編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續(xù) 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進(jìn)召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，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)論壇演講實錄進(jìn)行整理。

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

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1.1億英鎊的科研經(jīng)費。

首先我想指出的是我自己其實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的幾個地方進(jìn)行過工作，然后在俄羅斯的主要工作經(jīng)驗是在莫斯科。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《國際電力與能源體系》期刊。我是在2015年開始在期刊做主編進(jìn)行工作的，目前為止工作已經(jīng)超過了5年的時間，我們所關(guān)注的幾乎都是整個電力系統(tǒng)的技術(shù)相關(guān)的問題，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)層面的問題。我的視角可能也是更加偏重于學(xué)術(shù)角度。

整個發(fā)言的內(nèi)容大概包括以下幾個部分，首先是未來的能源體系，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，然后會給大家舉一些英國的實際例子，最后是結(jié)論。

首先是關(guān)于未來的能源體系。我們都意識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)到近零的時候，也就是說我們在大氣當(dāng)中新注入的二氧化碳，不能大于我們消除的二氧化碳。為了實現(xiàn)這一點，首先我們要向風(fēng)電場、太陽能這些可再生能源，另外還有像核能也是清潔能源，這一點非常關(guān)鍵。另外還有現(xiàn)在一個巨大的趨勢就是改用電車，電車其實對于現(xiàn)存的電力體系來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。我們可以利用電池來解決一些問題，幫助電車和電網(wǎng)來進(jìn)行更加靈活和穩(wěn)定的運行。

當(dāng)然，除此之外現(xiàn)代電力體系也面臨著其他一些體系，比如說很多的可再生能源包括風(fēng)電場、太陽能，它跟電網(wǎng)的 連接方式其實和傳統(tǒng)的上網(wǎng)方式是不一樣的，可能里面會涉及到一些逆變器等等。整個電網(wǎng)體系的容錯能力是在下降的，而且也不能有太強(qiáng)的慣性，還有就是整個電網(wǎng)的體系其實是被削弱了的，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，這樣才能夠讓整個電網(wǎng)維持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，否則就會出現(xiàn)很多的危險。另外還有一些其他的，比如說這個諧波干擾等等的問題，所以從結(jié)論上來講，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，這些其實都跟這種電網(wǎng)的性能是相關(guān)的。比如說突然間有大量的發(fā)電單位出現(xiàn)了停運的情況，或者說像輸電限度當(dāng)中出現(xiàn)了一個斷點的話，它其實可能會對整個體系的其他地方也造成影響。因此，我們就需要在這個層級過程當(dāng)中解決它的穩(wěn)定性問題。

2013年其實意大利也出現(xiàn)過一次停電，最開始只是一些緩慢的中斷問題，持續(xù)了幾個小時，但是其實如果在最開始就開始響應(yīng)的話，那么就不會在后面短短幾分鐘出現(xiàn)大規(guī)模停電的情況。因此我們需要整個系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)回到過去的安全層級。

但是我在這里還想提到的一個很重要的問題，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，他們其實都是通過耦合技術(shù)來連接的，包括熱泵，還有汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等等。所以說我們首先就要了解不同技術(shù)在這個體系當(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操作更加的靈活。

關(guān)于未來的近零電力體系，我有以下幾點想要講，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)。另外這個體系還會跟其他的能量相連，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)的一些問題是我們發(fā)現(xiàn)的一些新問題，而且對于最佳的經(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現(xiàn)安全性和穩(wěn)定性，我們其實是可以使用一些新的技術(shù)，或者說智能電網(wǎng)、智能傳感器還有傳播基礎(chǔ)設(shè)施、通信基礎(chǔ)設(shè)施和超級計算機(jī)等等的一些資源。

但是我們現(xiàn)在所進(jìn)行的這個數(shù)字化，其實同時也在給我們打開新的局面，帶來新的機(jī)會，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。所以在實際的電網(wǎng)當(dāng)中，其實目前有很多節(jié)點還沒有實現(xiàn)數(shù)字化，但是如果說我們能夠?qū)ζ溥M(jìn)行迅速的數(shù)字化，我們其實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上的一些問題。比如說你其實是創(chuàng)造了巨大量的數(shù)據(jù)，那就需要數(shù)據(jù)處理，那也就是說還會涉及到數(shù)據(jù)保護(hù)等等相關(guān)的工作，這些都是我們能夠創(chuàng)造出來的一些新的價值。當(dāng)然這個方面也需要一些政策驅(qū)動，我們了解到哪些數(shù)據(jù)可以分享，應(yīng)該怎么分享，后面我會講到這一點。

