计算机行业人工智能系列报告:虚拟电厂与智能巡检电力AI地最佳落地场景.pdf
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1、敬请参阅末页重要声明及评级说明 证券研究报告 虚拟电厂与智能巡检,电力虚拟电厂与智能巡检,电力 AIAI 地最佳落地场景地最佳落地场景 主要观点:主要观点:Table_Summary ChatGPTChatGPT 加速各行业应用落地,电力领域多环节需求展现加速各行业应用落地,电力领域多环节需求展现我们在之前的AI报告中曾说过,制约AI发展的因素一直都是和场景的结合,业界一直在为没有找到收入足以覆盖研发、算力等成本的应用模式而苦恼;另一方面,市场也在期待一个更通用的 AI 模型的出现。ChatGPT 的出现在应用侧展现了一条通用化的路径,完美解答了商业模式与通用大模型两个问题。在此基础上,AI+
2、场景的应用或将迎来爆发。对对于整个电力体系来说,于整个电力体系来说,在发输变配用的多个环节均涉及到预测、调度、管理等需要软件需求,AI的接入有望帮助多个环节实现效率的提升已经人工的替代。从另一个方面讲,电网是一个以稳定与安全为第一位的体系,AI在电力体系的落地是一个相对谨慎的过程,我们需要去找一些对于主网运行影响不大,同时智能化之后降本增效较为,明显的领域。我们认为主要是有两大方向,和下游用电相关的我们认为主要是有两大方向,和下游用电相关的虚拟电厂和电力交易,以及和检测相关的智能化巡检。虚拟电厂和电力交易,以及和检测相关的智能化巡检。虚拟电厂与电力交易是虚拟电厂与电力交易是 AIAI 在电力领
3、域的最佳落地场景在电力领域的最佳落地场景调控与管理是虚拟电厂的核心,正与AI技术的强项匹配。虚拟电厂是依托于信息技术和通信技术发展起来的智能管理系统,协调、控制、管理等是核心技术。具体来看,建设虚拟电厂可分为三大关键信息化技术:即协调控制、能量管理、信息通信技术。其中,协调控制技术要联通源网荷储多个环节的调整,并要做出对于发电量、用电量、电价等多个数据的判断,AI的接入有望极大的提升分析效率和准度;另一方面主要影响B端用电水平的虚拟电厂对于电网整体稳定性影响较小,有望率先接入大模型应用。AIAI 已经在电力巡检领域广泛应用,大幅提升已经在电力巡检领域广泛应用,大幅提升检测效率检测效率电网智能运
4、维是基于以“云大物移智”为代表的数字技术,对电力系统输变配等环节的运行进行监控、分析及处理,提升电网的透明化水平及能源供给的质量与效率。在人工成本提升叠加智能化机器人能力提升的背景之下,机器代人是大趋势。一个50MW的变电站人工巡检完整一圈,覆盖所有设备所需要时间通常为 2-3 个月,而机器巡检仅需要 2 天左右的时间。从成本侧来说,假设人工成本为1 万元/月,年度人工成本为12 万元,目前巡检机器人采购成本通常为 50-80 万元,按照 10-20 年折旧,单年仅 2.5-8 万元。目前,目前,以以AIAI算法为基础的运维已经广泛算法为基础的运维已经广泛应用在了电力巡检之中应用在了电力巡检之
5、中,例如智洋创新已经,例如智洋创新已经建立了近百人的建立了近百人的AIAI团队,相关技术已经应用到了电力系统巡检之中。团队,相关技术已经应用到了电力系统巡检之中。风险提示风险提示1)电网下游投资进展不及预期;2)技术研发突破不及预期;3)政策支持不及预期;Table_StockNameRptType战略科技(计算机)战略科技(计算机)人工智能系列报告(三)/行业深度行业行业评级:评级:增增持持报告日期:2023-03-29 Table_Chart 行业指数与沪深行业指数与沪深 3 30000 走势比较走势比较 Table_Report1.华安证券_行业研究_计算机行业_深度报告_人工智能系列报
