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智能电网面临大数据处理的挑战(1)

[日期:2014-04-09] 来源:科技博客  作者: [字体: ]

  前言

  正好这段时间自己正肩负着某企业智能电网大数据应用机会探索的使命,在考虑大数据在智能电网中的应用机会的科研选题的问题。就将思考的过程记录到博客里吧。一次不可能写完,就分多次连续进行吧。参加博文比赛是一个分享和交流的好机会,希望得到专家们的指点。

  一. 智能电网不是为大数据而大数据

  大数据作为一个划时代的技术概念逐渐得到各行各业的战略管理和信息化人士的认可。大数据时代是否真的要来?什么时候来临?已经不是大家谈论的主要问题了,取而代之的是,大家已经在开始畅想大数据时代到底会用怎样的方式来临了。从电力行业来说,大数据和智能电网的不期而遇,到底能撞出什么样的火花,实际也是当前正在进行的一个热点大话题。

  然而,举目四望,目前能看到的,大家能谈到的,大多只是从大数据和智能电网各自表面整体特征上所进行的,空对空的概念撮合。真正涉及到深层次的、通过对大数据技术对整个电力行业的价值规律的变革性影响的探讨而引申出来的,具有重大意义和实在逻辑价值关系的应用机会,却寥寥无几。

  什么是所谓的“具有重大意义和实在逻辑价值关系的应用机会”呢?其中的“重大意义”必定是某种对传统电力行业价值链模式的变革性的突破,而“实在逻辑价值关系”则意味着需要清晰展现突破后的电力行业价新值链模式到底是怎样的,必须让人清晰地能看到在新价值链模式下,大数据技术是怎么帮助我们抓住旧模式下小数据技术条件下无法取得的、具有重大价值的机会,和解决在旧模式下无法解决的、重大而实在的问题的?而不是让人误解为,只是为了大数据而大数据,为了管理大数据而制造大数据,或纯粹是为了管理大数据而增添管理大数据的资产。

  例如:为了表达智能电网数据量将十分巨大的问题,文献[1]提到,只要智能电表采集数据的时间间隔从15分钟提高到1秒钟,1万台智能电表采集的用电信息的数据就从32.61GB提高到114.6TB,由此推断我们现有的数据管理的方式将不能适应大数据条件下的数据管理需求。而关键的问题却是:我们为什么要“将智能电表采集数据的时间间隔从15分钟提高到1秒钟”?这样做,除了能给我们提出更高的数据管理的要求,还能让智能电网带来什么革命性的新价值呢?

  再例如,为了突出大数据在节能降损方面的作用,文献[1]也只是给出了结论性的描述:“电力大数据具有无磨损、无消耗、无污染、易传输的特性,并可在使用过程中不断精炼而增值,可以在保障电力用户利益的前提下,在电力系统各个环节的低耗能、可持续发展方面发挥独特而巨大的作用。”这里的”可以“,从字面所表达的逻辑含义来理解,是:因为电力大数据有前者诸于此类的,其实是大小数据都有的数据上的特性,所以就可以发挥后者的巨大的业务上的作用。而这里真正的需要清晰表达的正确逻辑则是:是什么样的大数据取代了现有的什么小数据,具有与现在的小数据所不具备的什么特征,而这些特征正是可以用来降低电力系统的各个环节能耗的、必要的、业务上的特征。只有真正找到这样的例证,才能不给人空对空的概念撮合的感觉。

  二. 在顶层价值链模型上一眼就看到的问题

  如果一门技术真的是对人类社会具有革命性的价值的话,我们就一定能找到这项技术是如何迎合其应用领域内的原有价值链上的问题点和机会点的。而且,只要找到这些可能的问题点或机会点,我们就能对其应用价值做出实际的判定。所以,我们可以从对人类电力行业有史以来的价值链上的问题和机会做些分析开始,来寻找大数据技术所能带来的变革性的机遇。

  电力系统将自然界的各种原始能量,转化为人类社会持续发展的经济体系所需的,易于传送和操控的电能,人类社会经济体系运行维持着人类技术和文明的进步,人类技术和文明的进步则更有利于人类将更多的自然界中混乱的无组织的物质和能量,转化为人类社会中有序的有组织的物质和能量。这便是电网的顶层价值链模型。

  这个人类运行才不到200年的价值链模型,出了什么严重的问题了吗?以至于人类就迫切需要对运转这个价值链的系统进行重大改造了?

