精編案例 | 雙碳目標下，電力行業如何走上數字化轉型之路

　　電力行業是國家基礎性行業，對促進國民經濟的發展和社會進步起到重要作用。與此同時，電力行業又是我國煤炭消耗的第一大戶。據國家統計局資料，2021年煤炭消費量29.34億噸。其中，電力行業耗煤量約佔全國煤炭消費總量的56.4%。

　　電力低碳化發展成大勢所趨

　　2020年9月，我國提出二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，力爭2060年前實現碳中和的“雙碳”目標。2021年3月，中央財經委員會第九次會議提出，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。

　　在“雙碳”?標和節能要求的大背景下，電??業正在改變以煤炭為主的?碳能源電?結構，轉向以風電、光熱、光伏、儲能為主的清潔能源結構。與此同時，利用大資料、雲計算等數字技術，實現數字化、智慧化轉型，也成為了電力行業實現提質增效、節能減排降耗的重要手段。

　　以數字化為抓手

　　作為全球率先提出碳中和承諾的大型科技企業之一，西門子以先進的數字化解決方案為槓桿，降低碳排放，助力電力行業加快數字化轉型的步伐。

　　在光熱發電方面，利用光伏發電所利用的能量，必須來源於太陽能，而在夜晚以及陰雨天、雲層較厚等天氣條件下，是無法進行發電的，這就需要利用定日鏡，將陽光聚集並反射至吸熱器，再轉化成電力。

　　以魯能海西州多能互補50MW塔式光熱電站為例，該專案的定日鏡數量為4400臺，每套定日鏡採光面積為138㎡，而如何實現精準反射太陽光到吸熱塔內，再轉化成電力，成為亟需解決的問題。

　　對此，西門子提供了S7-1200可程式設計控制器+X204和RX1500交換機，具有精準追日控制功能的解決方案，改善了光伏不穩定、不可調的缺陷，提高了電能穩定性及電網對新能源的接納能力。值得一提的是，S7-1200系列是一款設計緊湊、組態靈活且具有功能強大的指令集，提供了控制各種裝置以滿足自動化需要的靈活性和強大功能。

　　據悉，魯能海西州多能互補50MW塔式光熱電站建成後，年發電量約12.625億千瓦時，能夠有效減少煤炭消耗，降低大氣汙染，每年可節約標準煤約40.15萬噸，減少煙塵排放量約5,431.96噸。

　　在風力發電方面，平準化度電成本(LCOE)是對專案生命週期內的成本和發電量先進行平準化，再計算得到的發電成本，即生命週期內的成本現值/生命週期內發電量現值。

　　為了降低LCOE，風機制造廠商必須持續創新，開發更大、更輕和更智慧的風機，從而降低風機的製造和運維成本，並提高單機發電量。

　　據瞭解，風機的核心零部件包括塔架、齒輪箱、發電機、軸承、葉片等，受到的載荷較為複雜，且多為動態載荷，常常出現各類故障，這成為了風機全生命週期成本居高不下的主要因素。

　　過去，傳統風機開發過程中的流程脫節制約著可靠性設計的質量。一方面，負責載荷分析和結構設計的部門在設計流程上存在脫節;另一方面，在控制程式設計和結構設計之間也存在流程脫節。因此，精確預測風機的動態響應成為了研發的關鍵。

　　不僅如此，大型風機結構複雜，零部件眾多，傳統的有限元模擬在建模和計算效率上均無法滿足快速開發的要求。

　　此外，風電企業還必須考慮由多臺風機組成的風場的整體控制問題。在這一方面，透過感測技術感知實時的風力和風向，然後再借助最佳化演算法調整整個風場所有風機的控制策略，實現風場整體發電效率最優和安全運營，這也是降低LCOE 的重要方式。

　　基於此，三一重能的產品開發團隊建立了一整套成熟高效的數字化模擬流程，這一流程中包括使用軟體進行外部風力載荷計算以及後期的零部件結構強度分析。另外，三一重能還選擇西門子LMS Samtech Samcef? Wind Turbines工具進行整機的引數化模擬建模，並透過LMS Samcef求解器進行整機的動態響應預測，最終將風機和風場效率提升了50%，並將LCOE降低了超過10%。

　　寫在最後：

　　2021年9月，西門子在中國正式啟動“零碳先鋒計劃”，宣佈了在低碳發展領域的目標和行動計劃。透過“零碳先鋒計劃”的落地實施，西門子以數字化創新和跨領域行業洞見，賦能打造端到端的零碳產業鏈，助力各行各業實現“雙碳”目標。

　　當前，能源革命正在與數字革命走向深度融合，數字化正成為能源行業尤其是電力行業實現高質量發展和踐行碳達峰、碳中和目標的關鍵路徑。未來，西門子還將為電力行業帶來哪些變革與啟發，值得期待。