編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續(xù) 共生 向新”為主題的“第五屆未來(lái)能源大會(huì)”在江蘇常州武進(jìn)召開(kāi)，本次大會(huì)由中國(guó)能源研究會(huì)與中國(guó)能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)教授Vladimir Terzija發(fā)表了《Digitalization-A Revolution Leading to Future Low-Carbon Economies》的主旨演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

Vladimir Terzija：首先我想向所有的參加的第五屆未來(lái)能源大會(huì)的參會(huì)者表示祝賀，我個(gè)人非常抱歉沒(méi)有辦法親自來(lái)現(xiàn)場(chǎng)參會(huì)。我今天發(fā)言的主題是“數(shù)字化，朝向未來(lái)低碳經(jīng)濟(jì)的一場(chǎng)革命”。

我在紐卡斯?fàn)栂虼蠹冶硎緹崆榈臍g迎，首先先講一下紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)，我們紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)有三個(gè)學(xué)院，分別是科學(xué)、農(nóng)學(xué)、工程學(xué)，然后醫(yī)學(xué)院和人文社科學(xué)院，我們總共有兩萬(wàn)多名本科生，還有六千多名研究生，另外還有六千多名工作人員，包括46%是在學(xué)術(shù)研究崗位上的。我們總共大概有超過(guò)1.1億英鎊的科研經(jīng)費(fèi)。

首先我想指出的是我自己其實(shí)是在塞爾維亞的貝爾格萊德大學(xué)畢業(yè)，讀完博士之后又到俄羅斯還有德國(guó)的幾個(gè)地方進(jìn)行過(guò)工作，然后在俄羅斯的主要工作經(jīng)驗(yàn)是在莫斯科。我這里想指出的是我的工作當(dāng)中有一部分是在一份期刊擔(dān)任主編，也就是《國(guó)際電力與能源體系》期刊。我是在2015年開(kāi)始在期刊做主編進(jìn)行工作的，目前為止工作已經(jīng)超過(guò)了5年的時(shí)間，我們所關(guān)注的幾乎都是整個(gè)電力系統(tǒng)的技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題，所以今天我想講的主要也是一些跟數(shù)字化相關(guān)的一些技術(shù)層面的問(wèn)題。我的視角可能也是更加偏重于學(xué)術(shù)角度。

整個(gè)發(fā)言的內(nèi)容大概包括以下幾個(gè)部分，首先是未來(lái)的能源體系，然后是智能技術(shù)，數(shù)據(jù)科學(xué)，還有數(shù)字孿生，之后就是一些智能的解決方案，然后會(huì)給大家舉一些英國(guó)的實(shí)際例子，最后是結(jié)論。

首先是關(guān)于未來(lái)的能源體系。我們都意識(shí)到了我們的近零排放的目標(biāo)截止到2050年，意味著產(chǎn)生的溫室氣體的量和我們能夠從大氣當(dāng)中去除的溫室氣體的量必須達(dá)到平衡，當(dāng)我們達(dá)到近零的時(shí)候，也就是說(shuō)我們?cè)诖髿猱?dāng)中新注入的二氧化碳，不能大于我們消除的二氧化碳。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先我們要向風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能這些可再生能源，另外還有像核能也是清潔能源，這一點(diǎn)非常關(guān)鍵。另外還有現(xiàn)在一個(gè)巨大的趨勢(shì)就是改用電車，電車其實(shí)對(duì)于現(xiàn)存的電力體系來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。我們可以利用電池來(lái)解決一些問(wèn)題，幫助電車和電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行更加靈活和穩(wěn)定的運(yùn)行。

當(dāng)然，除此之外現(xiàn)代電力體系也面臨著其他一些體系，比如說(shuō)很多的可再生能源包括風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)能，它跟電網(wǎng)的 連接方式其實(shí)和傳統(tǒng)的上網(wǎng)方式是不一樣的，可能里面會(huì)涉及到一些逆變器等等。整個(gè)電網(wǎng)體系的容錯(cuò)能力是在下降的，而且也不能有太強(qiáng)的慣性，還有就是整個(gè)電網(wǎng)的體系其實(shí)是被削弱了的，它不能夠面臨很多的突發(fā)情況，不能有很多的停電的情況，這樣才能夠讓整個(gè)電網(wǎng)維持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，否則就會(huì)出現(xiàn)很多的危險(xiǎn)。另外還有一些其他的，比如說(shuō)這個(gè)諧波干擾等等的問(wèn)題，所以從結(jié)論上來(lái)講，我們的電網(wǎng)整體是變?nèi)趿恕?/p>

