數(shù)字化技術(shù)對供電所能效提升與碳排放減少的影響分析

李玉玲 李麗

摘要：通過提供實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和管理、智能化和自動化能力以及可再生能源整合和利用支持，數(shù)字技術(shù)能夠提高供電的能效，降低碳排放。提升數(shù)字技術(shù)在供電中的應(yīng)用水平，具有重要的能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)意義。通過負(fù)荷預(yù)測優(yōu)化調(diào)度方法并與實際案例結(jié)合，文章闡釋了數(shù)字化技術(shù)在供電系統(tǒng)智能監(jiān)控、能源優(yōu)化、碳排放監(jiān)測等方面的關(guān)鍵作用。研究結(jié)果表明，數(shù)字化技術(shù)的引入不僅顯著提高了供電系統(tǒng)的運行效率和能源利用效率，還有效減少了碳排放量，為可持續(xù)能源發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；能效提升；碳排放減少；供電系統(tǒng)；可持續(xù)能源發(fā)展；優(yōu)化策略

中圖分類號：TM73? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著科技的快速發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在各行各業(yè)掀起了一股革命性的浪潮，尤其在能源領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用正在改變著供電系統(tǒng)的運行方式，為能源效率的提升和碳排放的減少提供了新的途徑。在全球溫室氣體排放不斷上升的背景下，能效提升與碳排放減少的問題變得尤為緊迫。能源是現(xiàn)代社會運轉(zhuǎn)的動力源，然而，其開采、轉(zhuǎn)換和利用過程中產(chǎn)生的碳排放對全球氣候變化產(chǎn)生了不可忽視的影響。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，各國都在尋求降低能源消耗和碳排放的途徑。數(shù)字化技術(shù)的涌現(xiàn)為實現(xiàn)這一目標(biāo)提供了新的可能性，其在能源生產(chǎn)、分配、使用等環(huán)節(jié)的應(yīng)用，為提升能效、減少碳排放帶來了全新的解決方案［1］。

1 智能監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計原理

1.1 負(fù)荷預(yù)測模型

負(fù)荷預(yù)測是智能監(jiān)控與管理系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的負(fù)荷預(yù)測模型包括［2］：

（1）時間序列模型。

時間序列模型利用歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計模型，預(yù)測未來負(fù)荷。典型的時間序列模型包括ARMA模型、ARIMA模型等。

其中，Lt為t時刻的負(fù)荷；p和q為模型階數(shù)；和θ為模型參數(shù)；ε為隨機誤差。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以提取負(fù)荷數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律，實現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測。常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RNN等。

1.2 優(yōu)化調(diào)度策略

智能監(jiān)控與管理系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度策略是指通過利用機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化算法等技術(shù)，對系統(tǒng)中的資源進(jìn)行智能調(diào)度和優(yōu)化，以改善系統(tǒng)性能、降低能耗、提高資源利用率等。優(yōu)化調(diào)度策略包括資源負(fù)載均衡、資源動態(tài)擴縮容、資源優(yōu)先級調(diào)度、能耗優(yōu)化、故障檢測與容錯處理。

基于負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以采用優(yōu)化算法確定發(fā)電調(diào)度方案，目標(biāo)是最小化運行成本。典型的優(yōu)化模型如下［3］：

minf（PG）=∑Ni=1Ci（Pi）（2）

s.t. PGmin≤Pi≤PGmax（3）

∑Pi=PL（4）

其中，f（PG）為總運行成本；PG為發(fā)電機組出力；PL為負(fù)荷需求，該模型采用經(jīng)典的拉格朗日松弛法求解。

1.3 預(yù)測分析與優(yōu)化算法

數(shù)字化技術(shù)的另一個重要應(yīng)用是預(yù)測分析與優(yōu)化算法的運用。通過大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠?qū)╇娤到y(tǒng)的負(fù)荷變化進(jìn)行預(yù)測，從而制定更合理的能源調(diào)度計劃。大數(shù)據(jù)分析可以基于歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，利用各種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，預(yù)測未來的負(fù)荷需求［4］。

此外，優(yōu)化算法在能源調(diào)度中也具有重要意義。這些算法可以通過數(shù)學(xué)模型，綜合考慮供電系統(tǒng)的各種因素，如供應(yīng)能力、負(fù)荷需求、能源成本等，找到能效最優(yōu)的能源分配方案。這些優(yōu)化算法的應(yīng)用有助于減少不必要的能源浪費，進(jìn)一步提高供電系統(tǒng)的能效。

能效提升率=（（初始能效-改進(jìn)后能效）/初始能效）×100

在供電系統(tǒng)中引入數(shù)字化技術(shù)對能效提升和碳排放減少產(chǎn)生了積極的影響。

2 數(shù)字化技術(shù)對能效的影響特性分析

2.1 設(shè)備監(jiān)測與維護(hù)特性

設(shè)備監(jiān)測與維護(hù)是數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，主要特性如下。

