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1、能源数字化转型白皮书(2021)前 言PREFACE当今世界处于百年未有之大变局，以数字化、网络化、智能化为特征的新一代信息技术日益创新突破，推动全社会进入数字化时代。2020 年我国数字经济规模近 5.4 万亿美元，居全球第二位，同比增长 9.6%，数字经济正在以迅雷不及掩耳之势渗透到包括能源领域在内的经济社会各个方面。党的十九届五中全会提出，要推进能源革命，加快数字 化发展，构建智慧能源系统。电力系统“双高”“双峰”特 征凸显，面对加速推进能源清洁转型的强烈信号，以及新能 源大规模高比例并网、分布式电源和微电网接入等多重挑战， 亟待运用数字思维，破解安全、经济和绿色发展“不可能三 角”难题
2、，有效支撑水火风光互补互济、源网荷储协同互动， 加快推动以新能源为主体的新型电力系统转型升级。能源数字化转型坚持以新发展理念为引领，以能源技术和数字技术融合应用为核心推动力，以数据作为关键生产要素，以现代能源网络和信息网络为主要载体，不断提高能源行业全要素生产率，推动构建现代能源体系。能源数字化转型将为传统能源行业的产业升级、业态创新、服务拓展及生II态构建注入新动能，在推动质量变革、效率变革、动力变革中持续发力，提升能源高质量发展水平。图 1 能源数字化转型白皮书基本框架能源数字化转型白皮书（简称“白皮书”）旨在以能源数字化为主脉络，从新型基础设施、新型数字技术、新型产品服务、新型市场培育的
3、“四新”视角，探究数字化对能源行业的本质性影响，其中，“四新”之间存在紧密的内在逻辑，新型数字技术是基础源动力，不仅为新兴基础设施建设提供技术支撑，同时在转化之后也会形成产品服务、新型市场，新型基础设施是开展产品服务创新和市场培育的重要基础条件，产品服务创新也进一步丰富市场类型。能源基础保障的属性决定了能源数字化具有强外部性，在赋能产业经济和区域经济方面发挥得天独厚的作用，因此，本报告重点分析了能源数字化在这两方面的实践现状及未来趋势。能源数字化的实践主体主要在能源企业，最后，我们将视角落在国内外企业的创新实践。能源数字化还处在创新发展初期，我们的研究探索也将持续推进，希望通过本报告及后续系列
4、研究能够为业界开展能源数字化相关工作提供参考。限于作者水平，虽然对书稿进行了反复研究推敲，但难免仍会存在疏漏与不足之处，恳请读者谅解并批评指正！III目录CONTENTS一、新型基础设施1（一）“数字新基建”为能源数字化转型提供强大动力2（二）“东数西算”推进构建新型电力算力格局4（三）“电力算力融合”发挥数字化引擎作用7二、新型数字技术12（一）区块链技术重构能源多元主体关系13（二）电力+北斗技术打造多元融合高弹性电网18（三）数字孪生技术拟真新型电力系统构建22三、新型产品服务24（一）新型能源数字平台催生能源网络平台效益25（二）新型能源数字产品激发能源数据价值释放27（三）新型能源数
5、字工具支撑能源权市场交易核算31四、新型市场培育34（一）电力市场+碳市场+能源数据市场融合发展35（二）隔墙售电市场中的“产销者”用户有序培育38（三）多主体激励是能源金融服务创新的突破口40五、赋能产业经济45（一）能源大数据赋能现代产业体系建设46（二）能源企业做好区域空间布局、产业协同、新兴市场三大布局52（三）数字监测支撑分布式可再生能源产业发展54六、赋能区域经济58（一）能源数字化破解城市“3060”问题之策59（二）能源数字化激发区域就业消纳新业态63（三）能源大数据成为区域协调发展的新动能66七、企业创新实践70（一）国家电网：以数字化支撑新型电力系统构建71（二）中国石化：