6、告(二):AI 既是网安需求来源,也是网安下一形态2023-3-29 2.华安证券_行业研究_计算机行业_深度报告_人工智能系列报告(一):ChatGPT 引发的大模型时代变革2023-3-01-30%-20%-10%0%10%20%30%沪深300计算机(申万)pOpMpPnNmPsRmPvMtPtNsNbRdN9PtRrRoMpMfQmMsRlOpMoO8OqRtOwMsRmPwMoMvM Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 3/18 证券研究报告 1 ChatGPT 催化催化应用加速,应用加速,AI 应用难题破解应用难题破解 Cha
7、tGPT 催化催化 AI+场景应用深化,场景应用深化,AI 落地能力获得突破。落地能力获得突破。我们在之前的 AI 报告中曾说过,制约 AI 发展的因素一直都是和场景的结合应用,业界一直在为没有找到收入足以覆盖研发、算力等成本的应用模式而苦恼;另一方面,市场也在期待一个更通用的 AI模型的出现。ChatGPT 的出现在应用侧展现了一条通用化的路径,完美解答了商业模式与通用大模型两个问题。在此基础上,AI+场景的应用或将迎来爆发。相比传统 AI 算法,GPT 模型的区别在于通过海量参数,进一步提升了模型的精确度。初代的 GPT 模型参数是 1.17 亿,而 GPT2 的模型有 15 亿个参数,参
8、数增加了 10倍之多。第三代的 GPT3 模型,参数达到了 1750 亿,是 GPT2 参数的 100 倍。正是由于参数的指数级提升,使得模型的使用效果大幅提升。而此类参数上亿的模型,通常称而此类参数上亿的模型,通常称之为之为“大模型大模型”。GPT 模型能够生成连贯和语法正确的文本,已被用于广泛的自然语言处理任务,包括语言翻译、文本补全和文本生成。AI 时代赋能多应用场景,数据价值体现时代赋能多应用场景,数据价值体现。自 2017 年以来,全球企业对于 AI 的使用已到达了一个稳定高峰。根据麦肯锡数据,近四年,全球使用 AI 的企业数量占比在 50-60%之间,较 2017 年 20%的水平
9、已提升 2.5X。平均每个公司都会使用近四种 AI 能力,比起 2018 年的 1.9 种也近翻倍。其中,流程自动化、计算机视觉、自然语言分析、对话界面和深度学习已经成为前五大 AI 用途。而从训练到应用的逻辑来说,AI 的广泛应用,其核心基础是高质量、与应用场景贴合的海量数据资源。图表图表 1 ChatGPT 模型流程图模型流程图 资料来源:OpenAI,华安证券研究所 0%5%10%15%20%25%30%35%40%201520162017Q3西北华北东北西南中南华东 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 4/18 证券研究报告 图表
10、图表 2 2017-2022 全球公司应用全球公司应用 AI 比例及使用数量比例及使用数量 图表图表 3 2022 年年 AI 应用次数最高场景应用次数最高场景 资料来源:McKinsey,华安证券研究所 资料来源:McKinsey,华安证券研究所 AI 在电力多个环节在电力多个环节助力助力降本增效,稳定性与智能化是寻找电力降本增效,稳定性与智能化是寻找电力 AI 场景的主线。场景的主线。对于整个电力体系来说,在发输变配用的多个环节均涉及到预测、调度、管理等需要软件需求,AI 的接入有望帮助多个环节实现效率的提升已经人工的替代。从另一个方面讲,从另一个方面讲,电网是一个以稳定与安全为第一位的体
11、系,AI在电力体系的落地是一个相对谨慎的过程,我们需要去找一些对于主网运行影响不大,同时智能化之后降本增效较为,明显的领域。我们认为主要是有两大方向,和下游用电相关的虚拟电厂和电力交易,以及和检测相关我们认为主要是有两大方向,和下游用电相关的虚拟电厂和电力交易,以及和检测相关的智能化巡检。的智能化巡检。图表图表 4 多个环节需要多个环节需要 AI+资料来源:华安证券研究所整理 1.92.33.13.93.820%47%58%50%56%50%0%10%20%30%40%50%60%70%012345201720182019202020212022每个公司AI能力种类的平均数量全球使用AI的公司
