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电力大数据下能源互联网和智能电网的发展
Time:2020-10-28

今年的政府工作报告突出了互联网在经济结构转型中的重要地位,报告明确指出:要制定互联网行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展。报告引发了各行各业对互联网行业的极大关注,未来产业与互联网的融合将贯穿相关行业业务的主线。

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  能源行业是第三次工业革命的引领者,智能电网互联网的具体体现,互联网必将给电网带来技术应用、服务模式、发展理念等方面的变化。

  互联网 能源意味着互联网与传统电网的结合,借鉴互联网发展电网核心技术,能够加强用户体验感,促进价值共享,打破行业发展边界,提高能源利用效率,实现真正意义上的能源资源共享,构建和谐的能源网络环境。能源互联网将是未来电网发展的特征。

  未来的能源管理是以能源互联网为基础,以保证区域能源可靠供应,实现区域能源协调供给为目标,并以电能为支撑,综合冷、热、电、热水等多种分布式能源,构建源网荷互动的区域型能源互联网络。它能够建立合理的能源分配与节能策略,降低用能开支,保障能源的持续可靠供应,确保终端用能安全,实现区域多种能源协调控制和综合能效管理。

  能源互联网是以现有电网为基础,利用新型清洁能源与互联网技术,通过微网技术,实现能源存储与共享的多级分布式开放系统。

  其借鉴了现代互联网技术中的层次划分方法,将网络共分为4个层次。在以传统电力网络、智能电网保证能源传输转移的电网潮流层之上,网络通信层和信息融合层将利用现代化信息打包技术,最终将能源与信息标记为最基本的能量信息流,以供余能交易层消费与收纳。

  若以互联网层次结构相比较,能源互联网的网络通信层以保证网络传输通信为目的,组成了能源互联网最基本的路由层,以保证余能交易层实体间信息通信与能量转移。

  在能源互联网中,路由层和余能交易层功能分别对应实体能源路由器的路由转发功能和微电网的能源选择与交易。

  其中,微网作为能源互联网的基本组成单元,通过新能源的采集、转换、汇集、存储、消纳形成最基本的能源局域网。在能源互联网的发展过程中,微网将作为能源互联网中的微商,驱动着能源互联网经济的发展;能源路由器以保障能源信息高效安全转移为目标,实现规范化、软件可定义化的能源信息路由控制系统,是能源互联网的核心控制单元。

  国家电网公司董事长刘振亚在201523日出版了《全球能源互联网》一书,受到业界很多官员和院士的高度评价,包括一些省委书记和省长都在极度赞扬。刘总畅想:全球能源互联网将是以特高压电网为骨干网架(通道),以输送清洁能源为主导,全球互联泛在的坚强智能电网。将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网构成,连接一极一道和各洲大型能源基地,适应各种分布式电源接入需要,能够将风能、太阳能、海洋能等清洁能源输送到各类用户,是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台,也是实施两个替代的关键。

  这里说的二个替代是至清洁能源对化石能源的替代,以及电能对其他能源的替代。一极一道是指风能丰富的北极地区和光能丰富的赤道附近地区。显而易见,这一能源互联网是基于工业思维追求规模效益的认识,与我们所说的因地制宜、因需而设、就地取材、就近供能、自下而上、参与互动的互联网思维下的能源互联网是完全逆向的思维。

  能源互联网的关键环节

  (1)可再生能源作为主要能源廉价供应,并合理联网调度、利用以数据形式存在于信息互联网上的信息,其实是非常廉价且可以挖掘的,但是,能源互联网的主要载荷能量,却只能从自然界中开采。而且还存在着成本高(相比信息而言)等等问题。

  所以要满足互联网的特点,要保障精心构建的能源互联网有米下锅,必须让它能消化基本无穷尽供应的风能、太阳能等。

  但由于这些渠道的能量供应有非常强的随机性、间断性和模糊性。目前将它们成功的并入电网,或用其他形式高效利用起来,还是一件很困难的事情,当然这更是环境保护、节能减排方面的需要。

