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近(jin)日，各(ge)地已(yi)经轮番上演高温、暴雨(yu)、冰雹、洪水的(de)(de)极端天气。极端天气的(de)(de)频(pin)发，也让越(yue)来(lai)越(yue)多的(de)(de)人感受到温室效应带(dai)来(lai)的(de)(de)危害(hai)。

为(wei)了应对全球变(bian)暖，选择(ze)碳(tan)(tan)(tan)中和之路已经成为(wei)许(xu)多国家的(de)共识。在(zai)双(shuang)碳(tan)(tan)(tan)战略背景(jing)下，我们知道开发可(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)的(de)清洁(jie)能(neng)源(yuan)(yuan)是重中之重。毕竟在(zai)人类高碳(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)的(de)活动(dong)中，几(ji)乎(hu)四分之三的(de)碳(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)来源(yuan)(yuan)于能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)消(xiao)耗。在(zai)发展风光(guang)水电(dian)等资源(yuan)(yuan)的(de)过程中，可(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)的(de)并网(wang)是关(guan)键。因为(wei)可(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)显著的(de)间(jian)歇(xie)性和强随机波动(dong)性，接入大电(dian)网(wang)后，给系统带来了强烈的(de)波动(dong)，影响电(dian)网(wang)的(de)稳定与(yu)安(an)全。

在解决清洁能(neng)源并(bing)网的(de)有效措(cuo)施中(zhong)，储能(neng)和(he)虚拟(ni)电厂(chang)是其中(zhong)有效的(de)方(fang)式(shi)，脑极体在之前的(de)虚拟(ni)电厂(chang)和(he)储能(neng)势动的(de)文章(zhang)都(dou)有详细(xi)的(de)介绍过，除此(ci)之外，运用仿真模拟(ni)的(de)数(shu)字孪生技术映(ying)射(she)并(bing)网也成为重要的(de)举(ju)措(cuo)。今天就(jiu)和(he)大伙儿掰(bai)扯(che)掰(bai)扯(che)其在能(neng)源电网中(zhong)的(de)应(ying)用、价(jia)值与瓶颈。

光伏仿真模拟正当时

从能(neng)源(yuan)侧的(de)角度来看，以(yi)(yi)清(qing)洁能(neng)源(yuan)光伏发电举例来说(shuo)，其全生(sheng)命周(zhou)期都(dou)(dou)需(xu)要(yao)严格的(de)安(an)全生(sheng)产管理，因此在(zai)能(neng)源(yuan)生(sheng)产到(dao)传(chuan)输的(de)全路径都(dou)(dou)需(xu)要(yao)安(an)全可控的(de)技术来管理全部(bu)的(de)流(liu)程。以(yi)(yi)“数(shu)字孪生(sheng)”技术为主，基于丰富的(de)数(shu)据(ju)为核心，可以(yi)(yi)对电力从预测、生(sheng)产到(dao)传(chuan)输的(de)流(liu)程全部(bu)监(jian)管。

在(zai)光伏发电设备中，具体来看，仿真模拟的数字孪生技术主要从状态的诊断、生产调试、运行分析(xi)、安(an)全控制等几个(ge)核心层(ceng)面展开。

在光(guang)伏发电(dian)过程(cheng)中(zhong)，光(guang)伏太阳板的(de)位(wei)置(zhi)、角(jiao)度(du)、光(guang)照、风速等变化，会影响太阳能(neng)发电(dian)功率的(de)变化，如果能(neng)够根据(ju)仿真模拟的(de)技术(shu)提前预(yu)测发电(dian)功率进(jin)行调(diao)配的(de)话(hua)，可(ke)以(yi)很好地解决电(dian)网配平的(de)问(wen)题。只有(you)能(neng)源端发电(dian)侧预(yu)测准确及(ji)时(shi)，才能(neng)给下游(you)输送端留出(chu)足够时(shi)间调(diao)配储能(neng)额(e)度(du)。

与(yu)此同时(shi)，光(guang)伏(fu)发(fa)电(dian)站也(ye)被要求需要每(mei)隔一段时(shi)间报告(gao)预(yu)估的(de)(de)发(fa)电(dian)功(gong)(gong)率(lv)，因此仿真模拟的(de)(de)预(yu)测功(gong)(gong)能(neng)是各大光(guang)伏(fu)发(fa)电(dian)站的(de)(de)必(bi)需。此前在光(guang)伏(fu)发(fa)电(dian)的(de)(de)预(yu)测功(gong)(gong)能(neng)方面，业内人(ren)士采用(yong)的(de)(de)是算法预(yu)测的(de)(de)方式(shi)，但因为算法模拟的(de)(de)“黑箱”特性与(yu)一些突发(fa)的(de)(de)天气影响因素等无法应(ying)用(yong)算法准(zhun)确的(de)(de)模拟，应(ying)用(yong)算法来预(yu)测的(de)(de)方式(shi)逐渐被数(shu)字(zi)孪生的(de)(de)技术思(si)路代替。

