中國儲能網(wǎng)訊：氣候變化已經(jīng)成為人類面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的報告，自工業(yè)革命以來，人類活動導致的溫室氣體排放使全球氣溫上升了約1°C，預計在未來幾十年內(nèi)將繼續(xù)上升。如果不采取有效的減排措施，氣溫的進一步上升將導致海平面上升、極端天氣事件頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)崩潰等一系列嚴重后果。為應對氣候變化，全球能源體系必須從以化石燃料為主的高碳模式向低碳、零碳模式轉型。這一轉型不僅需要減少煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的使用，還需要大規(guī)模推廣風能、太陽能等可再生能源。然而，能源轉型的推進面臨著巨大挑戰(zhàn)，包括技術壁壘、經(jīng)濟成本、政策阻力以及社會接受度等問題。
8月29日，國務院新聞辦公室發(fā)布《中國的能源轉型》白皮書（以下簡稱“白皮書”）。白皮書顯示，加快能源轉型發(fā)展，實現(xiàn)能源永續(xù)利用，持續(xù)增進民生福祉，為世界經(jīng)濟提供不竭動力，已成為各國共識。黨的十八大以來，中國能源進入高質量發(fā)展新階段。尤其是“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，為能源發(fā)展指明了前進方向、提供了根本遵循。白皮書提出，能源轉型是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革，是一項長期的戰(zhàn)略性任務，需要在能源安全新戰(zhàn)略的指引下穩(wěn)中求進、久久為功。
新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)能源轉型的重要載體。新型電力系統(tǒng)及與之耦合的能源系統(tǒng)是一個大規(guī)模、隨機性、混雜性、分布式、網(wǎng)絡化的復雜系統(tǒng)，呈現(xiàn)出三層網(wǎng)絡（能量網(wǎng)絡、信息網(wǎng)絡、價值網(wǎng)絡）架構和分層集群特征，其認知和構建涉及電力系統(tǒng)、電力電子、熱能動力、優(yōu)化與控制、信息與通信、人工智能（AI）、經(jīng)濟管理等不同學科，并對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)理論提出挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)“源—網(wǎng)—荷—儲”設備的智能化、數(shù)字化使它們能夠更加主動地參與系統(tǒng)的運行和控制，適合采用群體智能和協(xié)同控制等前沿理論和方法來解決。
近年來，以深度學習、語言大模型（LLM）為代表的AI技術飛速發(fā)展。深度學習和大型語言模型的訓練和運行需要大量計算資源。為了加速AI模型的訓練過程，通常需要使用高性能的硬件，比如圖形處理單元（GPU）、張量處理單元（TPU）或者專門為AI設計的加速器。這些硬件能夠并行處理大量數(shù)據(jù)，從而加快模型訓練速度。然而，這些硬件的運行需要大量電能。AI模型的訓練通常需要在大型數(shù)據(jù)中心進行，這些數(shù)據(jù)中心包含成千上萬的服務器和高性能計算設備，如GPU和TPU。由于這些設備需要長時間運行來處理和訓練復雜的AI模型，其能耗非常高。據(jù)谷歌公布的數(shù)據(jù)，2019年，其數(shù)據(jù)中心能耗達到12.4太瓦時，相當于小型國家一年的用電量。大型數(shù)據(jù)中心持續(xù)的高能耗會增加電網(wǎng)負荷，特別是在數(shù)據(jù)中心集中的區(qū)域，給電網(wǎng)規(guī)劃與運行帶來重大挑戰(zhàn)。
同時，AI技術在多個方面加快了能源轉型進程，比如優(yōu)化能源生產(chǎn)和消費、促進可再生能源整合，以及推動智能電網(wǎng)發(fā)展。AI可以通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣模式和消費行為，并采用機器學習算法幫助能源公司預測能源需求；通過歷史數(shù)據(jù)分析并結合數(shù)值天氣預報預測新能源出力，并進一步優(yōu)化電網(wǎng)調度運行、提高能源效率；優(yōu)化分布式能源資源的整合，使得電力系統(tǒng)更加靈活高效；在市場環(huán)境下快速處理大量交易數(shù)據(jù)，識別最佳交易時機和價格，幫助發(fā)電公司和售電公司作出更明智的交易決策。此外，AI技術在監(jiān)測和管理碳排放方面也發(fā)揮重要作用。通過AI分析，企業(yè)可以更好地了解其碳足跡，并優(yōu)化其生產(chǎn)流程以減少碳排放。
