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新基建对能源转型的影响

北极星储能网  来源:享能汇  作者:享能汇工作室  2020/12/31 9:24:56  我要投稿  

北极星储能网讯:初次遇到"新型基础设施建设(简称:新基建)"时,第一感觉是用电的需求又将提升一大步。新基建所包含的5G基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网七大领域,几乎都涉及到了用电负荷的增加。

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但这只看到了新基建对能源“量”上的影响,其实新基建里包含的内容对能源“质”的影响也很大。本篇试图更深的讲一下“新基建”对电力行业尤其是能源转型的影响,本篇分别讲一下“新基建”对电能增长的“量”的影响和对能源转型”质“的影响。

(来源:微信公众号享能汇;ID:Encoreport)

“新基建”对电能“量”的影响

把“新基建”的七个领域分为信息基础设施、交通基础设施和电网设施三类。其中信息基础设施包含了通信网络基础设施、新技术基础设施和算力基础设施。5G基站是通信网络基础设施的代表,数据中心是算力基础设施的代表。交通基础设施包含城际高铁、新能源汽车充电桩。电网设施主要就是指特高压。我们主要对5G基建、大数据中心和新能源充电这几个领域梳理下用电量的变化。

5G基建

8月,一条洛阳联通“通过深度休眠降低5G基站能耗”的新闻,引发了业界乃至社会的热议。新闻显示,洛阳联通会在夜间的部分时段休眠部分5G基站,以此来降低电费成本。

5G网络中,基站是耗电大户,大约占据总能耗的80%。通过分析5G行业特性,有行业预测,未来5G基站数量将是4G的4-5倍,而单个5G基站单站功耗是4G基站的2.5—3.5倍,即使是在空载的情况下,5G基站功耗也接近4G基站功耗的3倍。

华为在2019年10月的全球电信业能效峰会上发表了一份“5G通讯电力目标网络白皮书”,描述了5G基站建设对电力系统的需求。白皮书显示,今天的一座5G基站平均耗电6kW,满载功耗8kW。三年后,随着大功率多发射器多接收器天线(Massive MIMO)的普及和移动边缘计算的嵌入,基站的功耗要提高到平均10.4kW,满载功率达到13.7kW。五年后,随着毫米波(mm Wave)和其他新技术的应用,基站的能耗将上升到平均13.4kW,满载功率到18.9kW。

截至 2020 年 9 月底,国内已累计建设 69 万座5G基站,提前完成全年55万座基站任务,终端连接数突破1.8亿,覆盖全国所有地级以上城市的5G网络正加快建成。

按照国信证券的统计,目前全国有544万座4G基站。因5G基站覆盖的距离要比4G短,按照保守的一个4G基站需要1.2个5G基站来计算,替代全国现有的4G基站需要650万座5G基站。如果每座5G基站的平均总功耗是7kW(不是满载功率),相比4G新增的电力需求按照5kW来算,假设5G在全国范围五年内通过改造来代替三分之二的4G基站,相当于改造433万座基站,这就需要新增电力负荷21.65GW。

但5G的应用范围显然比4G要广,因此5G基站将会布局在工业、交通等应用场景,相应的电力需求及配网设施投资也会增加。

综合下来,粗略估计2025年5G基站(包括宏、微、皮基站)的电力负荷增加53GW以上。

数据中心

大数据为智慧城市和民生提供保障。智慧城市是新一代信息技术在城市的综合集成应用,大量在交通、医疗、民生、电力等方面的数字化建设带来海量数据汇集,为大数据在各细分领域应用提供落地土壤。

根据工信部统计,2020 年 1-11 月移动互联网接入数据达到 1495 亿 GB,同比增长 35.1%,呈持续快速增长态势。主要是由于各类视频、短视频等娱乐信息爆发式增长。

数字经济快速发展,GDP贡献占比超36%,数据中心作为海量数据的承载与传输实体,成为各行各业发展的关键基础设施,数据爆炸也使大数据平台成为瓶颈。

相比5G基站,数据中心的能耗更大,对电力系统的影响也更大。

按照国家节能中心及中国电子节能技术协会数据中心节能技术委员会联合发布的统计数据,目前中国数据中心的耗电量已连续八年以12%以上的速度增长,预计2020年总耗电量将达到2962亿kWh。2018年,我国数据中心总用电量为1608.89亿千瓦时,超过上海市当年全社会用电量(1567亿kWh),占全社会用电量的2.35%,成为耗能大户。

