为什么我们需要将能源数字化?

全球能源问题:

全球变暖的问题变得越来越严重。在节能减排、缓解气候变化带来的不可逆转灾害等方面，国际社会达成了许多共识。在IPCC的报告中，气候变化的可见影响，包括广泛的负面影响，以及对自然和人类的相关损失和损害。与此同时，在2021年底举行的COP26峰会上，各国还强调了促进可再生能源、绿色交通和建筑建设的紧迫性，以减少气候变化对数百万人造成的损害。

随着科学技术的发展和互联网的普及，数字化转型和数字革命已经成为问题。这是政府、企业乃至人民都需要共同面对的问题。如何在解决环境问题的同时，利用技术为可持续发展赋权，创建有影响力的商业模式。因此，将气候行动与数字工具相结合可能会提供有效的解决方案。如果行业能够适当地引入数字化技术，不仅可以帮助企业实施净零战略，还可以有效地减少运营过程中的碳排放。而供应链的比重高达20%，还在大型绿色电力和可再生能源基础设施项目中发挥作用。降低成本，提高效率的效果。

为什么要将能源数字化?

随着全球可再生能源装机容量的不断增加，太阳能和风能市场显著增长。由于可再生能源发电的不稳定性，可以通过储能设备实现稳定的电力供应，将储能商机扩展到家庭、工业和电动汽车。

从供给角度看，全球主要市场对可再生能源的需求正在增加。同时，风能、太阳能的不稳定性、电池储能的迭代升级、废弃太阳能电池板的处理等各种约束条件。机构在不断地开发解决方案。

从需求的角度看，人类的日常生活涵盖了衣食住行、休闲娱乐的方方面面，并依赖于能源驱动的经济活动。随着政策规范和可持续性意识的提高，企业和公众在能源方面正面临着范式转变。增加可再生能源的使用。

互联网技术和数字技术也在改变全球能源体系。数字化推动了新一代区域微电网和分散式能源系统架构的优势。技术可以用来管理不同地区的能源，打破传统电力供需之间相对非弹性的鸿沟。如果适当引入云和人工智能技术，电力和计算能力可以进一步结合，协调可再生能源和传统电网的结合。实现更好的调度，促进能源转化。如计算太阳能供电峰值，推高这段时间的工作量等技术。从长远来看，它可以帮助国家和企业走上净零碳排放的发展道路。从根本上讲，能源与网络技术的结合是一种新的商业模式，它打破了过去单向的传输模式，将分散的点与点连接起来。这是能源生产、输配、储存、消费，与能源相关的金融市场深度融合的新体系。

在前期，将优先增加可再生能源的使用，并通过太阳能、水电等能源的协调供应，与消费者方进行互动，因为它是小规模的，而且是以数据为导向和精确的，让公众的需求更广泛地参与到能源的使用中。从经济角度看，就是在各方之间寻求帕累托效率，即一种任何人受损都不会改善他人境况的资源配置理想状态，促进整体能源系统的更高质量、高效、公平、可持续、更安全的运行和使用。

能源数字化能做什么?