（1）傳感器實時監(jiān)測：安裝各類傳感器，實時監(jiān)測設(shè)備運行參數(shù)，包括溫度、壓力、振動等。通過實時監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況并作出相應(yīng)的處理。

（2）數(shù)據(jù)傳輸與分析：通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至中央平臺， 通過對數(shù)據(jù)的挖掘和分析，找出設(shè)備運行過程中存在的問題和潛在的優(yōu)化空間，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，提高設(shè)備的性能和效率。通過分析設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和趨勢，可以提前預(yù)測設(shè)備的故障和維護(hù)需求，并制定相應(yīng)的維護(hù)計劃，減少設(shè)備的停機時間和維護(hù)成本。

（3）智能預(yù)警與維護(hù)：當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超出閾值時，系統(tǒng)自動發(fā)出預(yù)警，通知維護(hù)人員進(jìn)行檢修。實現(xiàn)智能維護(hù)，通過設(shè)備的自動監(jiān)測和診斷功能，可以自動發(fā)出維護(hù)信號，觸發(fā)相應(yīng)的維護(hù)操作，提高維護(hù)的效率和準(zhǔn)確性。

2.2 能源效率提升策略

通過優(yōu)化調(diào)整算法，可以最大限度地提高能源的利用效率，減少能源消耗。數(shù)字化技術(shù)可以通過多種策略提升能源效率。

（1）減少能源損耗：分析電網(wǎng)數(shù)據(jù)，找出并降低損耗大的環(huán)節(jié)。

（2）負(fù)荷動態(tài)均衡：實時調(diào)整負(fù)荷，避免過載。

（3）智能優(yōu)化供電：根據(jù)負(fù)荷情況，自動選擇最優(yōu)供電方案。

能源損耗率=（（初始能量-實際供應(yīng)能量）/初始能量）×100%

3 碳排放監(jiān)測與減少策略

在全球氣候變化日益嚴(yán)峻的背景下，減少碳排放成了全球范圍內(nèi)的重要議題。包括能源效率提升、低碳能源轉(zhuǎn)型、建立碳市場、實行碳排放權(quán)交易制度、碳稅和排放限額。數(shù)字化技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用，為碳排放的監(jiān)測和減少提供了新的途徑。本章將著重探討數(shù)字化技術(shù)在供電系統(tǒng)中對碳排放監(jiān)測與減少的影響。

3.1 碳排放監(jiān)測技術(shù)

碳排放監(jiān)測技術(shù)是實現(xiàn)碳排放減少的前提，數(shù)字化技術(shù)為其提供了更加精確和高效的監(jiān)測手段。監(jiān)測方法包括傳感器監(jiān)測、遙感技術(shù)以及數(shù)學(xué)建模等。其中，傳感器監(jiān)測能夠直接測量供電系統(tǒng)中的碳排放源，如燃煤發(fā)電廠的煙氣排放。遙感技術(shù)則通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取大范圍的碳排放信息，從而實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的監(jiān)測。

通過數(shù)字化技術(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以實時傳輸至中央數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)對碳排放數(shù)據(jù)的集中管理和分析。這種實時數(shù)據(jù)分析有助于快速發(fā)現(xiàn)碳排放異常情況，從而及時采取措施減少排放。

3.2 碳排放減少策略

數(shù)字化技術(shù)為碳排放的減少提供了多種策略。數(shù)字化技術(shù)可以優(yōu)化供電系統(tǒng)的運行，減少能源浪費，從而間接減少碳排放。例如，智能電網(wǎng)可以根據(jù)實際負(fù)荷需求，調(diào)整電力的供應(yīng)，避免不必要的電能損耗。

數(shù)字化技術(shù)在能源利用方面的優(yōu)化也可以直接減少碳排放。通過優(yōu)化算法，系統(tǒng)可以找出能效最優(yōu)的供電方案，從而降低能源消耗，減少碳排放。這些優(yōu)化算法的核心是將供電系統(tǒng)的運行參數(shù)和能源成本進(jìn)行綜合考慮，找到最佳平衡點。

碳排放量=能源消耗量×碳排放系數(shù)

通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，供電系統(tǒng)可以實現(xiàn)碳排放的減少。通過在實際案例中對比使用數(shù)字化技術(shù)前后的碳排放數(shù)據(jù)，可以更直觀地了解數(shù)字化技術(shù)在碳排放減少方面的實際效果。

4 實驗案例分析

為了更深入地理解數(shù)字化技術(shù)在提高能效和減少碳排放方面的作用，本文設(shè)計了一個模擬實驗。這個實驗的設(shè)計是基于一個假設(shè)的微電網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含多個發(fā)電機組，有火電機組、風(fēng)電機組、光伏發(fā)電機組。