還有就是當(dāng)出現(xiàn)一些極端天氣事件，然后像前面提到的2021年德州出現(xiàn)的大規(guī)模停電，這是2月20日的情況，這些其實(shí)都跟這種電網(wǎng)的性能是相關(guān)的。比如說(shuō)突然間有大量的發(fā)電單位出現(xiàn)了停運(yùn)的情況，或者說(shuō)像輸電限度當(dāng)中出現(xiàn)了一個(gè)斷點(diǎn)的話，它其實(shí)可能會(huì)對(duì)整個(gè)體系的其他地方也造成影響。因此，我們就需要在這個(gè)層級(jí)過(guò)程當(dāng)中解決它的穩(wěn)定性問(wèn)題。

2013年其實(shí)意大利也出現(xiàn)過(guò)一次停電，最開(kāi)始只是一些緩慢的中斷問(wèn)題，持續(xù)了幾個(gè)小時(shí)，但是其實(shí)如果在最開(kāi)始就開(kāi)始響應(yīng)的話，那么就不會(huì)在后面短短幾分鐘出現(xiàn)大規(guī)模停電的情況。因此我們需要整個(gè)系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)回到過(guò)去的安全層級(jí)。

但是我在這里還想提到的一個(gè)很重要的問(wèn)題，也就是不同的能量相量的融合，包括發(fā)電廠、氣電廠和熱電廠等等，他們其實(shí)都是通過(guò)耦合技術(shù)來(lái)連接的，包括熱泵，還有汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等等。所以說(shuō)我們首先就要了解不同技術(shù)在這個(gè)體系當(dāng)中的不同行為，然后才能夠進(jìn)行整合，這樣才能夠使得這個(gè)操作更加的靈活。

關(guān)于未來(lái)的近零電力體系，我有以下幾點(diǎn)想要講，首先就是電力系統(tǒng)是非常典型的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它的安全程度和可靠性程度是必須要維持在很高的水準(zhǔn)的，甚至要達(dá)到最高的水準(zhǔn)。另外這個(gè)體系還會(huì)跟其他的能量相連，包括汽油、熱電廠還有交通、氫氣等等都是相連的。另外跟靈活性和韌性相關(guān)的一些問(wèn)題是我們發(fā)現(xiàn)的一些新問(wèn)題，而且對(duì)于最佳的經(jīng)濟(jì)吸引的獲取也是至關(guān)重要的。還有就是我們想要實(shí)現(xiàn)安全性和穩(wěn)定性，我們其實(shí)是可以使用一些新的技術(shù)，或者說(shuō)智能電網(wǎng)、智能傳感器還有傳播基礎(chǔ)設(shè)施、通信基礎(chǔ)設(shè)施和超級(jí)計(jì)算機(jī)等等的一些資源。

但是我們現(xiàn)在所進(jìn)行的這個(gè)數(shù)字化，其實(shí)同時(shí)也在給我們打開(kāi)新的局面，帶來(lái)新的機(jī)會(huì)，所以我們現(xiàn)在談的數(shù)字化必須是具體的數(shù)字化，是流程的數(shù)字化、技術(shù)的數(shù)字化、設(shè)備的數(shù)字化等等。所以在實(shí)際的電網(wǎng)當(dāng)中，其實(shí)目前有很多節(jié)點(diǎn)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，但是如果說(shuō)我們能夠?qū)ζ溥M(jìn)行迅速的數(shù)字化，我們其實(shí)是可以很快的大幅的去提升它的能力的，而且也可以更快的接入到解決市場(chǎng)上的一些問(wèn)題。比如說(shuō)你其實(shí)是創(chuàng)造了巨大量的數(shù)據(jù)，那就需要數(shù)據(jù)處理，那也就是說(shuō)還會(huì)涉及到數(shù)據(jù)保護(hù)等等相關(guān)的工作，這些都是我們能夠創(chuàng)造出來(lái)的一些新的價(jià)值。當(dāng)然這個(gè)方面也需要一些政策驅(qū)動(dòng)，我們了解到哪些數(shù)據(jù)可以分享，應(yīng)該怎么分享，后面我會(huì)講到這一點(diǎn)。

