Vladimir Terzija：Digitalization-A Revolution Leading to Future Low-Carbon Economies

编者按：2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，纽卡斯尔大学教授Vladimir Terzija发表了《Digitalization-A Revolution Leading to Future Low-Carbon Economies》的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

Vladimir Terzija：首先我想向所有的参加的第五届未来能源大会的参会者表示祝贺，我个人非常抱歉没有办法亲自来现场参会。我今天发言的主题是“数字化，朝向未来低碳经济的一场革命”。

我在纽卡斯尔向大家表示热情的欢迎，首先先讲一下纽卡斯尔大学，我们纽卡斯尔大学有三个学院，分别是科学、农学、工程学，然后医学院和人文社科学院，我们总共有两万多名本科生，还有六千多名研究生，另外还有六千多名工作人员，包括46%是在学术研究岗位上的。我们总共大概有超过1.1亿英镑的科研经费。

首先我想指出的是我自己其实是在塞尔维亚的贝尔格莱德大学毕业，读完博士之后又到俄罗斯还有德国的几个地方进行过工作，然后在俄罗斯的主要工作经验是在莫斯科。我这里想指出的是我的工作当中有一部分是在一份期刊担任主编，也就是《国际电力与能源体系》期刊。我是在2015年开始在期刊做主编进行工作的，目前为止工作已经超过了5年的时间，我们所关注的几乎都是整个电力系统的技术相关的问题，所以今天我想讲的主要也是一些跟数字化相关的一些技术层面的问题。我的视角可能也是更加偏重于学术角度。

整个发言的内容大概包括以下几个部分，首先是未来的能源体系，然后是智能技术，数据科学，还有数字孪生，之后就是一些智能的解决方案，然后会给大家举一些英国的实际例子，最后是结论。

首先是关于未来的能源体系。我们都意识到了我们的近零排放的目标截止到2050年，意味着产生的温室气体的量和我们能够从大气当中去除的温室气体的量必须达到平衡，当我们达到近零的时候，也就是说我们在大气当中新注入的二氧化碳，不能大于我们消除的二氧化碳。为了实现这一点，首先我们要向风电场、太阳能这些可再生能源，另外还有像核能也是清洁能源，这一点非常关键。另外还有现在一个巨大的趋势就是改用电车，电车其实对于现存的电力体系来说是一个巨大的挑战。我们可以利用电池来解决一些问题，帮助电车和电网来进行更加灵活和稳定的运行。

当然，除此之外现代电力体系也面临着其他一些体系，比如说很多的可再生能源包括风电场、太阳能，它跟电网的 连接方式其实和传统的上网方式是不一样的，可能里面会涉及到一些逆变器等等。整个电网体系的容错能力是在下降的，而且也不能有太强的惯性，还有就是整个电网的体系其实是被削弱了的，它不能够面临很多的突发情况，不能有很多的停电的情况，这样才能够让整个电网维持在一个稳定的状态，否则就会出现很多的危险。另外还有一些其他的，比如说这个谐波干扰等等的问题，所以从结论上来讲，我们的电网整体是变弱了。

还有就是当出现一些极端天气事件，然后像前面提到的2021年德州出现的大规模停电，这是2月20日的情况，这些其实都跟这种电网的性能是相关的。比如说突然间有大量的发电单位出现了停运的情况，或者说像输电限度当中出现了一个断点的话，它其实可能会对整个体系的其他地方也造成影响。因此，我们就需要在这个层级过程当中解决它的稳定性问题。

2013年其实意大利也出现过一次停电，最开始只是一些缓慢的中断问题，持续了几个小时，但是其实如果在最开始就开始响应的话，那么就不会在后面短短几分钟出现大规模停电的情况。因此我们需要整个系统能够在短时间内回到过去的安全层级。

但是我在这里还想提到的一个很重要的问题，也就是不同的能量相量的融合，包括发电厂、气电厂和热电厂等等，他们其实都是通过耦合技术来连接的，包括热泵，还有汽轮机、发电机等等。所以说我们首先就要了解不同技术在这个体系当中的不同行为，然后才能够进行整合，这样才能够使得这个操作更加的灵活。

关于未来的近零电力体系，我有以下几点想要讲，首先就是电力系统是非常典型的重要基础设施，它的安全程度和可靠性程度是必须要维持在很高的水准的，甚至要达到最高的水准。另外这个体系还会跟其他的能量相连，包括汽油、热电厂还有交通、氢气等等都是相连的。另外跟灵活性和韧性相关的一些问题是我们发现的一些新问题，而且对于最佳的经济吸引的获取也是至关重要的。还有就是我们想要实现安全性和稳定性，我们其实是可以使用一些新的技术，或者说智能电网、智能传感器还有传播基础设施、通信基础设施和超级计算机等等的一些资源。

但是我们现在所进行的这个数字化，其实同时也在给我们打开新的局面，带来新的机会，所以我们现在谈的数字化必须是具体的数字化，是流程的数字化、技术的数字化、设备的数字化等等。所以在实际的电网当中，其实目前有很多节点还没有实现数字化，但是如果说我们能够对其进行迅速的数字化，我们其实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决市场上的一些问题。比如说你其实是创造了巨大量的数据，那就需要数据处理，那也就是说还会涉及到数据保护等等相关的工作，这些都是我们能够创造出来的一些新的价值。当然这个方面也需要一些政策驱动，我们了解到哪些数据可以分享，应该怎么分享，后面我会讲到这一点。

