能源互聯(lián)網(wǎng)讓新能源為主體的清潔能源體系成為可能
互聯(lián)網(wǎng)不僅在生活和工作中得到了廣泛的應用,未來在能源體系上也將發(fā)揮著重要的作用。人類的生存和發(fā)展離不開能源,目前的電網(wǎng)絡上也已經(jīng)加上了一層信息網(wǎng)。
在物聯(lián)網(wǎng)概念已被炒得火熱的今天,大家似乎很少提到一個已經(jīng)存在了上百年,并且已經(jīng)深深嵌入城市和家庭每個角落的大網(wǎng)——電網(wǎng)。這個網(wǎng)絡不僅將所有的發(fā)電及用電設備連接起來,還須保證發(fā)電量和用電量時刻保持平衡。這就意味著,像打開一盞燈這樣的一個簡單動作,也可能引發(fā)千里之外電網(wǎng)發(fā)電端的一次微小調(diào)整。
這個網(wǎng)絡之所以讓大家覺得很遙遠,是因為在大多數(shù)情況下,它都是單向的:我們只是電力的純消費者,電網(wǎng)與人們的聯(lián)系好像只有每月的電費賬單,而電網(wǎng)背后的復雜運行機制和普通消費者并沒有直接聯(lián)系。而這一切即將被蓬勃發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)以及隨之而來的能源行業(yè)的變革所打破。
新能源和傳統(tǒng)能源相比,除了大家已經(jīng)熟知的綠色無污染的優(yōu)點外,還具備另外兩大特征:分散性和不穩(wěn)定性。在新能源的發(fā)展先驅(qū)地德國,隨處可見的屋頂光伏發(fā)電設備和分散在田間路旁的風力發(fā)電機所輸出的電力,就像無數(shù)的涓涓細流一樣匯入廣闊的電網(wǎng)。2016 年,以風能和太陽能為代表的新能源發(fā)電在德國電力的生產(chǎn)比例已經(jīng)超過 30%。
與傳統(tǒng)能源主要被大型發(fā)電集團控制不同,德國大部分的新能源發(fā)電設備都屬于個人或小業(yè)主。對于電網(wǎng)來說,這一變化所帶來的影響是革命性的。前面已經(jīng)提到,為了維持電網(wǎng)的穩(wěn)定,發(fā)電量和用電量必須保持平衡。過去,這種平衡主要是通過調(diào)節(jié)發(fā)電端的發(fā)電量來實現(xiàn)的,而當分散在全國各個角落且不可控的新能源發(fā)電所占的比例越來越高的時候,這一調(diào)節(jié)方式就越來越難以為繼了。
2016 年 5 月 8 日,德國出現(xiàn)了歷史性的一刻,在幾個小時的時間里,德國的新能源發(fā)電總量(主要是風能和太陽能)居然達到接近其用電總量95% 的高峰,這就意味著,整個德國在這幾個小時里幾乎全由風能和太陽能驅(qū)動!
當然,這一現(xiàn)象具有一定的偶然性:首先是天氣的完美配合,即德國北部(風電集中)的強勁風力和德國南部(太陽能集中)的充沛陽光同時出現(xiàn);其次,當天是一個周日,德國的整體用電量相比工作日來說有所降低。而對于整個能源市場來說,這一偶然事件所引發(fā)的連鎖反應卻幾乎顛覆了整個市場結(jié)構(gòu),即電價由正常的3 歐分 / 千瓦時 跌至最低 –32 歐分 / 千瓦時,這就意味著在這幾個小時內(nèi),用電居然還可以賺錢!
導致這一不可思議的現(xiàn)象發(fā)生的原因是:在德國,雖然能源的交易已經(jīng)全面市場化,但由于德國能源法保障可再生能源必須全額上網(wǎng),因此新能源的發(fā)電量越大,留給其他傳統(tǒng)能源的份額就越小。電作為商品的特殊性就在于其生產(chǎn)和消費必須即時進行,存儲的代價極大。而傳統(tǒng)能源由于設備運轉(zhuǎn)的需求,發(fā)電量有一個最低極限值,所以當傳統(tǒng)能源的發(fā)電份額被新能源擠到低于其最低發(fā)電量時,就必須通過補貼的方式,將多余的發(fā)電量賣出去,以免威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定,這才造就了這一“負電價”現(xiàn)象。
能源行業(yè)的變革需要信息技術的支撐
從上面這個德國電力市場負電價的例子可以看出,雖然從全年來看,新能源發(fā)電量只占發(fā)電總量的1/3,但由于新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性,在某些時間點,新能源的發(fā)電量將可能遠遠超出平均水平,這將給電網(wǎng)和電力市場帶來巨大沖擊。如果不能解決這一問題,新能源的進一步發(fā)展將受到極大的限制,而這正是信息技術可以大顯身手的痛點。