12、比例(%)24201919191716161514051015202530场景应用数量 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 5/18 证券研究报告 2 虚拟电厂与电力交易是虚拟电厂与电力交易是 AI 在电网落地的最佳在电网落地的最佳场景场景 2.1 虚拟电厂是虚拟电厂是电力体系互通优化的关键,电力体系互通优化的关键,AI 将进一步优化调将进一步优化调控效率控效率 虚拟电厂是虚拟电厂是一种将不同空间的可调负荷、储能、微电网、充电桩、分布式电源等可控资源聚合起来的智慧能源系统,并以此作为一个特殊电厂实现对电力资源的自主协调及优化控制。虚拟电厂
13、的核心是集控平台,集控平台一方面可以对一方面可以对收集的充电桩、居民收集的充电桩、居民用电等数据进行分析,做到需求侧的精准响应及管理,用电等数据进行分析,做到需求侧的精准响应及管理,当需求侧供电量不足时,可以作为“正电厂”向电力系统供电,当发电侧电量过大,需求侧难以负荷时,又可以作为“负电厂”加大负荷消纳电力系统电力,帮助电力市场削峰填谷,平滑新能源并网给电网带来的一系列影响;另一方面可以与大电网与电力市场互通,;另一方面可以与大电网与电力市场互通,不仅有助于优化整个电网系统,还能为内部聚合的企业、用户、充电桩、储能、分布式能源等市场主体提供参与电力市场化交易的途径,让他们都可以成为微型发电机
14、,参与电力市场交易,从而获取套利收益。图表图表 5 虚拟电厂示意图虚拟电厂示意图 资料来源:国网上海经研院,华安证券研究所 按照聚合优化的资源类别,虚拟电厂可分为两类,一类为“负荷类”虚拟电厂,另虚拟电厂可分为两类,一类为“负荷类”虚拟电厂,另一类为“源网荷储一体化”虚拟电厂。一类为“源网荷储一体化”虚拟电厂。具体来看,“负荷类”虚拟电厂具体来看,“负荷类”虚拟电厂指虚拟电厂运营商聚合具备负荷调节能力的电动汽车、充电桩等市场化电力用户,并作为一个整体对外提供负荷侧灵活响应调节服务,“源网荷储一体化”虚拟电厂“源网荷储一体化”虚拟电厂指聚合新能源、用户及配套储 Table_CompanyRptT
15、ype 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 6/18 证券研究报告 能项目,作为独立市场主体参与电力市场,不占用系统调峰能力,具备自主调峰调节能力,并可以为公共电网提供调节服务。调控与管理是虚拟电厂的核心,正与调控与管理是虚拟电厂的核心,正与 AI 技术的强项匹配技术的强项匹配。综上所述,虚拟电厂是依托于信息技术和通信技术发展起来的智能管理系统,协调、控制、管理等是核心技术。具体来看,建设虚拟电厂可分为三大关键信息化技术:具体来看,建设虚拟电厂可分为三大关键信息化技术:即即协调控制协调控制、能量管理、信息通、能量管理、信息通信信技术技术。其中,协调控制技术要联通源网荷储多个环节的
16、调整,并要做出对于发电量、用电量、电价等多个数据的判断,AI 的接入有望极大的提升分析效率和准度;另一方面主要影响 B 端用电水平的虚拟电厂对于电网整体稳定性影响较小,有望率先接入大模型应用。2.2 外部政策叠加外部政策叠加电网内部需求,虚拟电厂有望高速发展电网内部需求,虚拟电厂有望高速发展 发展分布式能源是大势所趋,虚拟电厂迎来发展契机发展分布式能源是大势所趋,虚拟电厂迎来发展契机。从我国风光资源分布图中可知,风光大基地基本集中在西部和北部,而电力负荷却集中在中部和东部,空间维度的错配一方面催生了特高压输电的需求,另一方面也促进了分布式能源的发展。关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的通知
17、中提出到 2025 年公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率力争达到 50%,因此可以认为分布式能源进入快速发展时期。在发展过程中,在发展过程中,最最亟需解决的问题就是亟需解决的问题就是提升电网对新能源的消纳能力提升电网对新能源的消纳能力,解决由于新能源不稳定特性导致解决由于新能源不稳定特性导致并网时产生的一系列影响并网时产生的一系列影响,在这样的背景下,虚拟电厂、智能微电网等模式应运而生。,在这样的背景下,虚拟电厂、智能微电网等模式应运而生。虚拟电厂一方面虚拟电厂一方面可以作为传统的可调度发电厂及时响应内部需求侧,另一方面另一方面可充当分布式资源与电网运营商、电力交易市场之间的中介,实现能源交易。因
