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售電、能源大數(shù)據(jù)與能源互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)

售電能源大數(shù)據(jù) 互聯(lián)網(wǎng)

俞慶 | 2016-10-11 10:25

【數(shù)據(jù)猿導(dǎo)讀】在一個(gè)容量有限的微網(wǎng)或者局域的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)里，較難精確預(yù)測(cè)的負(fù)荷波動(dòng)、天氣的快速變化導(dǎo)致分布式光伏出力大幅變化、電力市場(chǎng)現(xiàn)貨價(jià)格快速波動(dòng)、大量智能化設(shè)備投運(yùn)帶來(lái)的潛在故障增加等等，這是傳統(tǒng)大電網(wǎng)-大電源架構(gòu)沒(méi)有遇到過(guò)的

售電、能源大數(shù)據(jù)與能源互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)

（一）能源互聯(lián)網(wǎng)背后的演化邏輯

從信息論的角度看，大數(shù)據(jù)具有天然的互聯(lián)網(wǎng)特性，而互聯(lián)網(wǎng)特性的顛覆性，并不僅僅在于它拉平了信息鴻溝，誕生了基于互聯(lián)網(wǎng)的新商業(yè)模式，更重要的是：大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)代表了人類(lèi)對(duì)物理-信息世界的新的認(rèn)知模式。

包括電網(wǎng)管理在內(nèi)的傳統(tǒng)管理理念是基于大生產(chǎn)-大計(jì)劃-社會(huì)化分工體系建立的，現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)大生產(chǎn)管理的認(rèn)知基礎(chǔ)在于：未來(lái)的社會(huì)、市場(chǎng)、經(jīng)濟(jì)變化是可以被精確預(yù)測(cè)的，即使不能預(yù)測(cè)，其變化也是在常規(guī)預(yù)測(cè)范圍內(nèi)的。這種基于精確預(yù)測(cè)與估計(jì)的規(guī)劃，決定了現(xiàn)代企業(yè)管理自頂向下的決策和設(shè)計(jì)過(guò)程，以及由此所確立的高確定性資源計(jì)劃管理，其產(chǎn)品形態(tài)始終是漸進(jìn)式演化的，簡(jiǎn)而言之是一種機(jī)械性的思維模式，這種思維模式并不是不好，只是它適合于緩慢變化的市場(chǎng)。

而互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)和市場(chǎng)格局，就像生物生存的自然環(huán)境一樣，存在巨大的不確定性，能源互聯(lián)網(wǎng)所面臨的環(huán)境也是一樣的紛繁變化，在一個(gè)容量有限的微網(wǎng)或者局域的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)里，較難精確預(yù)測(cè)的負(fù)荷波動(dòng)、天氣的快速變化導(dǎo)致分布式光伏出力大幅變化、電力市場(chǎng)現(xiàn)貨價(jià)格快速波動(dòng)、大量智能化設(shè)備投運(yùn)帶來(lái)的潛在故障增加等等，這是傳統(tǒng)大電網(wǎng)-大電源架構(gòu)沒(méi)有遇到過(guò)的。而互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的演化形態(tài)，則為能源互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，那就是針對(duì)高度不確定的未來(lái)，通過(guò)多目標(biāo)多尺度的自適應(yīng)，以柔性、自組織的動(dòng)態(tài)方式，通過(guò)多分支的快速迭代和概率演算，去獲得最優(yōu)的生存機(jī)會(huì)。就像繁衍速度很慢的恐龍無(wú)法在毀滅性氣候中勝過(guò)繁衍和迭代速度極快的嚙齒類(lèi)動(dòng)物，互聯(lián)網(wǎng)一直強(qiáng)調(diào)的快速迭代和柔性適應(yīng)，也是能源互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)業(yè)務(wù)形態(tài)和技術(shù)形態(tài)最重要的一種可能。

（二）能源互聯(lián)網(wǎng)的信息與能量關(guān)系

未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)，從技術(shù)形態(tài)上，很有可能類(lèi)似于生物群落的組織方式，就是自底向上的形成自洽的能源局域網(wǎng)、網(wǎng)間網(wǎng)和廣域網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)間都存在大量的能量和信息交換。