  (2)支持超大规模分布式发电、储能及其他能源终端的接入平台

  依靠PC、智能移动设备的等个人接入者,在信息互联网接入者的数量上占绝大多数;IT业者用几十年时间构建了一套由通讯协议、路由器、交换机、数据库、服务器等等一系列软硬件设施组成的庞大系统,是人类文明迄今为止最伟大的成就之一。

  能源互联网想要达到这样的运转效率,需要的技术准备只多不少:比如需要一个极强的信息流处理能力,用来预测和监视消费者的需求变化、极端不稳定的能量生产供应变化;同时它还要指挥相应的能量调配部门完成上载与下载能源的分流与整合等等。数据和习惯都是超大规模的。

  然后,还需要一个极强的能量流处理能力。以智能电网为例,设想中,它需要7*24小时完成功率以亿千瓦计的电流变、输、配调节,而且还必须满足实时的供需平衡(由电能特性决定)。还要再引入分布式清洁能源和市场竞争两个超复杂的变量。

  (3)类似互联网技术的能源共享实现

  信息互联网的一大魅力就在于它能够打破地域的限制,因为信息传输的门槛和成本都相对较低。

  但当我们开始依靠现有的技术输送能量的时候,损耗问题就相当严重了。于是人们不得不考虑手段来降低损耗,这些方法要么单位成本极高(如直接运输,这个过程本身就要消耗大量的燃料),要么建设成本和科研成本极高(特高压输电技术)

  (4)能源的移动互联实现

  移动互联是目前互联网产业的一个重要趋势,但是类比到能量上,就完全是另一回事了。

  可以便携的能量转换装置,要么效率太低(如内燃机),要么太贵且用起来麻烦(如燃气机),要么就是我们喂不饱”(如电机);

  储能问题是老生常谈的老大难;无线充电技术虽然在已经能够给很多小的智能设备充电了,但是大规模应用上仍然问题多多,最简单的一问:那么多电磁能量散播到空间里,辐射谁受得了?

  电动汽车,它的航程、方便性和可靠性等等,真能和同价位传统的汽油车一比了么?

   能源互联网的展望能源互联网是基于互联网区域能源管理的末端神经元,它可以通过在分布式发电设备、储能设备、用电设备等环节部署各类能效监测终端、控制器、环境传感器、视频监控等采集控制单元,实现发电、用电、环境及安全数据的实时采集。

  在能源互联网的推动下,智能用电将得到普及,电力将实现智能化应用。未来的电力客户,包括个人客户、工业客户等,与电网的关系将是互动关系。一方面,客户与电网之间的积极互动对提高用电能效非常有帮助,对电网的能效平衡也起到关键的作用。另一方面,客户的生活方式和生活品质将得到改变和提高。随着智能用电的推广,手机作为客户终端也成为智能用电的工具,可以实现能效分析、用电查询、电费交纳、家电控制、与电网互动等功能。随着以亿计客户的绑定关注,电力客户服务端将产生其他附加价值。

  互联网 用电=智能用电。智能用电可实现310%:能效水平提升10%;用电降低10%;削峰填谷10%。智能用电是用技术手段引导客户消费行为,为客户提供能效服务,使得客户合理用能,明显提升能效管理水平,实现节能 智能。在这种趋势下,客户与电网的互动将变成现实,电器智能化使用水平也将得到普及。

  未来,互联网 电力服务会催生新的服务模式,电力服务模式将产生明显变化,移动互联网服务的方式会得到普及,客户与电网双向互动将变为现实。随之而来的是,电网发展理念将发生变革,一方面,电能替代和绿色替代这两个替代将成为能源发展的主流,电能替代主要是指以电代煤,以电代油,电从远方来,来的是清洁电,绿色替代就是大幅增长的水能、风能、太阳能等清洁能源将替代火电。另一方面,需求侧管理也将更加科学合理,分布式能源并网容量的增多会加大用电客户与电网之间的互动需求,而智能用电、移动终端等的广泛应用也将促进电网与用电客户间的互动,便于电网侧做出合理的调度判断,使得用电需求相应更加科学合理。