数据中心一年8760小时时刻都在运行状态,能耗巨大。数据中心能源消耗的主体既包括服务器等核心设备,也包括不间断电源、照明、冷却等辅助设备。冷却部分的用能占到辅助设施用能的60%以上。

有数据显示,我国今后 5 年将增加 1000 万台服务器,而目前每台服务器用电负荷约0.35千瓦。

综合考虑数据中心体量、节能节电技术应用,以及结构性调整等因素,预计到2020年底,我国数据中心耗电量将突破2000亿千瓦时,占全社会用电量比重上升至2.7%,到2025年将达到3500亿千瓦时。

新能源汽车

2019年12月工信部发布的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)提出,到2025年新能源汽车销量占比要达25%,自动驾驶智能网联汽车销量占比达30%。

专家预测,到2025年,纯电动乘用车新车平均电耗可降至12.0千瓦时/百公里。推测平均单车年耗电量应在2000度电以上。2025年,私人、出租/网约、物流环卫、公交旅游通勤等新能源汽车的数量将由2020年的不到400万台,跃升至2500万台以上。2019年,我国充换电服务用电量为68.2亿千瓦时,同比增长128%。综合考虑新能源汽车的保有量和电耗下降等因素,预计2025年充换电服务用电量将超500亿千瓦时。

按照电规总院近期发布的《中国电力发展报告2019》,2025年全国全社会用电量将达9.1万亿―9.5万亿千瓦时,这意味着,以上“新基建”用电量占全社会用电比重将超8%,远超传统行业。

这些只是粗略统计,甚至还有许多隐含的用电需求,比如边缘计算。随着5G、AI和工业互联网的发展,很多业务场景需要海量数据接入和超低的网络时延,集中式的计算处理模式将面临难解的瓶颈和压力,需要更多的边缘计算能力来完成,形成新的“云计算+边缘计算”数据处理模式。但这些并不属于数据中心的用电量范畴,而边缘计算服务器数量是难以统计的,可长期来看,边缘计算的比例要高于集中式计算中心的处理量。因此耗电量也是极大的。

”新基建”对能源转型“质”的影响

需求侧资源

在《电力市场化和行业解决方案闲谈》里我们讲到了需求侧响应,据了解无论从规划制定还是实际落地,需求侧资源此前并未得到足够重视,但到了“十四五”需求侧响应可能会加大重视,并会充分开发。为什么到了“十四五”需求侧响应就重视和关键起来了?

根本原因在于技术环境达到了。“新基建”催生的一系列新业态会对需求侧资源的开发利用产生关键促进作用,为发展创造机遇。比如新能源充电,本身就是需求侧资源的重要部分。

由人工智能、大数据中心、工业互联网以及5G基建推动的智能用电也大力促进了需求侧资源的发展和利用。电网正经历着智能互联化带来的重塑,电流从单向流动转型到双向流动;用户端不再是被动的电能消费者,而是平衡电力供需的重要参与方。电力系统的这一转型为需求侧资源潜力挖掘和价值实现创造了有利的条件。

供给侧资源

在大力发展新能源的战略下,新一代分布式能源势必会建立在智能信息网络基础之上,融合了云计算、大数据、物联网、人工智能等技术,不单实现多种能源高效组合利用,也在每个个体方面体现出其效能。

在电力大数据方面,青海电力绿能数据公司产品研发中心副经理金金对电力大数据应用深有体会。他表示“大数据创新平台制定了统一的数据通道、数据标准和服务标准,通过市场化机制引入多家功率预测服务提供商,面向用户提供高精准预测服务,打破了传统功率预测单一、固定的服务模式,新能源场站可以自由选择、灵活定制适合自己的功率预测服务。”

数字化科技创新基础设施建设是新基建的重要支撑。通过“无人值班,少人值守”运营模式,青海省能源大数据中心创新园区全面实现新能源电站集团化监控、集约化管理、集中式管控和专业化运维,电站管理自动化水平进一步提升,有力推动了新能源行业向数字化转型。

绿能数据公司市场运营中心经理王有虎算了一笔账:“接入大数据平台后,电站降低运营人力成本约40%,这为新能源企业降本增效,实现可持续发展奠定了良好基础。”

