、大數(shù)據(jù)、IoT等數(shù)字化技術(shù)，并將電力電子技術(shù)與數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新性地融合，在瓦特流基礎(chǔ)上加入比特流，用比特管理瓦特，實現(xiàn)全鏈路的互聯(lián)化、數(shù)字化和智能化協(xié)同，讓電力生產(chǎn)效率、運維效率、能源效率最大化。能源數(shù)字化、智能化從瓦特到瓦特 + 比特，比特管理瓦特，從啞設(shè)備到智能系統(tǒng)管理用電儲電配電輸電發(fā)電瓦特流比特流數(shù)字技術(shù)與能源技術(shù)融合創(chuàng)新PLC電力電子技術(shù)通信技術(shù)AI技術(shù) 5G 器件拓?fù)淇刂扑惴?/p>

5、5GPLCIoT數(shù)據(jù)算力平臺算法數(shù)字能源十大趨勢白皮書圖 1：能源數(shù)字化、智能化趨勢二綠電無處不在 電力生產(chǎn)向綠色化、低碳化轉(zhuǎn)型 以太陽能和風(fēng)能為主導(dǎo)的可再生能源，是未來 30 年增西班牙土耳其匈牙利巴西 墨西哥智利 阿根廷澳大利亞印度新加坡泰國中國臺灣馬來西亞阿聯(lián)酋 沙特約旦尼日利亞南非中國長最快的能源。根據(jù)預(yù)測，光伏發(fā)電的占比將由 2020年的 3%，迅速增長到 2050 年的 24%，成為最大的發(fā)電能源。水電風(fēng)電光電其他清潔能源油電氣電光伏度電成本煤電標(biāo)桿電價圖 3：2020 年主要國家光伏度電成本與煤電標(biāo)桿電價比較光伏 24%光伏 3%可再生 60%26%（來源：數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫） 在

6、并網(wǎng)穩(wěn)定性要求下，光儲融合成為必然趨勢20202050圖 2：2020-2050 年全球發(fā)電能源比例變化（來源：數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫）隨著新能源滲透率的提升，電網(wǎng)系統(tǒng)對并網(wǎng)要求將更為嚴(yán)苛，光伏電站配置儲能成為電力系統(tǒng)靈活、穩(wěn)定運行的有力保障。預(yù)測到 2025 年，光伏電站光儲共生的比例將達到 60% 以上，讓光伏發(fā)電從“補充電”走向“主力電”、“優(yōu)質(zhì)電”。從光伏到光儲，光儲比例穩(wěn)步提升 光伏發(fā)電進入“平價上網(wǎng)”時代過去十年光伏發(fā)電成本大幅下降，在大多數(shù)國家，光伏度電成本比傳統(tǒng)能源上網(wǎng)電價更低，也促使全球針對光伏的投資進一步增加。60%40%20%0202020212022202320242025圖

7、 4：全球光伏電站光儲共生比例（來源：數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫）數(shù)字能源十大趨勢白皮書6數(shù)字能源十大趨勢白皮書 分布式光伏進入千行百業(yè)、千家萬戶，裝機占比穩(wěn)步提升分布式光伏由于部署靈活、充分利用閑置屋頂、投資收益好等優(yōu)勢，融入到千行百業(yè)，催生了零碳家庭、零碳園區(qū)、零碳工廠、零碳數(shù)據(jù)中心、零碳網(wǎng)絡(luò)、零碳醫(yī)院、零碳學(xué)校、零碳停車棚、零碳辦公樓 / 商場、零碳倉儲 /物流等新型應(yīng)用場景，進而實現(xiàn)零碳鄉(xiāng)鎮(zhèn)、零碳城市、零碳省份、零碳國家。據(jù)預(yù)測，2025 年分布式將占全球新裝機容量 40% 以上，約 47GW/ 年。 隨著分布式光伏的廣泛應(yīng)用，主動安全成為行業(yè)共識在傳統(tǒng)方案下，光伏系統(tǒng)由于長期使用，可能造成接頭