数字孪生(sheng)技术可以1：1还原整座光伏发电(dian)站(zhan)的(de)(de)形(xing)态、结(jie)构和地理(li)位置，然后通过输入外部参(can)数变(bian)化（如风速、温度和天(tian)气状(zhuang)况(kuang)），使用物理(li)仿真模型，对现(xian)实世(shi)界的(de)(de)电(dian)站(zhan)运行情(qing)况(kuang)实时模拟，提前做出预判。

因(yin)为数(shu)字孪生技术(shu)(shu)在工业(ye)、智(zhi)慧(hui)城市、智(zhi)慧(hui)建筑等领(ling)域(yu)的(de)(de)成(cheng)功应用(yong)，因(yin)此(ci)在清洁(jie)能源领(ling)域(yu)中的(de)(de)应用(yong)也让许多业(ye)内(nei)人士期(qi)待。目前整个行业(ye)内(nei)可以(yi)(yi)提供光伏预测技术(shu)(shu)的(de)(de)服(fu)务企(qi)业(ye)屈(qu)指可数(shu)，国(guo)外以(yi)(yi)Solargis为主(zhu)的(de)(de)几(ji)个少数(shu)企(qi)业(ye)比较知名，而国(guo)内(nei)目前的(de)(de)状况也是以(yi)(yi)几(ji)个零星(xing)的(de)(de)初创企(qi)业(ye)摸索为主(zhu)，处于(yu)卡脖子的(de)(de)空(kong)白。

光(guang)(guang)伏预测(ce)的(de)难度(du)(du)高(gao)(gao)主要原因则是光(guang)(guang)伏仿真模(mo)拟对于气(qi)象数(shu)(shu)(shu)据(ju)的(de)要求较高(gao)(gao)，并且融合的(de)数(shu)(shu)(shu)据(ju)相关(guan)度(du)(du)不(bu)高(gao)(gao)，如太阳光(guang)(guang)、气(qi)象物理(li)、地形地貌等参(can)数(shu)(shu)(shu)不(bu)相关(guan)，并且气(qi)象数(shu)(shu)(shu)据(ju)偶发的(de)频(pin)次不(bu)低，对于预测(ce)的(de)准确(que)度(du)(du)也有(you)影响。如果想要提高(gao)(gao)各类模(mo)型(xing)互相耦(ou)合后的(de)精度(du)(du)，则对复合型(xing)人才以及专(zhuan)(zhuan)家型(xing)人才的(de)协同提出(chu)高(gao)(gao)要求。光(guang)(guang)伏仿真模(mo)拟领域的(de)专(zhuan)(zhuan)业壁垒较高(gao)(gao)也就不(bu)难理(li)解(jie)。

随着数(shu)字(zi)孪生技术(shu)的(de)不(bu)断落地与持(chi)续(xu)演进，对于光(guang)伏(fu)市(shi)(shi)场(chang)(chang)的(de)扩(kuo)增与装机量的(de)不(bu)断提升，光(guang)伏(fu)仿(fang)真模(mo)拟正在“发光(guang)”并(bing)成为(wei)(wei)(wei)国(guo)内企业(ye)开始争相布局的(de)领域，不(bu)仅是(shi)因为(wei)(wei)(wei)潜在的(de)市(shi)(shi)场(chang)(chang)规模(mo)与商(shang)业(ye)机遇，从数(shu)据安全的(de)角度来看(kan)，因为(wei)(wei)(wei)牵扯的(de)国(guo)土资源、气(qi)象等核(he)心数(shu)据，国(guo)产化的(de)仿(fang)真数(shu)字(zi)孪生技术(shu)发展正当时(shi)。

数字孪生：缠绕的“勒颈线”

光伏仿真模(mo)拟是典型(xing)的(de)数字孪(luan)生(sheng)在能源生(sheng)产阶段(duan)的(de)场景(jing)应用，数字孪(luan)生(sheng)通过建立虚拟映射的(de)仿真模(mo)型(xing)，实时(shi)对光伏发(fa)电站的(de)运(yun)(yun)行(xing)(xing)状态和运(yun)(yun)行(xing)(xing)环(huan)境等进(jin)行(xing)(xing)监控(kong)和模(mo)拟仿真运(yun)(yun)行(xing)(xing)，及时(shi)制(zhi)定生(sheng)产机组(zu)的(de)最优运(yun)(yun)行(xing)(xing)策略，不仅获取更高的(de)发(fa)电功率，也能够提前预测(ce)发(fa)电功率进(jin)行(xing)(xing)并网的(de)调优。

