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售电、能源大数据与能源互联网的未来

[日期:2016-10-12] 来源:环球表计  作者: [字体: ]

  (一)能源互联网背后的演化逻辑

  从信息论的角度看,大数据具有天然的互联网特性,而互联网特性的颠覆性,并不仅仅在于它拉平了信息鸿沟,诞生了基于互联网的新商业模式,更重要的是:大数据和互联网代表了人类对物理-信息世界的新的认知模式。

大数据

  包括电网管理在内的传统管理理念是基于大生产-大计划-社会化分工体系建立的,现代工业社会大生产管理的认知基础在于:未来的社会、市场、经济变化是可以被精确预测的,即使不能预测,其变化也是在常规预测范围内的。这种基于精确预测与估计的规划,决定了现代企业管理自顶向下的决策和设计过程,以及由此所确立的高确定性资源计划管理,其产品形态始终是渐进式演化的,简而言之是一种机械性的思维模式,这种思维模式并不是不好,只是它适合于缓慢变化的市场。

  而互联网时代的商业竞争和市场格局,就像生物生存的自然环境一样,存在巨大的不确定性,能源互联网所面临的环境也是一样的纷繁变化,在一个容量有限的微网或者局域的能源互联网架构里,较难精确预测的负荷波动、天气的快速变化导致分布式光伏出力大幅变化、电力市场现货价格快速波动、大量智能化设备投运带来的潜在故障增加等等,这是传统大电网-大电源架构没有遇到过的。而互联网产业的演化形态,则为能源互联网带来可借鉴的经验,那就是针对高度不确定的未来,通过多目标多尺度的自适应,以柔性、自组织的动态方式,通过多分支的快速迭代和概率演算,去获得最优的生存机会。就像繁衍速度很慢的恐龙无法在毁灭性气候中胜过繁衍和迭代速度极快的啮齿类动物,互联网一直强调的快速迭代和柔性适应,也是能源互联网未来业务形态和技术形态最重要的一种可能。

  (二)能源互联网的信息与能量关系

  未来的能源互联网,从技术形态上,很有可能类似于生物群落的组织方式,就是自底向上的形成自洽的能源局域网、网间网和广域网。网内和网间都存在大量的能量和信息交换。

售电、能源大数据与能源互联网的未来

  如上图所示:未来的能源互联网可能由若干自洽的能源局域网,以及局域网之间的能源区域网络,以及更高一级的协调中心/交易中心构成。每个能源局域网可能是一个用户侧的微网、或者是园区级的微网;而能源区域网络可以是用户间的微网,或者是园区间、区域级的微网,甚至未来的能源局域网可以走出能源网络物理边界的限制,在虚拟电厂-虚拟负荷-虚拟网络的基础上,形成虚拟的能源网络,就像电信技术的VPN一样。

  (三)能源互联网与微网

  未来的能源互联网,就像现在的计算机网络一样,由多层次多尺度的各种微网相互连接而形成,如下图所示

售电、能源大数据与能源互联网的未来

  左图说明了各个级别的微网,在构成能源互联网时的层次和尺度关系,即从下往上分别是用户内部微网、用户间/园区级微网、园区间/区域级微网、城市级配网。网内自洽和自愈,网间相互耦合,构成更大范围的上一级自洽。

  右图说明了逻辑结构的微网形态,最下面是各类逻辑部件,包括负荷、储能/EV、更低一级的输配网络、分布式能源,它们通过能源网络、配网或者微网相互连接,相关的能源数据集中到网内的测控层或者数据层,支撑上层的高级应用。这些高级应用包括充放策略、交易代理、辅助决策、负荷平滑、需求响应等等,更重要的是,这些应用是基于外部实时电价信号而做出的,实现技术-经济性多目标的最优化,这比目前所实践的单纯追求技术层面稳定、可靠的微网控制策略要更为复杂。

  各个级别微网构成能源互联网的逻辑结构如下图所示:

售电、能源大数据与能源互联网的未来

  自底向上,分别是设备层、微网层、区域微网层和云端决策层,底层设备包括智能设备和带有适配器的非智能设备,通过数据接口耦合到微网中,微网之间通过水平协调和同一级的其他微网系统进行协调,并通过垂直协调机制与上一级微网进行协调,再往上则是区域级微网或者能源自治域,与云端决策层或者更高级的协调中枢通过垂直接口进行交互。

  (四)从云到端再到云端

  从交互和控制的角度看,由于能源互联网的技术复杂度,单纯的设备层智能化,不能解决大规模广域协调的问题,而把所有计算资源都放到云端,也不能解决能源互联网就地平衡和实时控制的需求,所以未来的能源互联网,应该呈现出云-端多层次协调控制的形态,也就是从云计算,到端计算,最终云-端混合协调。如下图所示:

售电、能源大数据与能源互联网的未来

  而从某种意义上看,现在的互联网实际上也是一种云-端混合计算的结构,比如目前作为端计算主力的智能手机,拥有不差的计算能力,实现人-机的就地交互,而在云端则实现大量数据的存储、计算和交互,并且与手机端实现协作。

  (五)未来能源互联网的B2M商业模型展望

  个人认为,未来能源互联网的核心应该是机器,而不是人,因为从能源生产、输配、控制到末端的能源利用,实际上都是由机器来完成的,人只是局部的参与了运行维护,并且享受能源利用的成果,随着机器智能程度的加深,人对于能源系统的干预可能会越来越少。

  而从机器的视角去理解能源互联网,与从人的视角去理解的互联网,可能就会看到完全不同的场景。

  下面我们举个最常见的设备,一台15kW的交流电机,如果从管理的视角去理解,它无非是一台价值3000元左右的低值设备,即使在工业现场,也不会得到太多的关注。但是从机器的视角去理解,虽然这台设备本身价值不高,但是按照每年8000小时的运行时数,每度电0.7元计算,每年的能耗费用是8万元左右,按照10年的寿命计算,全生命周期的能耗是80万,这就是个非常巨大的数字了,虽然付电费的是人,但是消耗能源费用的是设备本身。

售电、能源大数据与能源互联网的未来

  从设备视角去理解,则这台耗能设备需要提高运行效率以降低成本,这就涉及到设备的状态监测、故障分析、保养、以及合适的运行控制;而从能源互联网的角度去理解,这台负载设备如果智能化水平提升,还能参与负荷预测、负荷响应、甚至与各类储能设备联合参与运行。

  机器智能化水平提升,就需要这类哑终端设备通过适配器,实现与能源网络的能量和信息交换,也就是变成信息物理系统(CPS)的一个信息物理节点。而从降本增效的角度上看,未来随着电价市场化水平的提升,这样一台年电费8万元以上的设备,是完全具备智能化的可能的。

  所以从这个案例我们可以推论,未来以机器智能为主要目标的微网和能源互联网技术应用,其商业形态将不同于以消费者为核心的互联网时代,未来将是B2B(企业对企业)和M2M(机器对机器)互相融合的时代,可以被称作B2M的时代。

售电、能源大数据与能源互联网的未来

 

  也就是在供给侧,由售电公司或者能源服务公司,通过能源大数据平台和能源互联网应用架构,以智能化的企业端服务,提供能源产品(水电热气等),以及各类能源服务产品。在消费侧,则呈现出能源微网+信息物理系统+各类源荷储的智能化设备相互交互的形态。供给侧和消费侧共同构成了能源互联网B2M的商业图景,并且在电力市场化的格局下不断朝着降低成本和提升效率的方向提升。而这才是真正具有市场意义的能源互联网应用。





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