8、松動、線纜老化等問題，進而產(chǎn)生電弧。如不及時處理。如果不及時處理，易造成火災(zāi)風(fēng)險，對建筑和人身安全帶來隱患，因此主動安全成為分布式光伏應(yīng)用的關(guān)鍵要素。當(dāng)前，行業(yè)也制定了相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如快速關(guān)斷 RSD(1) 方案。此方案基于百萬量級電弧特征樣本數(shù)據(jù)，通過 AI 精準(zhǔn)識別電弧，在 0.5s 內(nèi)快速、自動切斷電路，保障安全。60%40%20%分布式容量占比穩(wěn)步提升2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 數(shù)字世界的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心、站點數(shù)量的激增，也將帶來更高能耗挑戰(zhàn)根據(jù)預(yù)測，全球數(shù)據(jù)中心能耗將從 2020 年的 6700 億度

9、圖 5：全球新增光伏裝機中分布式占比（來源：數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫）電，快速增長至 2025 年的 9500 億度電，約占全球總用數(shù)字能源十大趨勢白皮書站點202016000 億度2025已不僅僅是企業(yè)基于自身經(jīng)營的需要，更是重大的社會責(zé)任。數(shù)據(jù)中心8730 億度 綠電助力 ICT(2) 行業(yè)更加低碳，未來將實現(xiàn)零碳網(wǎng)絡(luò)和零碳數(shù)據(jù)中心全球領(lǐng)先的運營商陸續(xù)提出了零碳網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略，將在站點、機房、數(shù)據(jù)中心等典型 ICT 場景規(guī)模部署光伏。在希臘，通過在站點應(yīng)用光伏，運營商降低了 40% 左右的市電使圖 6：全球數(shù)據(jù)中心 + 站點耗電量（來源：數(shù)字能源產(chǎn)業(yè)智庫）電量的 3%；全球站點能耗將從 2020 年的

10、2030 億度電，快速增長至 2025 年的 6600 億度電，約占全球總用電量的 2%。構(gòu)建綠色高效乃至零碳數(shù)據(jù)中心和零碳網(wǎng)絡(luò)，用，年節(jié)省電達到 14500 度，有效保護了海島的環(huán)境。在巴基斯坦，通過在站點應(yīng)用光伏和 AI 技術(shù)，將油機運行時間降低到 10% 以內(nèi)，節(jié)省 OPEX(3) 81%。在中國青海，通過在數(shù)據(jù)中心部署光伏，助力零碳數(shù)據(jù)中心目標(biāo)的實現(xiàn)。“零碳”網(wǎng)絡(luò)“零碳”數(shù)據(jù)中心站站疊光節(jié)電 14500kWh/ 年助力“綠島”建設(shè)以光去油單站 OPEX節(jié)省 81%CO 機房疊光降低線損， 多發(fā)電 1015%綠色數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)中心采用綠電逐步成為風(fēng)潮降低 40% 市電用量 希臘鋰電超級快充

11、，去油機 巴基斯坦機房級疊光，ROI低壓直流，減小體積40%圖 17：變壓器架構(gòu)融合演進示意圖在站點側(cè)，隨著 5G 站點規(guī)模的增加，站點租金、電費等成本也隨之快速增加。傳統(tǒng)室內(nèi)站點租金高、能效低。當(dāng)前業(yè)界出現(xiàn)的刀片式電源，將站點形態(tài)從傳統(tǒng)的房站簡化為柜站，再到桿站，可以極大節(jié)省占地面積、降低租金、減少能耗損失，實現(xiàn)加 5G 不加站點能源相關(guān) OPEX。 刀片加5G不加OPEX：小型化，省電、省租金、省運維圖 18：站點能源架構(gòu)融合演進示意圖電源模塊：芯片化、小型化，功率密度是業(yè)界2倍，布板面積省50%圖 19：板載電源融合演進示意圖 工程產(chǎn)品化傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心采用攢機模式，部件分散采購、現(xiàn)場集成