因此，以有效政策機制和關鍵技術突破來推動能源轉型與AI的協(xié)同進化已成為應時之舉和當務之急。
■ 新一代AI賦能新型電力系統(tǒng)關鍵技術突破
實現(xiàn)電力電量平衡、維持頻率電壓穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運行控制的基本任務，長期以來得到學術界、工業(yè)界的密切關注和深入研究。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)有功功率平衡過程是當負荷功率發(fā)生變化時，電源及時調整出力使得系統(tǒng)在轉動慣量的緩沖作用下達到有功平衡的一個連續(xù)變化過程，也即“源隨荷動”。在分層集群的電力系統(tǒng)中，由于風電、光伏和儲能等間歇性可再生能源的接入和高壓大功率電力電子元件的普及，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)功率調節(jié)過程發(fā)生巨大變化，如可再生能源的功率輸出不再可控、對需求響應能力的要求急劇提升、對于送端系統(tǒng)視為負荷的外送直流系統(tǒng)將具備大規(guī)模功率調節(jié)能力等，電力系統(tǒng)調度模式也將向“源荷互動”轉變。此外，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)在高比例電力電子設備接入的條件下也將呈現(xiàn)出新的動態(tài)特性。
隨著分層集群的新型電力系統(tǒng)的發(fā)展和完善，群體智能與協(xié)同控制前沿理論和技術可以應用于其運行控制。群體智能與協(xié)同控制是新一代AI的重要研究領域。群體智能是單體智能未來發(fā)展的必然趨勢，指一定數(shù)量的智能體之間通過局部感知和相對簡單的交互方式，完成個體不易實現(xiàn)的任務過程中所涌現(xiàn)出的復雜、強大的集群宏觀行為。協(xié)同控制可為群體智能涌現(xiàn)提供時空協(xié)調保障，是群體智能涌現(xiàn)的核心關鍵技術和制高點技術。為完成某一復雜任務，群體智能控制系統(tǒng)的每一智能體都可以根據(jù)從通信網(wǎng)絡獲得的信息作出自主決策，也可以共享信息、相互協(xié)作并共同完成工作任務。協(xié)同控制具有明顯優(yōu)勢，例如，有效解決大規(guī)模復雜系統(tǒng)的控制問題；通過集合多個能力較弱的智能體的控制功能實現(xiàn)1+1>2的協(xié)同效果；促使整個系統(tǒng)具有較高的魯棒性，在發(fā)生大干擾時，每個智能體仍有可能獨立完成各自的控制任務。
群體智能與協(xié)同控制理論與技術，能為分層集群的新型電力系統(tǒng)的運行控制提供有效的解決方案，重點在于構建包括電源側、電網(wǎng)側與負荷側（含儲能）多種資源的協(xié)同控制方案和策略。
■ 以有效政策機制推動電力與算力協(xié)同發(fā)展
應統(tǒng)籌電力與算力規(guī)劃與布局。建議政府相關部門統(tǒng)籌數(shù)據(jù)中心發(fā)展需求和新能源資源稟賦，對算力、電力基礎設施進行協(xié)同規(guī)劃布局。例如，在新能源富集地區(qū)，依據(jù)電力供應能力和成本等因素，合理規(guī)劃建設數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，在甘肅、內(nèi)蒙古等新能源富集地區(qū)開展“風光儲算一體化”模式探索。參考電力系統(tǒng)的規(guī)劃、建設、調度等經(jīng)驗，充分融合算力網(wǎng)與電力網(wǎng)的區(qū)域特性和調度能力，跨省、跨區(qū)開展多時空尺度的電力與算力協(xié)同調度，使算力節(jié)點成為新型電力系統(tǒng)下保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定的 “壓艙石”。
應加大對技術創(chuàng)新的支持。建議政府相關部門投入資金支持電力與算力協(xié)同發(fā)展相關技術研發(fā)，如高效能算力服務器、算力計量、電算協(xié)同定價交易和結算等關鍵技術，以及通感算一體高速通信等技術，鼓勵企業(yè)、高校和科研機構聯(lián)合開展技術攻關。創(chuàng)建電力與算力協(xié)同發(fā)展技術創(chuàng)新平臺，促進產(chǎn)學研合作，加快技術成果轉化和應用推廣，打造國家級算力網(wǎng)應用實驗場，開展算力與電力協(xié)同創(chuàng)新領域研究。