然后我們簡(jiǎn)單來(lái)看一下智能技術(shù)，智能技術(shù)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，從很多角度來(lái)講都是非常重要的，我們?cè)诘聡?guó)工作的時(shí)候設(shè)定了這樣的一個(gè)REM543的設(shè)備，這個(gè)設(shè)備它會(huì)接收到一些二進(jìn)制的模擬信號(hào)，這些是非常基本的一些信號(hào)。我們現(xiàn)在的思路是作為一個(gè)工程師的思路，而且還會(huì)通過(guò)這些接受進(jìn)來(lái)的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，它接下來(lái)就會(huì)產(chǎn)生一些模擬信號(hào)。模擬信號(hào)可以在這里進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字化。所謂的數(shù)據(jù)的數(shù)字化其實(shí)就是引領(lǐng)我們進(jìn)入數(shù)字化世界的一個(gè)過(guò)程，我們可以通過(guò)這個(gè)設(shè)備去進(jìn)行數(shù)字化的控制，而且去跟微電網(wǎng)進(jìn)行連接。

然后接下來(lái)我想講一下這個(gè)橫向數(shù)據(jù)傳輸，它其實(shí)也很關(guān)鍵，比如說(shuō)在不同的傳感器之間，你可能會(huì)有從左向右，從右向左的數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)其實(shí)可以去提升變電站的可靠性，我們可以采用甚至是不同的傳輸協(xié)議，不管是LON，還是MODBUS還是SPA都可以，因?yàn)楹芏嘧冸娬静捎玫氖遣煌募夹g(shù)和協(xié)議，但是通過(guò)這種橫向傳輸也可以使得數(shù)字進(jìn)行傳輸。

另外就是這種雙向的縱向數(shù)據(jù)傳輸，這是一個(gè)全新的變電站的概念。我們?cè)谶@里會(huì)使用光纖，它利用光纖作為一種傳播媒介，然后可以直接把數(shù)據(jù)一致傳輸?shù)街醒肟刂剖?。所以這樣的基礎(chǔ)設(shè)施其實(shí)是非常昂貴但是卻是至關(guān)重要的，它是我們?cè)谡麄€(gè)社會(huì)需要鋪設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，縱向的數(shù)據(jù)傳輸也是巨量的，可能是上升到TB層級(jí)的數(shù)據(jù)量，大家可以看到數(shù)據(jù)的傳輸不光是為了上行，供控制使用，其實(shí)也可以從上到下進(jìn)行指令的發(fā)送。

另外還有時(shí)間同步技術(shù)，我們現(xiàn)在有很多不同的衛(wèi)星體系，我們現(xiàn)在有GPS，還有伽利略還有北斗等等，這些其實(shí)就要求我們?cè)诓僮鬟^(guò)程當(dāng)中有更多的靈活性，來(lái)提升整個(gè)系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定?，F(xiàn)在的這個(gè)架構(gòu)就更加復(fù)雜了，但是每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行數(shù)字化。比如說(shuō)不同的PMU，它使用的傳輸媒介都是不一樣的，協(xié)議也是不一樣的，可能有一些是微波，有一些是局域網(wǎng)。我們現(xiàn)在甚至還邁進(jìn)了5G的時(shí)代，有一些可能使用的是5G，然后這里使用的是光纖。甚至是有一些電子廠，它可能可以避免很多其他的傳輸方式的問(wèn)題。這些架構(gòu)都是不一樣的，所以我們就會(huì)有不同的數(shù)據(jù)集成，這些最終就會(huì)進(jìn)入到一個(gè)超級(jí)的數(shù)據(jù)集成。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中你又要去保證它的網(wǎng)絡(luò)安全，所以在不同的傳輸協(xié)議之間就需要更大的靈活性，我們也需要處理大量的數(shù)據(jù)，比如說(shuō)中國(guó)可能就有2000多個(gè)不同層級(jí)的單元接入這個(gè)數(shù)據(jù)，每幾十毫秒可能就能產(chǎn)生上Tb的數(shù)據(jù)。

我想這是我們要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，在這樣的背景下，我們要處理海量的數(shù)據(jù)，大家都知道，通常大家會(huì)使用預(yù)測(cè)理論，或者是其他的最優(yōu)數(shù)據(jù)過(guò)濾的方法論之外，我們也可以使用深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)。當(dāng)然，使用哪一條技術(shù)路線可以繼續(xù)討論，但是總而言之，我們可以使用這樣的技術(shù)來(lái)處理發(fā)電、輸電和電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析。當(dāng)然還有一些結(jié)構(gòu)性的分析、各種各樣的算法，這些我就不提細(xì)節(jié)了，他們可以解決電力系統(tǒng)當(dāng)中不同的流程。我們需要有高技能的算法工程師，他們能夠處理海量的數(shù)據(jù)。也需要高度的技術(shù)型的懂電力的數(shù)據(jù)家來(lái)加入我們的行列，給我們提供非常復(fù)雜的基于科學(xué)的解決方案，這也需要多學(xué)科的方法，要有跨學(xué)科的人才組建團(tuán)隊(duì)解決問(wèn)題。