12、，一千個機柜需要 20-24 個月才可建成，且最終 PUE與設(shè)計 PUE 相差大。當(dāng)前領(lǐng)先的數(shù)據(jù)中心采用預(yù)制模塊化的建設(shè)方式，將復(fù)雜的工程交付提前在產(chǎn)品設(shè)計中解決，大量減少現(xiàn)場施工和后期維護，一千個機柜的數(shù)據(jù)中心只需要 6 個月即可建成，滿足業(yè)務(wù)快速上線的需求，同時建成后 PUE 與初期設(shè)計一致。采用此建設(shè)模式可按需部署、分期投資，降低初期投資，提高投資回報率。圖 20：預(yù)制模塊化數(shù)據(jù)中心數(shù)字能源十大趨勢白皮書趨勢六能源網(wǎng)自動駕駛 實現(xiàn)能源網(wǎng)自動駕駛是企業(yè)的迫切需求傳統(tǒng)能源設(shè)備維護多依靠人工，需要大量重復(fù)和復(fù)雜的操作，人工成本高。自動駕駛能源網(wǎng)絡(luò)不僅可以代替人工，還可基于海量數(shù)據(jù)，提升預(yù)測和預(yù)

13、防能力，并基于數(shù)據(jù)驅(qū)動提供差異化的服務(wù)。意圖AI體驗業(yè)務(wù)訴求SLA(14) 滿足度數(shù)據(jù)采集配置下發(fā)能源基礎(chǔ)設(shè)施執(zhí)行決策分析感知圖 21：能源網(wǎng)自動駕駛的閉環(huán)框架數(shù)字能源十大趨勢白皮書 需分步驟地實現(xiàn)能源網(wǎng)自動駕駛當(dāng)前業(yè)界根據(jù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)“規(guī)化- 建設(shè) - 維護 - 優(yōu)化”每個階段的自動化程度，設(shè)計了一套全面的自動駕駛指數(shù)進行評估，分步驟逐步向自服務(wù)、自維護、自優(yōu)化的無人值守能源網(wǎng)絡(luò)演進。等級定義L0: 手工運維L1: 輔助運維L2: 部分自動駕駛L3: 有條件的自動駕駛L4: 高度自動駕駛L5: 完全自動駕駛執(zhí)行人工人工 / 系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)感知人工人工人工 / 系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)分析人工人工人

14、工人工 / 系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)決策人工人工人工人工 / 系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)意圖人工人工人工人工人工 / 系統(tǒng)系統(tǒng)適用性不涉及限定場景全場景圖 22：能源網(wǎng)絡(luò)自動駕駛分級標(biāo)準(zhǔn) 能源網(wǎng)自動駕駛已開始實踐運用在數(shù)據(jù)中心，采用 AI 機器人，可實現(xiàn)自動巡檢、識別圖像聲音氣味、提供溫度云圖、進行資產(chǎn)管理，信息實時上報、自動生成巡檢報告等，讓數(shù)據(jù)中心巡檢進入“無人”時代。在光伏發(fā)電站，采用 AI 技術(shù)的智能光伏 IV 診斷方案， 2 分鐘可完成百兆瓦級別光伏電站的全量掃描，10 分鐘在線生成報告，實現(xiàn)光伏電站“無人”運維和診斷。圖 23：數(shù)據(jù)中心采用 AI 機器自動巡檢圖 24：智能光伏 IV 診斷方案替代人工趨勢七

15、綜合智慧能源 傳統(tǒng)能源系統(tǒng)將走向綜合智慧能源系統(tǒng)，提升能源效率，降低用能成本傳統(tǒng)能源的建設(shè)方式中，源 - 網(wǎng) - 荷 - 儲獨立建設(shè)，缺乏統(tǒng)一管理和協(xié)同，造成能源效率低、用能成本高。綜合智慧能源運用數(shù)字化的技術(shù)，將能源的發(fā)電、輸電、配電、用電各個環(huán)節(jié)，從傳統(tǒng)的煙囪式獨立系統(tǒng)架構(gòu)和孤島式管理，演進至統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一管理和綜合應(yīng)用，實現(xiàn)全鏈路的統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)和優(yōu)化，極大提升能源利用效 綜合智慧能源助力實現(xiàn)“零碳國家”通過綜合智慧能源，打造源 - 網(wǎng) - 荷 - 儲一體化的自治系統(tǒng)，推進園區(qū)、家庭、數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)、出行、工廠等細(xì)分場景的零碳化建設(shè)，充分發(fā)揮綠色產(chǎn)業(yè)動能優(yōu)勢。推動經(jīng)濟綠色低碳轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展