然后我們簡單來看一下智能技術(shù)，智能技術(shù)對于我們來說，從很多角度來講都是非常重要的，我們在德國工作的時候設(shè)定了這樣的一個REM543的設(shè)備，這個設(shè)備它會接收到一些二進(jìn)制的模擬信號，這些是非常基本的一些信號。我們現(xiàn)在的思路是作為一個工程師的思路，而且還會通過這些接受進(jìn)來的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)，它接下來就會產(chǎn)生一些模擬信號。模擬信號可以在這里進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字化。所謂的數(shù)據(jù)的數(shù)字化其實就是引領(lǐng)我們進(jìn)入數(shù)字化世界的一個過程，我們可以通過這個設(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。

然后接下來我想講一下這個橫向數(shù)據(jù)傳輸，它其實也很關(guān)鍵，比如說在不同的傳感器之間，你可能會有從左向右，從右向左的數(shù)據(jù)傳輸，這個其實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，因為很多變電站采用的是不同的技術(shù)和協(xié)議，但是通過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，這是一個全新的變電站的概念。我們在這里會使用光纖，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)街醒肟刂剖摇Ｋ赃@樣的基礎(chǔ)設(shè)施其實是非常昂貴但是卻是至關(guān)重要的，它是我們在整個社會需要鋪設(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，其實也可以從上到下進(jìn)行指令的發(fā)送。

另外還有時間同步技術(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，這些其實就要求我們在操作過程當(dāng)中有更多的靈活性，來提升整個系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。現(xiàn)在的這個架構(gòu)就更加復(fù)雜了，但是每一個環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行數(shù)字化。比如說不同的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題。這些架構(gòu)都是不一樣的，所以我們就會有不同的數(shù)據(jù)集成，這些最終就會進(jìn)入到一個超級的數(shù)據(jù)集成。在這個過程當(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)，比如說中國可能就有2000多個不同層級的單元接入這個數(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，通常大家會使用預(yù)測理論，或者是其他的最優(yōu)數(shù)據(jù)過濾的方法論之外，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)隊解決問題。

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

給大家舉一些實踐當(dāng)中的智能解決方案，這是VISOR項目，我們非常驕傲，當(dāng)時我是在曼徹斯特的首席工程師，當(dāng)時我們獲得了網(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)。有了這樣的一個項目之后，我們用了各種各樣的補(bǔ)償器還有其他的一些設(shè)備，因為在整個過程當(dāng)中可能也有一些其他問題，所以我們采取了先進(jìn)的技術(shù)，提升了監(jiān)測的水平和質(zhì)量，而且我們有專門的諧振設(shè)計，他能夠非常好的識別出錯誤和故障，能夠自動的調(diào)節(jié)，使得我們電網(wǎng)的運行更加的穩(wěn)定。

第二個項目涉及到系統(tǒng)的惰性，這個里面涉及到系統(tǒng)當(dāng)中的一些動力，也就是物質(zhì)流的流動，我們用了同樣的方法解決了下列的問題，因為我們需要快速的把有用的功率輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)系統(tǒng)紊亂的時候。因為我們的有功功率包括核電，核電有足夠的有功功率，但是這個非常慢，我們需要快速的接入電網(wǎng)，我們要識別車、風(fēng)電或者說光伏，或者說熱電聯(lián)產(chǎn)，熱電循環(huán)的這個機(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在可再生能源水平的過程當(dāng)中，快速的使電網(wǎng)穩(wěn)定。也就是說在未來我們所需要的方法，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)測保護(hù)控制的前提，我們不能把它視為一個黑箱，說我們應(yīng)用人工智能就能解決所有的問題，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題，因而實現(xiàn)近零排放的目標(biāo)，我們要構(gòu)建多學(xué)科的團(tuán)隊，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，包括國家和國際，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。我想在這一塊兒，中英兩國可以以非常務(wù)實的態(tài)度構(gòu)建合作的橋梁，解決能源這樣的一個全球面臨的普遍問題。

感謝各位女士們、先生們聆聽我的發(fā)言。