2022年中国电力产业数字化研究报告

2022-07-15 09:26:10 江苏省企业技术改造协会 35

核心摘要:

市场洞察

市场规模:“十四五”规划明确了智慧电网、智慧电厂的建设目标,两大电网及发电集团在数字平台、物联网平台及场景化应用软件上的投入需求将持续释放。据艾瑞建模测算,2021年中国电力数字化核心软件及服务市场规模为414亿元,2021-2025年复合增长率为19.3%,预计2025年市场规模达839亿元。

厂商策略:电力数字化市场较为分散,玩家众多(主要为电力系统内部的科研院所和信息化建设单位、专业电力数字化厂商、综合软件厂商、互联网厂商四类)且均在各自专业化及细分领域深耕多年。随着双碳及新型电力系统建设需求的继续增长,电力企业要求升级,除了过硬的电力业务理解能力外,供应商的全链条服务能力同样重要。

转型现状

电力企业数字化起步较早,集团企业现已构建完备的数字底座,向生产、运营、服务等场景化应用拓展,旨在推动电力企业由单一的电力供给向综合能源供给转化,并创新电力生产、供给、销售模式,掌握市场“主导权”。地方型电力企业转型步伐不一,其建设重点一方面是加大在数字化平台/中台领域的投入,借助数字技术与统一的数据平台,推动能源流、信息流和数据流高效融合,加速内外部全链条业务整合及流程再造的管理创新改革;另一方面是坚持转型的基本框架与关键方法,有序推进数字化全面展开,促进跨层级、跨系统、跨部门、跨业务的高效协作,实现资源的优化配置。

趋势及展望

随着“双碳”、“行业数字化”及“东数西算”等政策措施的进一步落实,电力企业不仅需以电力供应的绿色清洁为目标,稳步推进新型电力系统建设;还需以用户体验为核心,持续满足其愈发多元化的用电需求,实现业务内容与模式的创新。为了实现这一目标,电力企业需深化前沿数字技术与电力科学技术的结合,实现“机器代替人力”这一目标;此外,企业更需与跨界主体合作,打造智慧电力生态圈,赋能数字经济发展。

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研究范畴:聚焦发电与电网企业转型

聚焦上游数字化服务商及中游发电企业、两大电网转型实践

数字化技术渗透至电力产业“发-输-变-配-用”各个环节。从转型主体看,发电侧以五大四小发电集团、地方发电巨头为研究主体,探讨其在双碳、电力体制改革的宏观及产业环境下,基于数字化技术实现从电力生产、运营到服务的全域转型。输配用侧以国家电网、南方电网为研究主体,探讨其构建智能电网的阶段性重点及典型实践,描绘我国智能电网全景图。除此之外,下游电力消费结构与模式的变化对电力生产主体的影响力不容忽视,本报告同样会探讨电力企业在复杂的产业环境中如何实现业务创新发展、数字生态及产业融合,并对其数字化转型提供综合性见解 。

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研究内容:数字技术与新型电力系统

立足新一代数字技术,多方协同加速新型电力系统建设

「新型电力系统」覆盖“源网荷储”四大环节,是中央在能源生产、存储、分享与消费模式改变的背景下提出的建设目标。

在此背景下,电力企业纷纷加大其在新型电力系统建设领域的科技创新投入,投建项目类型主要分为科技与数字化两类。科技类项目聚焦复杂大电网安全稳定运行和控制、大容量风电、高效光伏、大容量储能以及低成本CCUS等技术创新;数字化类项目覆盖电力企业生产、运营及服务全域,聚焦在“大云数物移智”技术与电力科学技术的深化结合。

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产业环境

保障电力供需动态均衡,积极应对电力消费结构变化

2021年,我国全社会用电量达83129亿千瓦时,同比增长10.5%。分产业看,受数字经济发展影响,以第三产业为首的新兴领域用电需求陡增(E.g. 充换电服务业),2021年第三产业用电量同比增长17.8%。然而电力生产增速放缓,2021年全社会用电量超出发电量约0.2万亿千瓦时。电力企业既需要保障电力供给的稳定可靠,解决电力峰值缺口等问题,也需通过电力技术创新和电力市场化改革,进一步降低供电成本,让社会用户享受电力规模经济带来的“便宜电”,顺应电力消费结构变化趋势。

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产业图谱

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市场规模

电力数字化增长具备持续性,预计2025年市场规模达839亿

我国电力数字化市场规模呈稳健增长态势,2019年受《关于进一步严格控制电网投资的通知》影响,两大电网的投资增速有所放缓。“十四五”规划明确了智慧电网、智慧电厂的建设目标,两大电网及发电集团在数字平台、物联网平台及场景化应用软件上的投入需求将持续释放。据艾瑞建模测算,2021年中国电力数字化核心软件及服务市场规模为414亿元,2021-2025年复合增长率为19.3%,预计2025年市场规模达839亿元。