應加強市場機制引導。建議算力市場建設充分借鑒電力市場建設經(jīng)驗，推動算力價格與電力價格交叉關聯(lián)，形成算力與電力兩個市場的橫向交易，引導市場資源合理配置；探索新能源就近供電、聚合交易、就地消納的“綠電聚合供應”模式；建立健全綠電交易市場，提高數(shù)據(jù)中心的綠電占比，同時為新能源消納提供新途徑；鼓勵發(fā)展第三方電力與算力協(xié)同發(fā)展服務提供商，為企業(yè)提供專業(yè)的規(guī)劃、建設、運營等服務，提高融合的效率和質量。
應完善能耗管理與激勵。建議明確數(shù)據(jù)中心能耗標準和監(jiān)管要求，加強對數(shù)據(jù)中心用能的監(jiān)測分析與負荷預測，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心電力系統(tǒng)整體運行效率，整改或淘汰高耗低效的數(shù)據(jù)中心。對采用先進節(jié)能技術、優(yōu)化負荷運行時段、提升能源利用效率和可再生能源利用率的數(shù)據(jù)中心給予獎勵或補貼，降低用電損耗及算力成本。
■ 雙管齊下應對數(shù)智化新型電力系統(tǒng)挑戰(zhàn)
新型電力系統(tǒng)和AI技術的發(fā)展既帶來機遇，也帶來挑戰(zhàn)。為了確保新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，需要雙管齊下，從技術手段和政策機制兩方面共同應對。
高比例新能源接入給電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行帶來挑戰(zhàn)，源側低慣性和低短路比特征突出，安全穩(wěn)定支撐能力不斷被削弱；荷側動態(tài)特性越來越復雜；網(wǎng)側交直流、多直流間耦合更加緊密。電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的結構性困境日趨明顯，迫切需要深入認識新型電力系統(tǒng)的特性并調動各種資源深度參與其規(guī)劃與運行。通過構建AI驅動的智能科學計算體系，開發(fā)電力系統(tǒng)預訓練大模型，打造電力系統(tǒng)分析與控制的“超強大腦”，可有力支撐新型電力系統(tǒng)演進規(guī)律研究、系統(tǒng)規(guī)劃方案和運行方式生成與優(yōu)化、在線安全分析和電力市場運營。
雖然AI在能源轉型中展現(xiàn)出巨大潛力，但其應用也面臨諸多風險和挑戰(zhàn)。首先，AI系統(tǒng)的復雜性和不透明性可能帶來新的安全風險。例如，如果電力調度系統(tǒng)中的AI算法出現(xiàn)錯誤，可能導致電網(wǎng)大范圍停電等嚴重后果。其次，AI的應用需要大量高質量數(shù)據(jù)支持，而數(shù)據(jù)的獲取和使用涉及隱私保護、數(shù)據(jù)安全等問題。另一方面，加強對網(wǎng)絡攻擊的監(jiān)測和防御對于新型電力系統(tǒng)至關重要，AI技術可以用于檢測和防御網(wǎng)絡攻擊，通過實時監(jiān)控網(wǎng)絡流量，識別異常行為并采取防御措施，建立新型電力系統(tǒng)信息物理安全新范式。
新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需要完善的法律法規(guī)和標準體系來規(guī)范和保障。政府應加強對電力行業(yè)的監(jiān)管，制定相關法律法規(guī)和政策，明確各方責任和義務，保障電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。行業(yè)協(xié)會和標準化組織應積極制定和推廣相關技術標準和規(guī)范，確保新型電力系統(tǒng)的建設和運行符合統(tǒng)一的標準和要求。此外，還應建立健全風險管理和應急響應機制，提高應對突發(fā)事件的能力。例如，制定完善的應急預案，定期進行應急演練，確保在突發(fā)事件發(fā)生時能夠迅速、有效地進行應對和處置。
推動能源轉型和AI的協(xié)同進化，是21世紀應對氣候變化和推動可持續(xù)發(fā)展的重要路徑之一。雖然在實現(xiàn)這一目標的過程中存在諸多挑戰(zhàn)，但通過合理的政策引導、技術創(chuàng)新和社會參與，可以加速兩者的深度融合，推動全球能源體系向更加綠色、智能和高效的方向發(fā)展。
（作者系華南理工大學電力經(jīng)濟與電力市場研究所所長，發(fā)展中世界工程技術院院士）