18、此,我们认为,因此,我们认为,虚拟电厂是促进能源转型,实现新能源大规模并网的关键。虚拟电厂是促进能源转型,实现新能源大规模并网的关键。图表图表 6 我国风能资源分布情况我国风能资源分布情况 图表图表 7 我国太阳能资源分布情况我国太阳能资源分布情况 资料来源:200m 高分辨率年平均风速分省图谱、华安证券研究所 资料来源:中国分省太阳能资源合集、华安证券研究所 外部政策积极引导新能源发展外部政策积极引导新能源发展,电网适应性是关键电网适应性是关键。20 年习主席第一次在联合国大会上提出“碳达峰”、“碳中和”概念,自此不论是新能源发展还是电网建设均迎来了前所未有的时代机遇。22 年 5 月 30
19、 日和 6 月 1 日,发改委联合国能局、财政部等部门分别印发关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案的通知和“十四五”可再生能源发展规划,强调目前新能源步入高质量发展新阶段,而电网的适应性问题是新阶段制 Table_CompanyRptType 行业研究行业研究 敬请参阅末页重要声明及评级说明 7/18 证券研究报告 约新能源发展的主要因素之一。6 月 21 日,山西省能源局正式印发国内首份虚拟电厂运营管理文件虚拟电厂建设与运营管理实施方案,积极引导发、用、储侧资源共创电网平衡。7 月 8 日,市监局等 16 部门发布关于印发贯彻实施国家标准化发展纲要行动计划的通知,提出加强新型电力系统标准
20、建设。我们认为,电网适应新能源接入的我们认为,电网适应新能源接入的核心在于调度调节能力以及大规模超远距离输电能力,这两点均离不开数字化手段的辅核心在于调度调节能力以及大规模超远距离输电能力,这两点均离不开数字化手段的辅助。助。具体来说,风光等新能源具有波动性和不稳定性,由于其发电量与风力、光照等自然因素存在较大关系,因此新能源发电供给与居民用电需求之间存在错配问题。在这种在这种情况下,情况下,以以智能微电网、虚拟电厂为代表的配电网智能化技术及输电侧特高压建设、储智能微电网、虚拟电厂为代表的配电网智能化技术及输电侧特高压建设、储能等新业态乘势而进。能等新业态乘势而进。图表图表 8“双碳”相关政策
21、“双碳”相关政策梳理梳理 资料来源:华安证券研究所整理 海外虚拟电厂发展较为成熟,国内市场海外虚拟电厂发展较为成熟,国内市场前景广阔前景广阔。技术方面,技术方面,自 2001 年起,德国、英国、美国等欧美国家就陆续开展虚拟电厂研究项目,目前发展较为成熟,已落地德国卡塞尔大学太阳能供应技术研究所、欧盟 WEB2ENERGY 等虚拟电厂项目。以 2012 年12 月完成的欧盟 WEB2ENERGY 项目为例,共包含 5 座 CHP 电厂、2 组 100 千瓦时氧化还原电池、10 组 5 千瓦时锂电池、6 座光伏电站、3 座风电场、2 座小型水电站和 3类大型可控负荷。从国内市场看,从国内市场看,国
22、内处于早期发展阶段,尚不具备成熟完善的建设体系,但在功能实现,近几年广东、河北、上海等地已有调峰调频,提升电网对新能源消纳能力的项目出现,例如上海黄浦区试点商业建筑 VPP 示范项目等。通过海内外对比,通过海内外对比,可以确定,国内虚拟电厂技术存较大提升空间。可以确定,国内虚拟电厂技术存较大提升空间。收益方面,海外市场收益方面,海外市场的虚拟电厂目前已通过辅助功能及参与电力市场交易的商业模式获利,而国内方面,而国内方面,短期来看,短期来看,处于政府补贴状态,将在政府补贴下逐步完善项目功能;但但长期来看,长期来看,随着国内储能、电力交易、碳交易等业态的技术和体系的发展,虚拟电厂也将通过其辅助功能
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