在能(neng)源(yuan)的(de)(de)传输侧，数字孪生可以(yi)把控(kong)传输过程的(de)(de)安全与优化(hua)能(neng)力，例如对(dui)(dui)于电(dian)(dian)缆设备(bei)(bei)可以(yi)进行(xing)(xing)(xing)映射建(jian)模(mo)，通过输入(ru)的(de)(de)参数与数据，对(dui)(dui)输电(dian)(dian)设备(bei)(bei)的(de)(de)运(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)状(zhuang)况和各节点的(de)(de)负荷(he)状(zhuang)况进行(xing)(xing)(xing)监(jian)(jian)测，通过大数据和智能(neng)算法实时监(jian)(jian)控(kong)电(dian)(dian)网并及时对(dui)(dui)电(dian)(dian)网可能(neng)出(chu)现的(de)(de)问题(ti)进行(xing)(xing)(xing)预警(jing)，方便(bian)管(guan)理(li)人员(yuan)的(de)(de)监(jian)(jian)管(guan)，以(yi)提(ti)高电(dian)(dian)缆设备(bei)(bei)的(de)(de)运(yun)(yun)行(xing)(xing)(xing)性能(neng)，增(zeng)加设备(bei)(bei)的(de)(de)使用寿命。

在能源(yuan)的(de)(de)分配侧，数(shu)字孪生可以针对能源(yuan)分配环(huan)节存(cun)在的(de)(de)大量(liang)变电(dian)设备，采用映射(she)的(de)(de)方式(shi)将设备虚拟(ni)化，在智能安全监测设备的(de)(de)辅助下(xia)，实现(xian)海(hai)量(liang)数(shu)据(ju)与物理设备的(de)(de)关联映射(she)，在可视化平(ping)台(tai)进(jin)行实时展现(xian)，形成数(shu)字孪生变电(dian)站(zhan)，提升能源(yuan)分配的(de)(de)经济性(xing)和安全性(xing)。

数(shu)字孪生技术在能源领域(yu)的全(quan)生命阶段(duan)都可以深(shen)度的参与，提(ti)高可控性与安全(quan)生产，不过数(shu)字孪生技术的应用(yong)发展(zhan)仍然存在“勒颈”挑(tiao)战(zhan)。

对(dui)于数(shu)(shu)(shu)字(zi)孪(luan)生来(lai)说(shuo)(shuo)，核心的(de)(de)(de)是(shi)数(shu)(shu)(shu)据(ju)(ju)，数(shu)(shu)(shu)据(ju)(ju)的(de)(de)(de)来(lai)源是(shi)否丰(feng)富、准(zhun)确等，都对(dui)模拟的(de)(de)(de)结果影响较大(da)。拿国外的(de)(de)(de)Solargis企(qi)业来(lai)说(shuo)(shuo)，其光(guang)伏(fu)发电的(de)(de)(de)评估模型工具都是(shi)与顶级的(de)(de)(de)实验(yan)室、光(guang)伏(fu)产业常年(nian)研究协作(zuo)的(de)(de)(de)成果，积累了几(ji)十(shi)年(nian)的(de)(de)(de)气候与光(guang)伏(fu)厂商的(de)(de)(de)数(shu)(shu)(shu)据(ju)(ju)。对(dui)于想要布局的(de)(de)(de)企(qi)业来(lai)说(shuo)(shuo)，在数(shu)(shu)(shu)据(ju)(ju)领域是(shi)否能(neng)够获(huo)得准(zhun)确丰(feng)富的(de)(de)(de)数(shu)(shu)(shu)据(ju)(ju)也(ye)是(shi)考验(yan)。

数(shu)(shu)据与技(ji)术(shu)(shu)融合的(de)过程(cheng)困(kun)难(nan)。数(shu)(shu)字(zi)孪(luan)生技(ji)术(shu)(shu)涉及采集的(de)不同种(zhong)类数(shu)(shu)据众多，在仿(fang)(fang)真建模(mo)的(de)过程(cheng)中(zhong)，如何协(xie)(xie)调不相关数(shu)(shu)据之间的(de)耦(ou)合，也比较困(kun)难(nan)。与此同时数(shu)(shu)字(zi)孪(luan)生涉及的(de)技(ji)术(shu)(shu)包括5G、物联(lian)网技(ji)术(shu)(shu)、云计算、模(mo)拟仿(fang)(fang)真技(ji)术(shu)(shu)、AI技(ji)术(shu)(shu)等(deng)，这些技(ji)术(shu)(shu)的(de)协(xie)(xie)同发展并(bing)不成熟，并(bing)且数(shu)(shu)字(zi)孪(luan)生后的(de)平台模(mo)型标准(zhun)化滞后。