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玩家类型

参与电力数字化建设的主体专业化、多元化程度加深

电力数字化市场较为分散,玩家众多,且均在各自专业化及细分领域深耕多年。整体看,电力系统内部的科研院所及专业电力数字化建设厂商在电力行业的聚焦程度更高,经数年实践沉淀电力行业认知,能更好地满足客户特定数字化需求。体系内的信息建设单位更是垄断调度自动化、设备管理等核心业务系统的开发,具备较强的核心竞争力。专业电力数字化厂商业务布局全面、人才聚集优势明显;综合软件厂商聚焦电力企业“管理域“;互联网头部厂商在通用技术沉淀、人才吸纳方面更胜一筹,呈现出加速布局的趋势。

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产品矩阵

面向新型电力系统的「新兴」产品是未来投资重点

电力数字化服务商在项目交付后的业务增长点有二:一是加深应用前沿技术,实现原有系统的创新迭代,例如增强设备监测系统的智能化程度;二是及时满足电力企业的新需求,例如以绿色转型为目标延伸的双碳咨询服务、综合碳排监测等。艾瑞根据项目“基因”将数字化产品及服务分为「传统」和「新兴」两类。具体而言,「传统」产品包括IT基础设施、智能运维和自动化控制管理系统,其目的为支撑电力企业核心生产、运营与管理等环节,在未来很长一段时间内仍是电力(尤其是发电企业)的投资重点;「新兴」领域当前投入规模小、增速快,是带动电力数字化市场增长的重要引擎。

传统和新兴产品并非替代,而是互补的关系。通常电力企业会将“新兴”技术能力融入“传统”产品模块中来提升IT体系的创新能力,在相同条件下,电力企业也倾向与提供「传统」数字化产品及服务的供应商合作。

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新进入者展望

持续打造技术生态,创新商业模式

电力数字化的市场进入壁垒较高,电力企业对服务商的技术能力及行业理解要求高,且倾向选择有长期合作关系的供应商。随着电力产业环境变化,电力企业转型需求被释放,越来越多的“跨界巨头”竞相参与,加剧市场竞争;同时,众多服务商持续改革其商业模式以谋求增长,头部电力信息化厂商由专业电力系统供应向电力咨询设计、系统集成到实施运维的一站式综合服务商转变。对市场新进入者而言有两方面机会点,第一:抓住“双碳”机遇,以新型电力系统绿色转型为核心提供「新兴」产品模块;第二:多方联合打造技术生态,从深度学习、数字孪生、隐私计算等前沿技术切入,补足传统信息化厂商的技术短板。

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普遍性痛点

解决IT层遗留问题,提升各个环节数字化水平

与大多传统企业相同,早期电力企业数字化落地缺乏统一的顶层设计和复合型数字化人才等要素的支撑,导致数字化转型战略与企业传统的组织架构、业务流程、经营模式和企业文化不匹配,转型阻力大,且通常局限在某一部门或某一环节,无法实现全局效能的提升。在具体实施过程中,由于缺乏统一的选型标准,各级单位选择与不同的供应商合作搭建系统,导致IT架构难以统筹管理,电力数据无法实现高效的沉淀及应用,数据孤岛严重。在此背景下建设的数字化系统仅能满足日常的生产经营活动,无法满足新型电力系统灵活敏捷与可靠高效的核心诉求,无法高效地应对复杂环境,电力企业自身也很难实现业务创新发展。

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需求(采购)特征

以数字化平台采购为核心,呈现多元化特征

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• 发电侧(传统&新能源发电)

主导者:五大四小发电企业、地方发电巨头

转型关键:双碳背景下,新型电力系统建设势如破竹,要求发电环节的绿色清洁化转型。从生产结构看,未来很长一段时间,传统火电主导发电领域,新能源发电占比稳步提升,如何发挥火电灵活调节能量、解决新能源发电难预测、波动大等问题成为发电企业的核心关注点。除了核心生产环节,发电企业(尤其是火电)盈利能力也受重重因素影响;电力市场开放化改革让越来越多的电力主体参与市场竞争、加剧竞争,发电企业亟需增强核心竞争力、探求发展新动能。数字化全面转型连接发电价值链,辅助发电企业实现生产、运营、服务的降本增效和创新升级,是“十四五”期间发电企业的聚焦点。