  电力大数据

  电力是大数据理念、技术和方法在电力行业的实践。电力大数据涉及到发电、输电、变电、配电、用电、调度各环节,是跨单位、跨专业、跨业务数据分析与挖掘,以及数据可视化,电力大数据由结构化数据和非结构化构成,随着智能电网建设和物联网的应用,非结构化数据呈现出快速增长的势头,其数量将大大超过结构化数据。电力大数据的特性满足大数据的五个特性,一是数据量大(Volume)、二是处理速度快(Velocity)、三是数据类型多(Variety)、四是价值大(Value)、五是精确性高(Veracity)

  电力大数据的应用一方面是与宏观经济、人民生活、社会保障、道路交通等信息融合,促进经济社会发展;另一方面,是电力行业或企业内部,跨专业、跨单位、跨部门的数据融合,提升行业、企业管理水平和经济效益。

  电力大数据对电力数据进行分析挖掘,得到信息,然后将信息转化为知识,最后通过可视化展现与表达,与人们进行分享。

  电力行业和大数据技术的结合,催生了像电力大数据能源互联网智慧城市等新兴概念。通过使用先进的传感器、控制设备和软件应用程序,将电力生产端、电力传输端、电力消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来,形成了物联基础。大数据分析、机器学习和预测是这种互联网络实现生命体特征的重要技术支撑:通过整合运行数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等,进行大数据分析、负荷预测、发电预测,打通并优化电力生产和电力消费端的运作效率,需求和供应将可以进行随时的动态调整。智能发电、用电、储电设备,最终都将接入网络,借助信息流,形成自我优化的良性循环。

  电力大数据的三种商业应用模式

  对接智能电网优化需求响应也就是通过将能源生产、消费数据与内部智能设备、客户信息、电力运行等数据结合,充分挖掘客户行为特征,提高能源需求预测准确性,发现电力消费规律,提升企业运营效率效益。

  对于电网企业来说,这个模式能够提高企业经营决策中所需数据的广度与深度,增强对企业经营发展趋势的洞察力和前瞻性,有效支撑决策管理。

  能源数据综合服务平台

  该模式通过建设一个分析与应用平台,集成能源供给、消费、相关技术的各类数据,为包括政府、企业、学校、居民等不同类型参与方提供大数据分析和信息服务。该模式中,电网企业具有资金、技术、数据资源等方面优势,具备成为综合服务平台提供方的条件。

  支撑智能化节能产品研发

  该模式主要将能源大数据、信息通讯与工业制造技术结合,通过对能源供给、消费、移动终端等不同数据源的数据进行综合分析,设计开发出节能环保产品,为用户提供付费低、能效高的能源使用与生活方式。

  以智能家居产品为例,该模式既可为居民用户提供节能降费服务以及快捷便利的用户体验,也可对能源企业尤其是电力企业改善用户侧需求管理、减少发电装机等方面发挥作用。正在美国走向普及的智能电表也是一例,它具有电量结算功能,在整个电网范围内标识售电商和用户,可通过更换芯片更换售电商。该模式中,电网企业不一定具备产品研发优势,但可利用电力数 据采集与分析方面的优势,既可通过与设备制造商合作改进用户需求侧管理,也可通过共同参与研发并在产品销售中获取收益。

  小结

  与其说是大数据为智能电网、能源互联网的建设提供的机遇,还不如说是,智能电网、能源互联网的发展,必然依赖大数据技术的发展和应用。是能源产业本身的发展变革必然面对大数据的采集、管理和信息处理的挑战。因此,大数据技术,不仅仅是能源产业某个技术环节所需要的专门性的技术,而是组成整个能源互联网的技术基石。将全面影响到电网的规划、技术的变革、设备升级、电网改造,以及设计规范、技术标准、运行规程乃至市场营销政策的统一等方方面面,它支撑的正是整个未来新结构的精细化能量管理的电力。

 

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