例如像數(shù)字孿生技術(shù)，學(xué)界對(duì)這一點(diǎn)是經(jīng)常提的，同本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，我們是分析一個(gè)物理的過(guò)程，實(shí)際上所有這些都有一個(gè)物理世界的孿生，我們使用數(shù)據(jù)的搜集，數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，通過(guò)人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)提取知識(shí)，然后再把數(shù)據(jù)輸回控制系統(tǒng)，這是一個(gè)非常經(jīng)典的循環(huán)。有了機(jī)器學(xué)習(xí)，人工智能之后，或者說(shuō)僅用人工智能我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)反饋的閉環(huán)，這樣之后我們的控制監(jiān)測(cè)和保護(hù)的水平更高了，可以用于輸電網(wǎng)，可以用于風(fēng)電場(chǎng)，可以用于電加熱協(xié)同，或者說(shuō)熱電聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)。

給大家舉一些實(shí)踐當(dāng)中的智能解決方案，這是VISOR項(xiàng)目，我們非常驕傲，當(dāng)時(shí)我是在曼徹斯特的首席工程師，當(dāng)時(shí)我們獲得了網(wǎng)絡(luò)的事態(tài)感知能力。包括像我們蘇格蘭電力公司、國(guó)家電網(wǎng)公司，我們是與通用電氣公司合作，我們是更好的進(jìn)行了數(shù)據(jù)的采集，能夠更好的使用這種混合型的電表，能夠搜集不同的數(shù)據(jù)。有了這樣的一個(gè)項(xiàng)目之后，我們用了各種各樣的補(bǔ)償器還有其他的一些設(shè)備，因?yàn)樵谡麄€(gè)過(guò)程當(dāng)中可能也有一些其他問(wèn)題，所以我們采取了先進(jìn)的技術(shù)，提升了監(jiān)測(cè)的水平和質(zhì)量，而且我們有專門的諧振設(shè)計(jì)，他能夠非常好的識(shí)別出錯(cuò)誤和故障，能夠自動(dòng)的調(diào)節(jié)，使得我們電網(wǎng)的運(yùn)行更加的穩(wěn)定。

第二個(gè)項(xiàng)目涉及到系統(tǒng)的惰性，這個(gè)里面涉及到系統(tǒng)當(dāng)中的一些動(dòng)力，也就是物質(zhì)流的流動(dòng)，我們用了同樣的方法解決了下列的問(wèn)題，因?yàn)槲覀冃枰焖俚陌延杏玫墓β瘦斎氲较到y(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)系統(tǒng)紊亂的時(shí)候。因?yàn)槲覀兊挠泄β拾ê穗?，核電有足夠的有功功率，但是這個(gè)非常慢，我們需要快速的接入電網(wǎng)，我們要識(shí)別車、風(fēng)電或者說(shuō)光伏，或者說(shuō)熱電聯(lián)產(chǎn)，熱電循環(huán)的這個(gè)機(jī)組，我們要知道他們能夠快速的接入電網(wǎng)。這樣就能保證特別是我們?cè)诳稍偕茉此降倪^(guò)程當(dāng)中，快速的使電網(wǎng)穩(wěn)定。也就是說(shuō)在未來(lái)我們所需要的方法，需要能夠處理海量的數(shù)據(jù)。

另外我們要理解現(xiàn)代的電力和能源體系特別的現(xiàn)象，他是有效的監(jiān)測(cè)保護(hù)控制的前提，我們不能把它視為一個(gè)黑箱，說(shuō)我們應(yīng)用人工智能就能解決所有的問(wèn)題，這是不負(fù)責(zé)任的看法，另外還需要有智能電網(wǎng)技術(shù)和解決方案，要采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的解決方案。不僅僅是數(shù)據(jù)本身，還要有非常好的模型，可以幫助我們解決一些問(wèn)題，因而實(shí)現(xiàn)近零排放的目標(biāo)，我們要構(gòu)建多學(xué)科的團(tuán)隊(duì)，采取多學(xué)科的方案，我們要在所有的層面協(xié)作、協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌，包括國(guó)家和國(guó)際，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)綠色的目標(biāo)，創(chuàng)造更加美好的社會(huì)。我想在這一塊兒，中英兩國(guó)可以以非常務(wù)實(shí)的態(tài)度構(gòu)建合作的橋梁，解決能源這樣的一個(gè)全球面臨的普遍問(wèn)題。

感謝各位女士們、先生們聆聽(tīng)我的發(fā)言。