16、，助力“零碳國家”建設(shè)，加速碳中和目標(biāo)達成。率，降低用能成本。零碳國家數(shù)字能源十大趨勢白皮書零碳園區(qū)零碳家庭零碳 DC零碳網(wǎng)絡(luò)零碳出行零碳工廠.智能管理能效管理 容量管理設(shè)備管理綜合應(yīng)用（調(diào)峰調(diào)頻）綜合智慧能源統(tǒng)一架構(gòu)，智慧管理，“發(fā)配用“全鏈路協(xié)同 零碳鄉(xiāng)鎮(zhèn)零碳城市零碳省份智能發(fā)電智能變配電智能用電儲能站點 逆變器高壓配電低壓配電充電樁光伏板變壓器新能源車數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)儲能逆變器光伏板光伏發(fā)電發(fā)電傳統(tǒng)能源系統(tǒng)煙囪式分立架構(gòu)，孤島式管理管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理系統(tǒng)儲能儲能儲能配電配電配電供電供電供電站點新能源車/充電樁 數(shù)據(jù)中心用電統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)聯(lián)勱最優(yōu)調(diào)勱圖 25：傳統(tǒng)能源系統(tǒng)向綜合智慧能源系統(tǒng)

17、演進示意圖趨勢八智能儲能系統(tǒng) 全面鋰電化正迅速成為各行各業(yè)的儲能首選傳統(tǒng)的鉛酸電池使用面臨很多問題，如體積大、重量重、循環(huán)壽命短，且對環(huán)境要求嚴(yán)苛，溫度太高會縮減壽命、太低則影響使用性能。從全生命周期的擁有成本、使用壽命、安全性角度來說，鋰電池優(yōu)勢明顯，有更廣泛的應(yīng)用前景。隨著電動汽車的快速發(fā)展，鋰電池成本已大幅下降，已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。A1.2A 普通鋰電將演進為智能儲能系統(tǒng)，最大化儲能價值當(dāng)前普通鋰電池僅是電芯與結(jié)構(gòu)件的簡單組合，在使用過程中，電芯的不一致性將導(dǎo)致偏流和環(huán)流，影響鋰電壽命，同時帶來安全隱患。當(dāng)前鋰電池主要用于備電，使用效率低，投資收益低。為了提高儲能的安全性，激發(fā)更多應(yīng)用

18、和最大化儲能價值，智能儲能系統(tǒng)應(yīng)運而生。智能儲能系統(tǒng)采用 AI、大數(shù)據(jù)、云、IoT 等技術(shù)，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的自組網(wǎng)和云化智能管理。通過 AI 和大數(shù)據(jù)，使用更精準(zhǔn)的電化學(xué)模型，提升儲能管理精度，同時可對儲能系統(tǒng)進行狀態(tài)、壽命和風(fēng)險預(yù)測，保障系統(tǒng)的可靠運行和安全。智能儲能系統(tǒng)應(yīng)用場景更加豐富，如與電網(wǎng)協(xié)同，實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)峰；與業(yè)務(wù)協(xié)同，實現(xiàn)錯峰運營效率最大化。在中國浙江，通過智能儲能系統(tǒng)的 AI 自錯峰，節(jié)省電費近 17%。傳統(tǒng)鋰電智能儲能系統(tǒng)鉛 酸鋰 電購買安裝維護被盜功能單一云BMSAI+大數(shù)據(jù)光伏儲能站點儲能數(shù)據(jù)中心儲能車載儲能安全難保障運維難數(shù)字能源十大趨勢白皮書圖 26：鋰電及鉛酸全生命周期