如上圖所示：未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)可能由若干自洽的能源局域網(wǎng)，以及局域網(wǎng)之間的能源區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，以及更高一級(jí)的協(xié)調(diào)中心/交易中心構(gòu)成。每個(gè)能源局域網(wǎng)可能是一個(gè)用戶(hù)側(cè)的微網(wǎng)、或者是園區(qū)級(jí)的微網(wǎng)；而能源區(qū)域網(wǎng)絡(luò)可以是用戶(hù)間的微網(wǎng)，或者是園區(qū)間、區(qū)域級(jí)的微網(wǎng)，甚至未來(lái)的能源局域網(wǎng)可以走出能源網(wǎng)絡(luò)物理邊界的限制，在虛擬電廠-虛擬負(fù)荷-虛擬網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，形成虛擬的能源網(wǎng)絡(luò)，就像電信技術(shù)的VPN一樣。

（三）能源互聯(lián)網(wǎng)與微網(wǎng)

未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)，就像現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一樣，由多層次多尺度的各種微網(wǎng)相互連接而形成，如下圖所示.

能源互聯(lián)網(wǎng)

左圖說(shuō)明了各個(gè)級(jí)別的微網(wǎng)，在構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)的層次和尺度關(guān)系，即從下往上分別是用戶(hù)內(nèi)部微網(wǎng)、用戶(hù)間/園區(qū)級(jí)微網(wǎng)、園區(qū)間/區(qū)域級(jí)微網(wǎng)、城市級(jí)配網(wǎng)。網(wǎng)內(nèi)自洽和自愈，網(wǎng)間相互耦合，構(gòu)成更大范圍的上一級(jí)自洽。

右圖說(shuō)明了邏輯結(jié)構(gòu)的微網(wǎng)形態(tài)，最下面是各類(lèi)邏輯部件，包括負(fù)荷、儲(chǔ)能/EV、更低一級(jí)的輸配網(wǎng)絡(luò)、分布式能源，它們通過(guò)能源網(wǎng)絡(luò)、配網(wǎng)或者微網(wǎng)相互連接，相關(guān)的能源數(shù)據(jù)集中到網(wǎng)內(nèi)的測(cè)控層或者數(shù)據(jù)層，支撐上層的高級(jí)應(yīng)用。這些高級(jí)應(yīng)用包括充放策略、交易代理、輔助決策、負(fù)荷平滑、需求響應(yīng)等等，更重要的是，這些應(yīng)用是基于外部實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)而做出的，實(shí)現(xiàn)技術(shù)-經(jīng)濟(jì)性多目標(biāo)的最優(yōu)化，這比目前所實(shí)踐的單純追求技術(shù)層面穩(wěn)定、可靠的微網(wǎng)控制策略要更為復(fù)雜。

各個(gè)級(jí)別微網(wǎng)構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示：

自底向上，分別是設(shè)備層、微網(wǎng)層、區(qū)域微網(wǎng)層和云端決策層，底層設(shè)備包括智能設(shè)備和帶有適配器的非智能設(shè)備，通過(guò)數(shù)據(jù)接口耦合到微網(wǎng)中，微網(wǎng)之間通過(guò)水平協(xié)調(diào)和同一級(jí)的其他微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，并通過(guò)垂直協(xié)調(diào)機(jī)制與上一級(jí)微網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，再往上則是區(qū)域級(jí)微網(wǎng)或者能源自治域，與云端決策層或者更高級(jí)的協(xié)調(diào)中樞通過(guò)垂直接口進(jìn)行交互。

（四）從云到端再到云端

從交互和控制的角度看，由于能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)復(fù)雜度，單純的設(shè)備層智能化，不能解決大規(guī)模廣域協(xié)調(diào)的問(wèn)題，而把所有計(jì)算資源都放到云端，也不能解決能源互聯(lián)網(wǎng)就地平衡和實(shí)時(shí)控制的需求，所以未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)該呈現(xiàn)出云-端多層次協(xié)調(diào)控制的形態(tài)，也就是從云計(jì)算，到端計(jì)算，最終云-端混合協(xié)調(diào)。如下圖所示：