然后我们简单来看一下智能技术，智能技术对于我们来说，从很多角度来讲都是非常重要的，我们在德国工作的时候设定了这样的一个REM543的设备，这个设备它会接收到一些二进制的模拟信号，这些是非常基本的一些信号。我们现在的思路是作为一个工程师的思路，而且还会通过这些接受进来的二进制的数据，它接下来就会产生一些模拟信号。模拟信号可以在这里进行进一步的数字化。所谓的数据的数字化其实就是引领我们进入数字化世界的一个过程，我们可以通过这个设备去进行数字化的控制，而且去跟微电网进行连接。

然后接下来我想讲一下这个横向数据传输，它其实也很关键，比如说在不同的传感器之间，你可能会有从左向右，从右向左的数据传输，这个其实可以去提升变电站的可靠性，我们可以采用甚至是不同的传输协议，不管是LON，还是MODBUS还是SPA都可以，因为很多变电站采用的是不同的技术和协议，但是通过这种横向传输也可以使得数字进行传输。

另外就是这种双向的纵向数据传输，这是一个全新的变电站的概念。我们在这里会使用光纤，它利用光纤作为一种传播媒介，然后可以直接把数据一致传输到中央控制室。所以这样的基础设施其实是非常昂贵但是却是至关重要的，它是我们在整个社会需要铺设的基础设施，纵向的数据传输也是巨量的，可能是上升到TB层级的数据量，大家可以看到数据的传输不光是为了上行，供控制使用，其实也可以从上到下进行指令的发送。

另外还有时间同步技术，我们现在有很多不同的卫星体系，我们现在有GPS，还有伽利略还有北斗等等，这些其实就要求我们在操作过程当中有更多的灵活性，来提升整个系统的频率稳定。现在的这个架构就更加复杂了，但是每一个环节都需要进行数字化。比如说不同的PMU，它使用的传输媒介都是不一样的，协议也是不一样的，可能有一些是微波，有一些是局域网。我们现在甚至还迈进了5G的时代，有一些可能使用的是5G，然后这里使用的是光纤。甚至是有一些电子厂，它可能可以避免很多其他的传输方式的问题。这些架构都是不一样的，所以我们就会有不同的数据集成，这些最终就会进入到一个超级的数据集成。在这个过程当中你又要去保证它的网络安全，所以在不同的传输协议之间就需要更大的灵活性，我们也需要处理大量的数据，比如说中国可能就有2000多个不同层级的单元接入这个数据，每几十毫秒可能就能产生上Tb的数据。

我想这是我们要实现的目标，在这样的背景下，我们要处理海量的数据，大家都知道，通常大家会使用预测理论，或者是其他的最优数据过滤的方法论之外，我们也可以使用深度学习、机器学习、人工智能和数据科学。当然，使用哪一条技术路线可以继续讨论，但是总而言之，我们可以使用这样的技术来处理发电、输电和电力系统的数据分析。当然还有一些结构性的分析、各种各样的算法，这些我就不提细节了，他们可以解决电力系统当中不同的流程。我们需要有高技能的算法工程师，他们能够处理海量的数据。也需要高度的技术型的懂电力的数据家来加入我们的行列，给我们提供非常复杂的基于科学的解决方案，这也需要多学科的方法，要有跨学科的人才组建团队解决问题。

例如像数字孪生技术，学界对这一点是经常提的，同本质上来说，我们是分析一个物理的过程，实际上所有这些都有一个物理世界的孪生，我们使用数据的搜集，数据的处理，数据的储存，通过人工智能、机器学习来提取知识，然后再把数据输回控制系统，这是一个非常经典的循环。有了机器学习，人工智能之后，或者说仅用人工智能我们实现一个反馈的闭环，这样之后我们的控制监测和保护的水平更高了，可以用于输电网，可以用于风电场，可以用于电加热协同，或者说热电联产的系统。

给大家举一些实践当中的智能解决方案，这是VISOR项目，我们非常骄傲，当时我是在曼彻斯特的首席工程师，当时我们获得了网络的事态感知能力。包括像我们苏格兰电力公司、国家电网公司，我们是与通用电气公司合作，我们是更好的进行了数据的采集，能够更好的使用这种混合型的电表，能够搜集不同的数据。有了这样的一个项目之后，我们用了各种各样的补偿器还有其他的一些设备，因为在整个过程当中可能也有一些其他问题，所以我们采取了先进的技术，提升了监测的水平和质量，而且我们有专门的谐振设计，他能够非常好的识别出错误和故障，能够自动的调节，使得我们电网的运行更加的稳定。

第二个项目涉及到系统的惰性，这个里面涉及到系统当中的一些动力，也就是物质流的流动，我们用了同样的方法解决了下列的问题，因为我们需要快速的把有用的功率输入到系统当中，当系统紊乱的时候。因为我们的有功功率包括核电，核电有足够的有功功率，但是这个非常慢，我们需要快速的接入电网，我们要识别车、风电或者说光伏，或者说热电联产，热电循环的这个机组，我们要知道他们能够快速的接入电网。这样就能保证特别是我们在可再生能源水平的过程当中，快速的使电网稳定。也就是说在未来我们所需要的方法，需要能够处理海量的数据。

另外我们要理解现代的电力和能源体系特别的现象，他是有效的监测保护控制的前提，我们不能把它视为一个黑箱，说我们应用人工智能就能解决所有的问题，这是不负责任的看法，另外还需要有智能电网技术和解决方案，要采用数据驱动型的解决方案。不仅仅是数据本身，还要有非常好的模型，可以帮助我们解决一些问题，因而实现近零排放的目标，我们要构建多学科的团队，采取多学科的方案，我们要在所有的层面协作、协调、统筹，包括国家和国际，只有这样才能够实现绿色的目标，创造更加美好的社会。我想在这一块儿，中英两国可以以非常务实的态度构建合作的桥梁，解决能源这样的一个全球面临的普遍问题。

感谢各位女士们、先生们聆听我的发言。