19、的擁有成本對比圖 27：從傳統(tǒng)鋰電向智能儲能系統(tǒng)演進示意圖趨勢九隨時隨地超級快充數(shù)字能源十大趨勢白皮書 在體驗為王的時代，隨時隨地超級快充為終端用戶提供極致的充電體驗未來不管是消費電子產(chǎn)品還是電動汽車出行，都將實現(xiàn) 10 分鐘內(nèi)完成充電，且充電地點不再受限，真正做到一杯咖啡時間，隨時隨地充滿能量。 消費電子產(chǎn)品的材料、器件、拓?fù)淙笛葸M，加速隨時隨地超級快充移動互聯(lián)網(wǎng)時代，人們在體驗便捷生活的同時，電能的快速消耗與持久續(xù)航之間的矛盾讓人們產(chǎn)生了“低電量焦慮”，隨時隨地超級快充需求日益增加。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，如新型的寬禁帶技術(shù)及拓?fù)浼夹g(shù)、先進散熱材料的成熟應(yīng)用，加速充電功率提升和體積小型化

20、， 10min0100%電量材料硅膠散熱PCM相變散熱器件Si器件寬禁帶SiC和GaN拓?fù)溆查_關(guān)拓?fù)渲C振軟開關(guān)拓?fù)鋱D 28：消費電子產(chǎn)品快充演進示意圖實現(xiàn)超級快充的同時，也使得充電模塊可以集成到各種 設(shè)備中。未來無論是有線充還是無線充，充電設(shè)備不再局限于傳統(tǒng)的充電器，無論是插排、插墻，還是電腦主機、臺燈、跑步機、咖啡機，甚至是公交車、高鐵等，都可以集成快充模塊，真正實現(xiàn)居家、辦公、出行、休閑等所有場景都能隨時隨地超級快充。 充電速度慢是影響消費者購買電動汽車的主要因素汽車正在從傳統(tǒng)的燃油車向 0 排放的新能源電動汽車發(fā)展，但當(dāng)前電動汽車的充電速度仍有待提高，平均快充時間為 1 小時。充電速度慢

21、是影響消費者購買電動汽車的最主要原因，而當(dāng)前整車電氣架構(gòu)受限于電壓平臺，無法實現(xiàn)真正的快充。數(shù)字能源十大趨勢白皮書 為了提供極致超級快充體驗，高壓架構(gòu)是必然方向從樁側(cè)到車側(cè)進行更高電壓的電氣架構(gòu)級改革，使高壓平臺電動車 10 分鐘內(nèi)即可完成充電，真正做到充電像加油般迅速、便捷，為用戶提供極致的快充體驗。7min2080%電量 高端出行服務(wù)領(lǐng)域，無線充電加速市場化應(yīng)用有線充電無線化，將進一步提升充電體驗。隨著金屬異物及生命體檢測技術(shù)的成熟，無線充電逐步進入人們的視野，充電將無需人工干預(yù)，自動泊車、自動充電，為終端用戶提供更加極致的便捷充電體驗。500V金屬異物及生命體檢測功能成熟，加速商用進程1000V總線電壓圖 29：電氣架構(gòu)高壓演進示意圖圖 30：金屬異物及生命體檢測示意圖數(shù)字能源十大趨勢白皮書趨勢十安全可信能源產(chǎn)業(yè)向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，硬件和軟件的可靠性、安全性、隱私性、韌性等成為必須要求。 系統(tǒng)級設(shè)計保障安全可信在硬件端，除了硬件本身的高可靠設(shè)計及制造外，需加強預(yù)測性維護，由被動變主動，從器件、設(shè)備到系統(tǒng)三層級，進行壽命預(yù)測性維護，夯實可靠地基；在軟件端重點投入分層級防御，實現(xiàn)軟件的分層可控、分層防御，使軟件更加安全可信。高可靠設(shè)計及制造 + 預(yù)測性維護夯實可靠地基分層級防御，鞏固軟件安全可信隱私性Privacy三層