建模(mo)(mo)仿(fang)真的(de)(de)(de)技术有待突破，对于建模(mo)(mo)仿(fang)真技术中的(de)(de)(de)理论方法和(he)关键(jian)技术需(xu)要提升，因为数字孪生涉及的(de)(de)(de)数据(ju)、参数众多，需(xu)要结合不同(tong)类型(xing)(xing)的(de)(de)(de)数据(ju)如(ru)气(qi)象、地形、季节(jie)等，对于仿(fang)真模(mo)(mo)拟计算的(de)(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)(xing)拟合难度(du)要求也(ye)较高，耦合出较为精(jing)(jing)准的(de)(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)(xing)比较困(kun)难。再加上可再生清洁能源的(de)(de)(de)间歇(xie)性特性如(ru)季节(jie)、气(qi)候(hou)等影响，数据(ju)的(de)(de)(de)波动幅度(du)大，合成(cheng)精(jing)(jing)度(du)较高有效的(de)(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)(xing)较为困(kun)难。

无(wu)论是(shi)数(shu)据驱动还(hai)是(shi)数(shu)据+模型的(de)(de)(de)驱动，都对孪生(sheng)数(shu)字技(ji)术在能源(yuan)领(ling)域的(de)(de)(de)应用提出了较高的(de)(de)(de)要求，正在发(fa)展初期的(de)(de)(de)技(ji)术需要时间与具(ju)体场景长(zhang)久的(de)(de)(de)打磨，才(cai)能提升，不(bu)过正是(shi)因(yin)为技(ji)术的(de)(de)(de)壁(bi)垒与发(fa)展的(de)(de)(de)机遇，也(ye)为参与的(de)(de)(de)企业(ye)带来了广阔的(de)(de)(de)发(fa)展空间。

“映射”可持续的未来

我们知道在碳(tan)(tan)中(zhong)(zhong)(zhong)和(he)(he)的(de)(de)(de)目标(biao)背景下，可再生(sheng)能源(yuan)风(feng)、光、水等在电(dian)(dian)力(li)系统(tong)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)重要(yao)性逐渐提高，也是能源(yuan)变革中(zhong)(zhong)(zhong)实现双碳(tan)(tan)目标(biao)的(de)(de)(de)必(bi)要(yao)途径。据南方电(dian)(dian)网(wang)2021年的(de)(de)(de)预测，到2030和(he)(he)2060年，中(zhong)(zhong)(zhong)国风(feng)光新能源(yuan)的(de)(de)(de)发电(dian)(dian)量占比将分别达到25%和(he)(he)60%。这也意味着(zhe)接入大电(dian)(dian)网(wang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)新能源(yuan)电(dian)(dian)力(li)越来越多，构建智慧(hui)能源(yuan)生(sheng)态系统(tong)成为我国能源(yuan)行业的(de)(de)(de)发展趋势。

而融合物联网(wang)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术、5G通(tong)信技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术、大数(shu)据分析(xi)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术、高性能(neng)计(ji)算技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术和先进仿真(zhen)分析(xi)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术的(de)(de)数(shu)字孪(luan)生技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术体系，成为解决电(dian)网(wang)并网(wang)与智(zhi)慧(hui)能(neng)源发(fa)展的(de)(de)关键。数(shu)字孪(luan)生结合储能(neng)设(she)备(bei)，虚拟电(dian)厂等(deng)技(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)术可为电(dian)网(wang)提供安全、发(fa)电(dian)效率的(de)(de)提升(sheng)，也能(neng)够(gou)为并入大电(dian)网(wang)的(de)(de)调(diao)频、调(diao)峰等(deng)辅(fu)助服务(wu)，实现电(dian)网(wang)的(de)(de)削峰填谷，促进新能(neng)源的(de)(de)绿(lv)色数(shu)智(zhi)化转型。

虽然目前(qian)数(shu)字孪生(sheng)(sheng)在电网领(ling)域(yu)的(de)(de)应用(yong)场(chang)景(jing)还主(zhu)要(yao)以单点的(de)(de)示范工程为主(zhu)，应用(yong)的(de)(de)场(chang)景(jing)较少，智能化水平也(ye)较低(di)。但(dan)是(shi)随着双(shuang)碳东风的(de)(de)大势，以及配套前(qian)沿技术如物联网、云计算、AI等技术的(de)(de)深度融合，长远来看，数(shu)字孪生(sheng)(sheng)在电网领(ling)域(yu)的(de)(de)建设也(ye)会(hui)取得(de)质的(de)(de)突破。