虚拟电厂

之所以把虚拟电厂单拎出来,是因为虚拟电厂既可作为“正电厂”向系统供电调峰,又可作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷。对于分布式能源而言,虚拟电厂既可以是中间商,也可以是聚合商。对于能源互联网建设来说,虚拟电厂是连接零售市场与批发市场的智能化网络。其特性在未来电力系统的发展中必然占据重要位置。而虚拟电厂所需要的技术都需要“新基建”的支持。

虚拟电厂的核心是“聚合”和“通信”,通过通信手段将各种分布式能源聚合成一个满足电力系统要求、能可靠并网的整体,使其表现出和传统电厂类似的参数特性是虚拟电厂的主要技术目的。

由于虚拟电厂中聚合着各种类型的分布式能源,不同分布式能源表现出不同的出力特性,但某两种或某几种分布式能源能彼此互补,从而使功率输出更加平稳,增加电网对随机性可再生能源的吸收接纳程度。

所以5G基建、工业互联网、大数据中心、人工智能、新能源充电等领域都是虚拟电厂发展的前提和动力。

“新基建”给电力系统带来的机遇

能源与“云大物移智”的结合已经是必然趋势,电力系统的发展也将告别过去简单粗放的投资、建设、运营的模式,而是像更精细化的服务、市场、产品变革。“新基建“给电力产业不仅仅是增加了需求“量”,同时也在改造电力系统的方方面面,提升整个电力系统的体“质”。而这点其实在央企巨头们早已看到。

今年6月15日,国家电网公司公开发布“数字新基建”十大重点建设任务,并与华为、阿里、腾讯、百度等合作伙伴签署战略合作协议。国网的“数字新基建”在三个领域值得特别关注,一个是数据的应用,一个是以电力物联网为核心的应用,另一个是新一代信息通信技术的应用。这些举动无疑都是在拥抱时代变化。

然而这一变化或也面临着重重挑战,最重要的就是思想转变,技术从来都是工具,但使用工具的是人,只有人才是能将工具用好的关键因素。

最后分享一篇文章,关于认知与技术的实例。

欧洲在第一次世界大战之前,相互之间都是“贵族战争”,非常体面。互相打仗不会直接瞄长官,所以尽管长官穿着非常炫的制服站在边上指挥,大家也不会开枪打他,只是士兵们互相屠。这套“不杀军官”的规则维持了一百多年,以至于我们现在看起来,那会儿打仗非常奇怪。现代战争中军官就怕被别人看出来变成攻击目标。当时恰好相反,军官们花枝招展,就怕对方看不到——万一看不到,把自己当成平民射杀就不好了。

直到第一次世界大战,形势突然变了。倒也不是规则变了,而是技术进步导致战争模式变了。

英国在战争初期并没有觉得这场战争跟以往有啥差别,还跟以前似的,贵族军官们骑着高头大马,打扮得跟个公鸡似的走在前边,带着士兵们从家乡出发,前往前线。到了前线还跟之前一样,大家排着整齐的队列向前推进,贵族军官走在前边控制队列前进速度。但是这次不一样了,还没等看到敌人,子弹就如雨点般一样从天而击,直接把走在最前边的那批人给干掉了。

子弹从天上下来是“一战”特色。当时步枪早已经不是拿破仑时期那种没啥准头的前装枪,早就更新到射程超离谱的后膛枪(当时的步枪现在中东还当狙击步枪使),还有最新大规模装备的马克沁,所以侦察兵远远看到对方的军团过来了,不是像之前一样等看清楚人再射击,而是等到对方进入事先测定好的位置,指挥官用望远镜观察到后,大家调好标尺,一起举枪向天空仰射,几十万发子弹跟雨点似的砸向对方。

要是思想没跟上技术,那就要做好被收割的准备了。100年前这样,如今也一样。

参考资料:

《虚拟电厂——能源互联网的终极组态》艾芊编著。

中国能源报:《新基建:未来的用电大户》

中国能源报:《电力需求侧资源开发“窗口期”已至》

九边:《英国贵族真的是“一战”打光了吗?》

《财经》杂志:《新基建将引发全国用电量暴涨近两成,如何应对》


原标题:新基建对能源转型的影响

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