驱动因素:电源侧绿色转型

数字技术助力高弹性、高韧性的新型电力系统构建

保障电力生产的稳定可靠是发电企业的首要任务,其次是响应双碳号召,推动发电环节的清洁低碳化转型。传统火电仍是发电侧的主力军,2021年火力发电量约占我国全社会发电量的71.13%,发电量同比增长8.4%。这意味着发电企业既需增加电源结构多样性,提升新能源发电业务占比,也需对其以火力发电(煤电)为主导的业务模式进行调整,建设清洁高效的火力发电系统。二者对数字技术的应用、电力生产的智能化程度均提出更高的要求。以传统火电为主营业务的企业需要利用数字技术提升生产和经营环节的效率与效能,例如基于智能巡检技术提升发电机组的利用效率;针对新能源发电业务,企业可通过将AI、5G等数字技术与风功率预测结合,提升新能源的发电与利用效率,增强其稳定与安全性,解决弃风弃光等问题,从而缓解新能源发电对旧电力系统带来的运行压力,最终实现对传统发电、可再生能源发电的高效运营。

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驱动因素:电力市场开放化

碳交易与电力市场改革加剧发电市场竞争

碳交易、电力体制改革是电力市场的里程碑式事件,二者虽从政策、管理和交易体系上是完全独立的个体,但其相互影响,且均对发电企业的业务模式产生巨大冲击。碳交易强调火电清洁化及低碳化,促使发电企业增加清洁能源装机,并利用碳捕捉、碳封存等实现发电清洁化,侧面增加以火电为主营业务的企业运营成本,缩窄其盈利空间。电力市场开放化促进电力市场交易,发电企业不遑抓住东风,实现业务创新转型。

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建设重点:整合发电价值链

整合发电内外部价值链,推动智慧电厂及新能源应用转型

发电企业数字化转型聚焦电力价值链的中下游环节,具体而言指火电与新能源装机、生产活动,及面向两网、大企业客户的电力销售。整体看,发电集团的数字化转型涉及企业内外部产业链的数字化及各项业务数据孤岛的集成化。传统能源发电厂经过数年实践,发电厂本身智能化改造较为完备,现阶段更关注新一代数字技术与生产、服务环节的深度结合;针对新能源,建设重点在于从新能源场站到区域集成系统,从发电预测到故障预警、调度管理、发电营销等全面建设升级。

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应用展望:智慧火电

构建智慧电厂生态,全面提升生产管理及服务环节效益

智慧电厂概念于2017年提出,指以物理电厂为基础,将各个系统与信息技术、智能控制技术、发电行业技术结合而形成的新型电厂。国务院、各地方政府和发电集团不断出台关于建设智慧电厂的文件,并明确指出要提升电源侧智能化水平,加强传统能源和新能源发电的厂站级智能化建设。智慧电厂无疑成为传统电厂的重要转型方向。

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• 输配电:两大电网-网络优化

主导者:电网企业

转型关键:电网架起了产能侧与用能侧间的桥梁,不仅关系着自身企业的降本增效,更关系到整个电力系统的优化配置与转型升级。在能源结构转型的背景下,电网数字化转型的关键在于提高电网企业配电和变电的数字化能力,以应对分布式电源的波动性;构建营销平台以挖掘并满足用电侧多元化需求;构建可观、可控的智能电网以保障我国电力供需平衡,赋能双碳目标下新型电力系统建设。

驱动因素:输/变/配电与调度环节

电力资源与负荷逆向分布,间歇性电源大比例接入

我国能源资源与负荷呈现逆向分布,煤炭资源多集中在西部和北部,水能、太阳能主要分布在西北和西南地区,而能源需求则集中在东部。这使得电力能源在长线路、跨区域传输时,面临规划输变电线路、网损线损等问题。此外,随着新型电力系统的建设,风能、水能、太阳能等清洁能源作为电源大比例接入电网,其自身的季节性和间歇性对电网供给的稳定性造成一大挑战。同时,配电网充电桩、分布式能源等多主体接入,也使配网负荷呈现非线性等特点,电网潮流复杂化加大了电网灵活调度与准确预测分析的难度。传统的电网运维很大程度上依靠人工巡检,存在着过程难以管控、安全事故频发、信息化程度低等问题,极易造成巨大的人员与财产损失,难以适应智能电网发展需求,因而急需通过数字化应用减少输变电线损率,提高调配电智能化水平。