4.1 實驗設(shè)計

在實驗設(shè)計階段，先構(gòu)建一個微電網(wǎng)系統(tǒng)。在數(shù)字化改造前，微電網(wǎng)系統(tǒng)按照傳統(tǒng)方式運行，即各個發(fā)電機組獨立運行，沒有進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)度。這種運行方式雖然簡單，但效率低下，能源利用率不高，碳排放量也較大。

然后，對微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化改造，包括應(yīng)用智能監(jiān)控、智能電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)、優(yōu)化算法等技術(shù)。通過這些技術(shù)，可以實時監(jiān)控和調(diào)度各個發(fā)電機組的運行，優(yōu)化能源使用，提高能效，減少碳排放。這些技術(shù)的應(yīng)用，使得微電網(wǎng)系統(tǒng)變得更加智能，能源利用率大大提高，碳排放量也得到了有效控制。

4.2 數(shù)據(jù)收集

在實驗過程中，系統(tǒng)地收集了數(shù)字化改造前后2個階段的運行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括每個發(fā)電機組的運行時間、發(fā)電量、能耗和碳排放量。這些數(shù)據(jù)為分析數(shù)字化技術(shù)的效果提供了重要的依據(jù)。

4.3 數(shù)據(jù)分析

能效提升分析。能效提升率的計算公式為：

能效提升率=改造前能耗量-改造后能耗量改造前能耗量×100%

根據(jù)數(shù)據(jù)，可以計算出能效提升率為：

能效提升率=（250-200）kW·h250 kW·h×100%=20%

通過數(shù)字化改造，微電網(wǎng)的能效提升了20%。

碳排放減少分析。碳排放減少率的計算公式為：

碳排放減少率=改造前碳排放量-改造后碳排放量改造前碳排放量×100%

根據(jù)數(shù)據(jù)，可以計算出碳排放減少率為：

碳排放減少率=（1 200-900）kg1 200 kg×100%=25%

通過數(shù)字化改造，微電網(wǎng)的碳排放量減少了25%。結(jié)果證明了數(shù)字化技術(shù)在減少碳排放方面的重要作用。

4.4 實驗總結(jié)

通過本次模擬實驗，可以清晰地看到數(shù)字化技術(shù)在提高能效和減少碳排放方面的顯著效果。在實際應(yīng)用中，數(shù)字化技術(shù)的效果可能會受到諸多因素的影響，但總體上，借助于數(shù)字化技術(shù)能更有效地利用能源，減少碳排放，對環(huán)保和節(jié)能有著重要的作用。期望通過這種方式，可以推動更多的人認(rèn)識到數(shù)字化技術(shù)的重要性，進(jìn)一步推廣和應(yīng)用這些技術(shù)，為保護(hù)環(huán)境作出更大的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為供電系統(tǒng)帶來了顯著的改善，不僅提高了能源利用效率，還減少了碳排放。未來，應(yīng)關(guān)注數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和成熟，不斷深化其應(yīng)用，探索更多的優(yōu)化策略，為能源可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。同時，需要繼續(xù)研究數(shù)字化技術(shù)在不同環(huán)境下的適用性，以實現(xiàn)更加智能、綠色的能源利用。

參考文獻(xiàn)

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［3］李建國，王紅.數(shù)字化技術(shù)在電力供應(yīng)所碳減排中的應(yīng)用分析［J］.電力自動化設(shè)備，2022（6）：89-94.

［4］劉宇，李丹.數(shù)字技術(shù)對供電所能效的影響分析［J］.電力科學(xué)與工程，2021（4）：115-120.

（編輯 沈 強編輯）

Analysis of the impact of digital technology on energy efficiency improvement and

carbon emission reduction in power supply stations

Li? Yuling， Li? Li

（State Grid Chaohu Power Supply Company， Chaohu 238000， China）

Abstract：? By providing real-time data monitoring and management， intelligent and automated capabilities， and support for the integration and utilization of renewable energy， digital technology can improve the energy efficiency of power supply， reduce carbon emissions， and enhance the application level of digital technology in power supply. It has important energy conservation and environmental protection significance. This paper reveals the key role of digital technology in intelligent monitoring of power supply systems， energy optimization， and carbon emission monitoring through load forecasting optimization scheduling methods and combined with practical cases. The research results indicate that the introduction of digital technology not only significantly improves the operational efficiency and energy utilization efficiency of power supply systems， but also effectively reduces carbon emissions， making a positive contribution to sustainable energy development.

Key words： digital technology; energy efficiency improvement; carbon emissions reduction; power supply system; sustainable energy development; optimization strategies