6、数字化战略贯穿生产全流程74（三）南方电网：推行“数字南网”战略77（四）中国华能：四步走实现数字化转型79（五）法国电力：做多元电力结构下数字化解决方案先行者81（六）英国石油：全新数字化战略转型84致谢87 一、 新型基础设施智能时代的首要任务，就是要加强信息基础设施建设，弥合不同产业、地区间的数字鸿沟。张磊价值元宇宙是未来人类的数字化生存，算力提升和能源可持续既是核心约束也是投资机遇。中信证券对信息与能量的利用水平是衡量文明发展进程的价值尺度， 未来的能源与数字化的深度融合成为推动经济社会高质量发展的重要基础。 本年度白皮书将关注重点聚焦在三个方面，数字新基建、东数西算战略、电力算力融合
7、。特别是电力算力融合的趋势，将会持续为能源电力的物理形态、价值形态注入新内涵，在数字新基建与东数西算战略的指引下，传统电力与算力的布局与资源配置方式将逐步改变。 85（一）“数字新基建”为能源数字化转型提供强大动力“数字新基建”是随着数字经济的发展及应用而逐渐形成的新型基础设施建设需求，是以新发展理念为引领，以数据作为关键生产要素，以信息网络为主要载体的信息通信技术及数字技术发展应用新趋势。“数字新基建”将推动信息基础设施、融合基础设施和创新基础设施的建设，成为能源数字化转型的强大动力。“数字新基建”将推动能源数字化转型三大变革：一是能源发展的质量变革，实现供应模式从规模速度型向质量效率型转变
8、，智能化数字技术能有效推动能源生产和供应模式多元化，提高能源系统中清洁能源比例。二是能源发展的效益变革，实现发展模式从粗放式向集约式转变。能源基础设施和数字基础设施的深度融合，带来“能源”和“数据”两大要素的融合，通过数据要素的充分流通和使用，推动能源系统中其他各生产要素的高效流通，进而带动能源系统全要素生产率的提高。三是能源发展的动力变革，实现发展理念从投资拉动向创新驱动转变。工业互联网与能源系统的融合使传统能源系统运行与管理模式向高度智能化、精确化和标准化转变，促进能源系统各环节的互联互动，带动上下游产业链的共商共建。具体而言，“数字新基建”为能源数字化转型提供强大动力，体现在如下三个方面
9、：一是“数字新基建”将促进传统能源基础设施智能融合、转型升级。传统能源基础设施通过提供可靠能源供给支撑中国工业化和城市化发展，是工业经济下的产物；能源数字化转型则在数字经济赋能下推动传统能源基础设施向信息化、数字化、网络化、智能化、绿色化发展。作为“数字新基建” 的重要组成部分，5G、工业互联网、数据中心、人工智能等信息基础设施与能源基础设施深度融合，支撑传统能源基础设施转型升级，推进能源生产和消费方式更加智能化。同时， 能源互联网在工业互联网新生态中的重要价值也将充分体现，推动能源向高质量发展。二是“数字新基建”将为能源数字化转型提供新一代智能化信息基础设施。能源数字化转型价值创造的本质在于
10、能源这种传统生产要素与数据这种新型生产要素实现融合，通过数据的自由流动推动能源系统整体的资源配置效率优化。5G 技术、大数据、云计算等为能源数据信息传输、存储、计算、处理提供了一体化的载体，在能源数字化转型中发挥着“神经”和“大脑”的作用，数据成为能源发展的新型生产要素，能源和数据两个重要生产要素进行关联交汇带来能源生产力和生产关系的重塑，推动能源向高阶段发展。三是“数字新基建”为能源数字化转型提供具有“乘数效应”的创新基础设施。“数字新基建”不仅体现在信息基础设施、融合基础设施上，也包括支撑科学研究、技术开发、产品研制的具有公益属性的创新基础设施。创新基础设施的具体内容、产业生态、发展模式等