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驱动因素:售/用电环节

电力市场化改革,用电场景多元化,倒逼电网优化运营管理

电力体制市场化改革及终端用户多元化应用场景对电网售/用电环节的数字化转型有着极大的影响。一方面,电力体制改革改变了电网企业的盈利模式,利润空间被挤压,市场竞争加剧。同时,电网复杂性显著增加,企业必须进行数字化升级合理控制成本,提升输配电效率,减少线损,扩大自身的利润空间。另一方面,终端用电侧用电需求趋于综合化、用电场景多元化,但传统电网终端数据采集存在低频、分散的情况,导致大量用户数据流失或应用不足,无法实时反馈和实现供需平衡。此外,智慧用电被列为数字经济和智慧城市建设的重要内容,通过智能感知等技术采集边远层的信息数据,构建基于用户端的电力大数据,可充分反映宏观经济、居民生活等情况,对国家治理有重大应用价值。

建设重点

推进配/变/用电环节智能化是智能电网建设的重点

在双碳目标和“互联网+”的风口下,布局智能电网成为国家抢占未来低碳经济制高点的重要战略,国网和南网作为国家智能电网建设的主要参与方,在电网智能化方面投资比例逐年提高,其中变电、配电和用电环节的智能化为建设重点。据2020年《国家电网智能化规划总报告》,国家电网智能化投资比例不断提升,在2016年至2020年间,占总投资额比例达12.5%,其中约76%用于变、配、用电环节智能化建设。配电网作为连接客户的最后一公里,对供电质量有着决定性影响,是实现“双碳”目标的基础。根据国网、南网的发展规划,国电配网预计投入超1.2万亿,占电网建设总投资60%以上。南网配网计划投入3200亿元,预计占电网建设总投资的48%左右。数字化技术助力改变电网传统运营与管理模式,使电网企业得以应对发电侧分布式能源接入、电网侧系统复杂程度提高以及用电侧用户需求提高等挑战。

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建设展望

精准管控助推节能减排,保障优质可靠电力供应

虚拟电厂(Virtual Power Plants,VPP)是应对分布式能源大规模接入并网的重要技术。其运作模式为通过先进的控制、计量、通信等技术聚合可控负荷、储能系统和电动汽车等不同类型的分布式电源,通过集中控制方式、分散控制方式或完全控制方式软件架构实现多个分布式能源的协调优化,参与电力市场实时交易和大电网运营,实现电力削峰填谷供需平衡。目前,VPP技术在欧美发达国家有着较为成熟的发展,而我国由于能源体制中发电、输配变电、用电三方相对独立,目前尚未形成较为成熟的成套解决技术,处在初期试点阶段。但随着能源互联网建设以及电力市场化改革的推进,输配电网建设将进一步挖掘VPP技术潜力,降低分布式能源增长所带来的调度难度,保证安全、可靠、优质、高效的电力供应,满足经济社会发展对电力多样化需求的总体目标和基本要求。

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需求升级:东数西算

释放绿色电力需求,助力新型电力系统建设及双碳目标实现

2022年2月,国家正式启动“东数西算”工程,这一举措对提升国家算力水平、推动区域协调发展至关重要,对电力企业而言更是新的机遇与挑战。一方面,“东数西算”工程涉及数据中心的建设,目前已在8个算力枢纽内规划设立10个数据中心集群、明确绿色节能等目标,未来也会更加集中在西部地区,增强新型电力系统的稳定性以应对削峰调谷的需求。另一方面,“东数西算”有效利用西部地区的可再生能源,将数据中心与电力系统协同调度,降低数据中心能耗和碳排放,促进其绿色低碳发展和“双碳”目标实现。

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技术突破:智慧储能

储能与数字技术结合,推动分布式与集中式能源整合平衡

储能是保障发电侧、电网侧、用电侧弹性用电的重要支撑工具。储能凭借其快速功率调节和供蓄能力,在平滑间歇式能源功率波动、削锋填谷、改善电压质量及保障电力安全方面均发挥重大作用。2021年8月,国家发改委及能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,鼓励更多发电企业自建储能,构建风光储新型电力系统,加速储能环节联动建设。储能之于电力数字化,如数据存储之于芯片,是电力生产、输配送和消费中不可或缺的一环,储能技术部署的便利性决定能源网络数字化的深度。未来,储能技术将与数字技术深度结合,赋能发/输/变/配/用电全环节,协同推动新型电力系统建设。

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行业生态:智慧电力服务圈

以能源大数据为核心,多位一体构建智慧电力生态

未来, 各行业主体会继续依照“平台+生态”的思路,开展互惠共赢的能源互联网生态圈建设。以电力大数据为核心轴进行新业态与新模式的探索,与发/输/变/配/用各环节的企业、用户以及上下游的设备制造商、互联网公司、政府部门、科研院所等主体合力打造数字化的能源新生态。

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