  是的!因为运转这个价值链模型的能源基础主要是化石能源,而化石能源正面临不可逆转的枯竭。现有的电网是在化石能源相对丰富的情况下,粗放地运行这个价值链模型的系统。在常规能源即将枯竭,电力行业顶层价值链将出现断链,也将带来人类文明进步的价值链断链的危险,人类不得不建立新的能量运转系统。新的能量运转系统不仅要实现精细的能量运行和使用的管理,而且要更广泛大量地吸纳非化石能源进行转化,这意味着电力行业顶层价值链模型面临迫切的转型和升级的要求。这便是现有电网在顶层价值链模型上面临的最严重,最紧迫的问题。其他的所有问题,都或多或少地可最终归结到这个问题之上,或与这个问题相比起来,会显得是那么地微不足道。

  三. 能源危机的严重性出乎大多数人的意外

  化石能源和非化石能源的区别从某种意义上来讲,就是将它们转换为可用电能的容易程度的区别。化石能源是地球用了其有生以来积攒在生物化石中的太阳能,相当于地球帮人类完成了太阳能的初步转化,从最原始的太阳能的形式来说,相比起来,将化石能转化成为电能,人类只是做了其中轻松的最后一步。而目前化石能正逐渐走向枯竭,人类需要将同样多的太阳能一次性转化为电能,相当于是要找到一种新方式,替代地球形成化石能量的方式,而且还要用相对无比短暂的时间来聚集同样多的太阳能。可见,这个任务无疑是十分艰巨的。这好比一个人的消费水平已经发展到了一个月就能消费掉他的祖祖辈辈辛苦劳动所积累的财富的程度,现在,到月底了,这个人又不能降低自己的消费水平,所以,他现在必须要让自己赚钱的速度赶上祖祖辈辈积累的财富总量给他的消费速度。

  在化石能源相对丰富的时期,由于电能的转化相对易得,人类对电能的转运和消费的方式上,不存在精细管理的需求,存在比较大量的无效损耗和能力的浪费。就好比一个人祖上积累了大量的财富,不用自己辛苦劳动去获得,于是养成了大手大脚的浪费奢侈的消费习惯一样。如今化石能源逐渐枯竭,要实现等量新能源的电能转换难度极高,人类还维持在粗放的能量运行管理的模式下,无疑是加速了危机的到来。所以,精细化的能量运行和使用的管理也成为了迫切的需求。这就好比现在赚钱本来就比以前难多了,花钱当然也就需要更加精打细算起来。

  四. 新能源的消纳难题与智能电网的解决方案

  全球性的能源危机使得人类逐渐将以风能,光伏能和生物能等可再生能源纳入电能转换的供应源。这些新能源的一个普遍的特点就是出力不稳定,具有随机性的问题,新能源同时也存在地理位置分布和用电负荷的分布不均衡,季节周期不匹配的问题。而传统电网主要是为消纳可稳定出力的能源而设计的,从电源结构、电网结构、调度运行甚至经营管理等各方面来说,经过长期的积累已经形成相对稳定的模式,这种结构模式的变化不是一朝一夕就能做到的。解决这些问题需要从电网规划、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多方面进行系统性的、周期性的协同变革。不按客观规律的盲目的大干快上新能源电源项目,最终只能使新能源发电设备的利用小时达不到预期目标,加剧新能源电能消纳的现实困难。

  西方主要发达国家提出智能电网的概念本身,就是认识到传统电网的根深蒂固的结构模式,是无法大规模适应新能源的消纳的需求的,必须经过一个系统化的结构性的变革,将传统电网在使用中进行升级,既要完成传统电源模式的供用电,又要逐渐适应未来分布式能源的消纳需求,电网本身的这种变革的过程,也是一个需要精心计划和准备,逐步实施的需要智慧的过程。也正是因为电网的这种从少量集中的大主力电源进行远距离大容量输送电方式为主的电网结构,需要演变为以大数量分散的小容量和微容量电源为主,就地生产就地协同消化的送用电方式为主的电网结构,智能技术的应用,才成为突出的要求。如果不使用智能化的控制和管理的技术,电网结构就不可能完成这样的结构变迁,而不完成这样的结构变迁,人类大规模消纳新能源的愿望就会成为泡影。

  智能电网所需的智能技术,应该以帮助传统电网尽快进行结构的变迁为目标进行应用而得到发展。网络化,微型化,海量化将是适应这种结构变迁的显著的电网设备所需的技术特征;相比之下,片面追求高电压,大容量,远距离的单体化,大型化,集约化则应该是反其道而行之的,至少是应该被抑制的特征。这便是智能技术适应电网发展需求的本源,也是智能电网为消纳新能源在整体上必须采用的策略。电网设备和用电设备的普遍小型化,智能化,必定带来电网运行控制信息的急剧增长,承载这些信息的数据量出现爆发式的增长也就是必然的趋势,因此,采集,管理这些数据也将成为智能电网必须承担的任务。大数据和智能电网的必然联系因此建立。

  所以,与其说是大数据为智能电网的建设提供的机遇,还不如说是,智能电网的发展,必然依赖大数据技术的发展和应用。是智能电网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,不仅仅是智能电网某个技术环节所需要的专门性的技术,而是组成整个智能电网的技术基石。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系统。





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