未(wei)来(lai)整(zheng)个电(dian)(dian)力系(xi)统(tong)，从能(neng)源生(sheng)产(chan)侧到应用侧，都会迎(ying)来(lai)较大的(de)(de)(de)(de)改革，可能(neng)未(wei)来(lai)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)网中(zhong)每一台(tai)设备都会接入到数(shu)字(zi)孪(luan)(luan)生(sheng)中(zhong)，能(neng)够准确满(man)足精细化(hua)(hua)(hua)管理(li)的(de)(de)(de)(de)需(xu)求，映射仿真的(de)(de)(de)(de)颗粒度会越来(lai)越细，朝着(zhe)(zhe)精细化(hua)(hua)(hua)挺(ting)进；系(xi)统(tong)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)发展(zhan)也是数(shu)字(zi)孪(luan)(luan)生(sheng)电(dian)(dian)网的(de)(de)(de)(de)另(ling)一个发展(zhan)趋势，以(yi)往碎片式的(de)(de)(de)(de)构筑应用方(fang)式，也会随(sui)(sui)着(zhe)(zhe)颗粒度的(de)(de)(de)(de)变化(hua)(hua)(hua)，部(bu)件设备功能(neng)模(mo)块(kuai)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)整(zheng)合(he)，可以(yi)区域(yu)级的(de)(de)(de)(de)响应与调控，满(man)足实(shi)时状态的(de)(de)(de)(de)把控；而随(sui)(sui)着(zhe)(zhe)AI技术、边缘技术、云(yun)计(ji)算(suan)等发展(zhan)，数(shu)字(zi)孪(luan)(luan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)网智能(neng)化(hua)(hua)(hua)水平(ping)也会大幅提(ti)高(gao)，不(bu)仅可以(yi)预估各类警报信息，也能(neng)够提(ti)前做出措施以(yi)应对，提(ti)升(sheng)整(zheng)个电(dian)(dian)力能(neng)源的(de)(de)(de)(de)稳定与经济运行。

在大电(dian)(dian)网(wang)的(de)(de)并网(wang)挑战中，数(shu)(shu)字孪(luan)(luan)生、储能等都是有(you)效的(de)(de)措施，并且在电(dian)(dian)网(wang)的(de)(de)规划(hua)、建(jian)设(she)、运营等过程(cheng)会发(fa)(fa)挥(hui)关键的(de)(de)支撑作用(yong)。数(shu)(shu)字孪(luan)(luan)生电(dian)(dian)网(wang)的(de)(de)应(ying)用(yong)升级，最终也会对数(shu)(shu)字孪(luan)(luan)生在智(zhi)慧城市(shi)、智(zhi)慧交通、智(zhi)慧楼宇(yu)等领(ling)(ling)域的(de)(de)发(fa)(fa)展提供技(ji)术的(de)(de)支撑。这些(xie)平行领(ling)(ling)域之间技(ji)术互(hu)相迁移与(yu)应(ying)用(yong)，共同构筑着未来我们数(shu)(shu)字生活的(de)(de)智(zhi)能化、绿色化发(fa)(fa)展。

双碳(tan)为(wei)(wei)千行(xing)百业(ye)带(dai)来(lai)的(de)(de)不仅是(shi)商业(ye)的(de)(de)机(ji)(ji)遇与挑战，也为(wei)(wei)能源(yuan)结构的(de)(de)变(bian)革、产业(ye)数智(zhi)技术空(kong)间的(de)(de)跃升带(dai)来(lai)质变(bian)。从前，我们一直(zhi)强调的(de)(de)是(shi)各(ge)行(xing)各(ge)业(ye)乘着(zhe)双碳(tan)的(de)(de)东风有(you)了发(fa)展(zhan)的(de)(de)机(ji)(ji)遇，现在，深入能源(yuan)领域的(de)(de)深处，我们会发(fa)现产业(ye)与双碳(tan)战略也是(shi)一场互相成就的(de)(de)相遇，各(ge)自(zi)为(wei)(wei)对方带(dai)来(lai)前所(suo)未(wei)(wei)有(you)的(de)(de)改变(bian)，而这些变(bian)化也会深入到所(suo)有(you)细(xi)碎(sui)的(de)(de)日常中，为(wei)(wei)未(wei)(wei)来(lai)披上(shang)可持续(xu)的(de)(de)“绿罩(zhao)袍”。