11、尚未完全定型，但公益属性是其鲜明特点。能源行业作为保障经济社会和生产生活的基础保障型、公用事业型行业，是国民经济的命脉，肩负着引领科技创新的重任。“数字新基建”助力能源数字化转型，一方面，应当通过搭建产学研用贯通的能源产业创新生态系统，促进从核心技术到应用场景的前瞻研究，以及从技术开发到商业模式创新的布局规划。另一方面，需要结合混合所有制改革，加大不同市场主体，尤其是前沿科技企业对能源领域基础研究和应用基础研究的投入力度。（二）“东数西算”推进构建新型电力算力格局近年来，我国数据中心在机架规模、市场规模、用电规模等方面均保持高速增长。在机架规模方面，截至 2020 年底，我国在用数据中心机架总
12、规模达到 400 万架，大型及超大型数据中心占比 75%以上。在市场规模方面，我国数据中心市场规模从 2014 年的 372 亿元快速增长至 2020 年的 1958 亿元，近 5 年年均增速超过 30%。在用电规模方面，过去十年间，我国数据中心整体用电量年均增速超过 10%。2020 年， 我国数据中心的用电量约 1500 亿千瓦时，占全社会用电量的 2% 。图 2 2012-2020 年我国数据中心市场规模及增长率但数据中心分布“东热西冷”。目前，我国 31 个省（区、市）均有各类数据中心部署，但主要集中在北京、上海、广州等东部一线城市及其周边地区，中、西部地区分布较少。截至 2019 年
13、底，北京、上海、广州及周边等东部数据中心机架数量占比分别为 26.5%、25.3%、13.5%，合计 65.3%，中部、西部及东北地区占比分别为 12.2%、18.7%和 3.8%。在建设布局方面，数据中心将向中西部转移和东部功能提升并举。新建大型、超大型数据中心逐渐向中西部地区和东部一线城市周边转移；东部城市城区范围内主要建设规模适中、网络时延要求极高的边缘数据中心；东部地区单纯的数据存储中心、容灾备份中心将逐步关停或升级成为具备计算和应用功能的新型数据中心。在业务需求方面，通过一体化算力调度实现各类数据中心物尽其用。对于网络游戏、金融结算等面向高频次业务调用、对网络时延要求极高的业务，积极
14、导向城市级高性能、边缘数据中心。对于需后台加工、离线分析、存储备份等对网络时延要求不高的业务，积极导向贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等中西部地区可再生能源丰富、气候适宜地区的数据中心。表 1 我国各地区建设数据中心的优劣势分析地域主要优势相对劣势北京、上 海、广州等东部一线城市1、靠近互联网、金融等终端用户需求，日常管理、应急保障便捷2、网络的可靠性和稳定性较强，网络延迟低3、运维人员充足1、土地、水、电等资源供应紧张，用地、用水、用电的批复难、扩容难2、电价水平高3、用地成本高4、能效管控严格，能耗指标严重不足5、政策监管严格，一般禁止新建或扩建数据中心1、资源供应充足东部一线城市周边2、用地成本
15、相对低廉3、网络的可靠性和稳定性较强，网络延迟低4、靠近互联网、金融等终端用户需求，日常管理和应急保障1、电价水平比中西部地区高2、用地成本比中西部地区高3、网络的可靠性和稳定性比一线城市差， 网络延迟比一线城市高便捷中西部地区1、能源供应充足（含可再生能源）2、气候条件适宜3、电价水平较低4、用地成本低廉5、能耗指标充足1、远离宽带网络骨干节点，网络的可靠性和稳定性较差，网络延迟较高2、远离互联网、金融等终端用户需求，日常的管理、应急保障困难3、运维人员缺乏契合双碳目标的落实，未来“东数西算”的战略价值将在中长期得到充分显现。通过“东数西算”，一方面，实现部分电力负荷的空间转移，有利于缓解西部、北部清洁能源消纳问题。未来，数据中心将通过配套建设可再生能源电站、直接与可再生能源发电企业开展电力交易、大用户直供、拉专线等方式不断加大对可再生