售電

而從某種意義上看，現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上也是一種云-端混合計(jì)算的結(jié)構(gòu)，比如目前作為端計(jì)算主力的智能手機(jī)，擁有不差的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)的就地交互，而在云端則實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算和交互，并且與手機(jī)端實(shí)現(xiàn)協(xié)作。

（五）未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的B2M商業(yè)模型展望

個(gè)人認(rèn)為，未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的核心應(yīng)該是機(jī)器，而不是人，因?yàn)閺哪茉瓷a(chǎn)、輸配、控制到末端的能源利用，實(shí)際上都是由機(jī)器來(lái)完成的，人只是局部的參與了運(yùn)行維護(hù)，并且享受能源利用的成果，隨著機(jī)器智能程度的加深，人對(duì)于能源系統(tǒng)的干預(yù)可能會(huì)越來(lái)越少。

而從機(jī)器的視角去理解能源互聯(lián)網(wǎng)，與從人的視角去理解的互聯(lián)網(wǎng)，可能就會(huì)看到完全不同的場(chǎng)景。

下面我們舉個(gè)最常見(jiàn)的設(shè)備，一臺(tái)15kW的交流電機(jī)，如果從管理的視角去理解，它無(wú)非是一臺(tái)價(jià)值3000元左右的低值設(shè)備，即使在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，也不會(huì)得到太多的關(guān)注。但是從機(jī)器的視角去理解，雖然這臺(tái)設(shè)備本身價(jià)值不高，但是按照每年8000小時(shí)的運(yùn)行時(shí)數(shù)，每度電0.7元計(jì)算，每年的能耗費(fèi)用是8萬(wàn)元左右，按照10年的壽命計(jì)算，全生命周期的能耗是80萬(wàn)，這就是個(gè)非常巨大的數(shù)字了，雖然付電費(fèi)的是人，但是消耗能源費(fèi)用的是設(shè)備本身。

從設(shè)備視角去理解，則這臺(tái)耗能設(shè)備需要提高運(yùn)行效率以降低成本，這就涉及到設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障分析、保養(yǎng)、以及合適的運(yùn)行控制；而從能源互聯(lián)網(wǎng)的角度去理解，這臺(tái)負(fù)載設(shè)備如果智能化水平提升，還能參與負(fù)荷預(yù)測(cè)、負(fù)荷響應(yīng)、甚至與各類(lèi)儲(chǔ)能設(shè)備聯(lián)合參與運(yùn)行。

機(jī)器智能化水平提升，就需要這類(lèi)啞終端設(shè)備通過(guò)適配器，實(shí)現(xiàn)與能源網(wǎng)絡(luò)的能量和信息交換，也就是變成信息物理系統(tǒng)（CPS）的一個(gè)信息物理節(jié)點(diǎn)。而從降本增效的角度上看，未來(lái)隨著電價(jià)市場(chǎng)化水平的提升，這樣一臺(tái)年電費(fèi)8萬(wàn)元以上的設(shè)備，是完全具備智能化的可能的。

所以從這個(gè)案例我們可以推論，未來(lái)以機(jī)器智能為主要目標(biāo)的微網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，其商業(yè)形態(tài)將不同于以消費(fèi)者為核心的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，未來(lái)將是B2B（企業(yè)對(duì)企業(yè)）和M2M（機(jī)器對(duì)機(jī)器）互相融合的時(shí)代，可以被稱(chēng)作B2M的時(shí)代。

也就是在供給側(cè)，由售電公司或者能源服務(wù)公司，通過(guò)能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)和能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用架構(gòu)，以智能化的企業(yè)端服務(wù)，提供能源產(chǎn)品（水電熱氣等），以及各類(lèi)能源服務(wù)產(chǎn)品。在消費(fèi)側(cè)，則呈現(xiàn)出能源微網(wǎng)+信息物理系統(tǒng)+各類(lèi)源荷儲(chǔ)的智能化設(shè)備相互交互的形態(tài)。供給側(cè)和消費(fèi)側(cè)共同構(gòu)成了能源互聯(lián)網(wǎng)B2M的商業(yè)圖景，并且在電力市場(chǎng)化的格局下不斷朝著降低成本和提升效率的方向提升。而這才是真正具有市場(chǎng)意義的能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

來(lái)源：環(huán)球表計(jì)

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