• 微型网格减少磨损:
  在可再生能源占比越来越大的情况下，基于社区或小规模领域的分布式电站和微电网的建立，不仅在效率和稳定性方面优于传统电网，而且提高了供需之间的匹配。它可以突出分布式架构的优势，也有机会提高绿色电力的生产力和可用性。
  如果把能源比作互联网平台，那么能源的管理和存储就应该在非高峰时段进行合理的管理和存储。在用电高峰时，集中调度只需对变更部分进行调度。通过需求端的即时反馈和源网络的协调，可以在过程中使用。中国可以尽可能多地使用新能源和可再生能源，以避免在传输过程中的许多损失。
• 算法预测天气和电力供应:
  通过结合多数据库的计算能力进行预测，可以缓解可再生能源因天气不稳定波动而造成的不稳定发电的不便。在理想状态下，如果多个微电网/电站相互串联，消费者甚至可以根据自己的生活习惯在任何地方购买太阳能和风能。通过分布式技术，可以实现供需点对点匹配，灵活定制定价。
  为了实现低碳生活和净零目标，能源是重中之重。如果说能源是推动经济活动的必要燃料，那么数字化的本质是寻找新的商业模式进行转型。并与能源产业升级合作，在考虑环境可持续性尝试的同时，竞争这一商业机会。
• 去中心化应用程序提高弹性:
  由于地域和自然条件的关系不同，每个地方都会有不同的能源需求，这就需要定制解决方案。因此，发展分布式电站、社区微电网等小规模、低成本、以需求为导向的能源基础设施是发展重点。特别是在发展中地区，小到一个社区或整个工业园区，大到一个城市、一个省，乃至全国，都可以利用上述技术应用，实现集中分布式协调运行，负载稳定，减轻电网调节压力。
• 降低成本，带来碳红利:
  除了生产能力，用户方还可以在使用阶段从数字化中受益。根据施耐德电气提供的数据，通过其智能配电解决方案和数字化，不同行业的客户可以实现高达85%的节能效益，节省30%以上的运营成本，并提高生产力。
  此外，数字化可以帮助生产设备，提高高达50%的运营效率，降低25%的风险，这可以有效减少碳足迹，帮助制造业满足日益严格的esg相关规范。此外，在减少碳排放的同时，还可能产生碳信用红利。由于节能或使用绿色能源而取得的减排业绩，在适当的条件下，可以通过合规的第三方认证在国际碳交易市场上市，并进一步转化为收益，使环境可持续性与企业盈利能力之间形成合理的联系。

能源与环境微观趋势:

• 绿色氢替代化石燃料，欧洲、美国、日本、韩国已全面开发:
  从工业到交通和供暖的电力都需要氢。然而，目前主流的制氢方法是使用甲烷、石油等化石燃料，这将产生大量的碳排放。由此得到的氢也称为灰氢。为此，欧美、日韩等国纷纷开始研究如何用可再生能源替代化石燃料，如何电解水制氢，如何将灰色氢转化为绿色氢。
• 海上浮动式风力发电机组，下一阶段风电推广重点:
  1991年丹麦建成世界上第一座海上风电场后，欧洲制造商在建造风电场方面积累了丰富的技术和经验。然而，近30年来，近海风电场(离岸20公里以内)的发展日益饱和。因此，离岸20 ~ 30公里、水深50米以上的FOWT (Floating Offshore Wind Turbine)技术的发展成为重点，各国也被纳入发展目标。
• 核聚变发电大踏步前进:
  与传统核能发电相比，核聚变发电放射性污染小，无碳排放。然而，要实现核聚变发电，反应堆的核心温度必须超过1亿摄氏度，这是太阳核心温度的6倍。
• 地热发电的发展潜力:
  与依赖天气变化的风能和太阳能相比，存在间歇性发电的问题。地热能储存在地下，可以24小时发电，而且在发电过程中不会排放碳，具有很大的开发潜力。
• 钙钛矿太阳能电池，比硅更节能:
  台湾土地面积小，屋顶少，可安装的太阳能电池板数量有限。此外，目前主流的太阳能电池板材料为硅，能量转换效率上限为20%，这进一步限制了太阳能发电的前景。钙钛矿技术具有工艺温度低、材料轻薄等优点。最重要的是，能量转换效率超过25%，有望加速PSC(钙钛矿太阳能电池)的商业化。
• 空中取水技术有望缓解缺水危机:
  台湾工业技术研究院开发的等温高效水气分离技术，是世界上第一个通过空气产生洁净水的技术。这项技术使用一种特殊的氧化石墨烯薄膜从空气中提取水分，未来可以引入水源不足的地区。当这种技术安装在家庭屋顶上时，只要空气扫过薄膜，就能产生干净的水，有效缓解用水状况。
• 回收废物再次创造价值:
  在循环经济中，国际品牌对原材料的需求增加了。在未来，你穿的休闲服和运动鞋可能是由碳废气和海洋废塑料制成的。聚酯纤维已被开发用于回收工业废气。
• 直接空气捕捉技术将二氧化碳埋于地下:
  如果你想减少碳排放，直接从空气中吸收碳可能是最有力的手段。直接空气捕捉(DAC)技术使用风扇提取空气，并使用液体溶剂或固体吸附剂过滤器收集二氧化碳，这些二氧化碳可以储存在地下或转化为制造塑料的原材料。虽然DAC只是一个临时解决方案，但它仍然是各国迈向净零排放的重要支撑措施。
• AI模型打开了用户连接，消除了重新开发的功耗:
  技术正在迅速发展，但从加密货币挖矿到人工智能模型训练，一切都要消耗大量的电力。非营利人工智能研究机构Open AI的语言模型GPT-2的碳排放量为280万吨，相当于5辆汽车的终身排放量。为了技术的发展和减少碳排放，Open AI直接使用经过训练的AI模型，并开放api供用户连接到应用程序，而不需要从头开始训练AI模型。谷歌正在利用AI进行节能减排，例如通过AI优化红绿灯，减少交通拥堵，利用AI管理机器，提高数据中心的能源效率。
• 储能砖，可充电10000次:
  用于建造房屋的砖块未来还将储存电力。利用砖的多孔性，可以储存电荷的导电塑料纳米纤维被填充到孔隙中，可以充电10000次。未来，当太阳能电池板安装在建筑物上时，产生的电力可以储存在储能砖中，但能量密度还有待突破。
• 省下电卖出去，就能变成虚拟发电厂:
  随着住宅开始安装太阳能电池板等储能设备，可以整合电力资源的虚拟发电厂(VPP)将推动新的商业模式。聚合器可以整合多个用户的用电行为，与电力公司协商电价方案，回馈给下面的用户，减少用电量。用户群代表了对电力用户设备的控制需求，以帮助电力公司克服用电高峰。同时避免调控结束后，大量用户同时开启空调，造成又一波用电高峰，产生报复性用电效应。未来，通过引入AI算法，也会进行用电调度。
• 储能、电动汽车动力，加入自由交易市场:
  台湾政府开放绿色电力免费销售，不少民间可再生能源销售企业成立。过去，用电多少由泰电说了算，但通过区块链点对点技术，用电结算可以更透明、更清晰，解决信息不对称的问题。未来的电力交易将不仅包括来自可再生能源的电力，还包括来自储能设备和电动汽车的电力。随着电动汽车销量的增长，政府计划制定电动汽车专用电价，并对电动汽车的充电行为进行管理，这将带来新的商业模式。
• 建筑材料可以自行修复裂缝:
  建筑业一直是碳排放的主要贡献者。大多数水泥制造商都引入了碳捕获、利用和储存(CCUS)技术，以改善该过程中的碳排放。科学家开发了一种新型的活建筑材料，它将凝胶和活细菌通过沙子结合起来，开发出一种比水泥更环保的自修复建筑材料。虽然强度无法与传统水泥相比，但当墙体受损时，活菌也会受损。自己修补裂缝。

展望能源数字化的未来:

随着可再生能源发电成本逐年下降，国际能源署预测，到2024年，可再生能源将超过煤炭，成为全球最大的发电来源，提供全球三分之一的电力。企业和个人可以更容易地参与到可再生能源的使用中。

在可预见的未来，不仅是能源行业，所有使用能源的行业都将经历数字化改革。能源从生产者转变为生产者和销售者，能源生产方式也从过去的单向流生产(发电-配电-输电-电力)转变。未来双向、多源、实时交互、以需求为导向、去中心化、协同为基础的能源互联网生态。也就是电力+算力的充分融合，并逐年提高整个行业在绿色能源、可再生能源的使用比例，数字化技术，是实现净零的可持续性。