首先是解決由新能源的分散性所帶來的發(fā)電量的不可控問題。正如叫車軟件滴滴打車將在路上盲目“掃街”的出租車司機有序地組織起來一樣,利用信息技術同樣可以將分散的新能源發(fā)電單元協(xié)調(diào)組織起來,形成一個大型的虛擬電場。這一領域已經(jīng)涌現(xiàn)了很多初創(chuàng)公司,代表企業(yè)是德國的Next Kraftwerke 公司,其目前已經(jīng)接入4000 多個 新能源發(fā)電單元,總體發(fā)電功率已經(jīng)達到2.7 吉瓦(GW),相當于一個大型火電站的發(fā)電能力。它的運行模式是在每個發(fā)電單元安裝一個 叫作“NextBox”(下一個盒子)的通信和控制組件,Next Box 通過一 個專門的加密GPRS(通用分組無線服務)信道與中央服務器相連,一方面將發(fā)電單元的實時數(shù)據(jù)傳送到中央服務器,另一方面接收服務器的控制指令,這樣就可以對電網(wǎng)以及電力市場進行實時響應。它的商業(yè)模式是:一方面可以將小型發(fā)電單元打包成大型發(fā)電廠,從而直接進入電力市場進行交易,獲得更高的電價;另一方面可以利用自己的快速響應能力,為電網(wǎng)提供調(diào)峰服務,從而獲得進一步的收益。
其次是解決新能源發(fā)電不穩(wěn)定的問題,基本可以分為三個技術方向。第一個方向是運用信息技術對新能源的發(fā)電量進行預測,從而通過電力市場機制提前對未來新能源的發(fā)電量做出相應反應,避免電網(wǎng)出現(xiàn)大的波動。歐洲電力市場根據(jù)交易與實際電力交付的時差可分為遠期(Future)市場、日前(Day-ahead)市場、日間(Intra-day)市場 以及平衡(Balancing)市場。遠期市場可以交易未來數(shù)月甚至數(shù)年的電力,日前市場是在實際電力交付前一天進行交易,日間市場則是在當天提前數(shù)小時進行交易,而平衡市場是為了維持電網(wǎng)的穩(wěn)定以 15 分鐘為單位進行的交易。
針對歐洲電力市場的要求,法國初創(chuàng)公司Steadysun根據(jù)不同的預測周期和精度為太陽能發(fā)電量預測提供了一個三級系統(tǒng),它們分別是: SteadyMet、SteadySat 和 SteadyEye。第一級系統(tǒng)SteadyMet 主要基于氣象模型和太陽能發(fā)電單元的歷史運行數(shù)據(jù),并綜合運用智能學習算法,提供未來幾天的太陽能發(fā)電量預測,主要可用于日前市場交易。第二級系統(tǒng)SteadySat 在此基礎上加入了每小時更新1~4 次的實時衛(wèi)星圖片信息,從而能夠比較準確地預測太陽能發(fā)電單元被云層遮蓋的程度,可以提供對最多6 小時后的太陽能發(fā)電量的更精確預測,主要可用于日間市場交易,并及時對第一級系統(tǒng)的預測誤差進行修正,從而減少損失。第三級系統(tǒng)SteadyEye 則可以提供對未來15 分鐘發(fā)電量的精確預測,它通過在太陽能發(fā)電單元附近加裝一個觀察云層運動的攝像頭,捕捉云層的運動軌跡,再通過對云層運動的物理建模,實現(xiàn)對云層遮蓋非常精確的預測,主要用于實時電網(wǎng)的穩(wěn)定控制。
在風能發(fā)電量預測方面,比較有特色的是德國的初創(chuàng)公司Enercast,它開發(fā)了基于云端智能算法的發(fā)電量預測服務。預測算法可以分為兩個部分。第一部分是對氣象參數(shù)的預測。由于影響風力發(fā)電機發(fā)電量的氣象參數(shù)非常多,如風速、風向、空氣密度、濕度、氣壓等,為了綜合各氣象模型和氣象信息,Enercast 推出了 ensemble engine(集成引擎),它將各種不同的氣象信息和模型融合起來,并根據(jù)特定風電場的歷史觀測數(shù)據(jù),通過自學習算法來設定它們的權(quán)重,從而獲得最優(yōu)的預測效果。第二部分是基于氣象參數(shù)的發(fā)電量預測。對于風能發(fā)電來說,不僅是眾多的氣象參數(shù),甚至周圍的地形和附近的其他風力發(fā)電機都會對發(fā)電量產(chǎn)生不同程度的影響,因此用傳統(tǒng)的物理建模預測方法很難進行精確預測。Enercast 公司推出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的風力發(fā)電量預測算法,它首先使用歷史數(shù)據(jù)(包含氣象參數(shù)和特定風力發(fā)電機的發(fā)電量),對人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練,然后再由人工神經(jīng)網(wǎng)絡基于第一部分的氣象參數(shù)預測得到發(fā)電量預測,并且在運行過程中持續(xù)地將實測數(shù)據(jù)反饋回神經(jīng)網(wǎng)絡以進行迭代訓練,從而不斷提升預測精度以及持續(xù)跟蹤風力發(fā)電機本身運行狀態(tài)的變化。
對于前面提到的像NextKraftwerke 公司這樣的虛擬電廠運營商來說,由于電力交易需要提前進行,新能源發(fā)電量的預測服務是不可或缺的。甚至對于傳統(tǒng)能源發(fā)電企業(yè)來說,新能源發(fā)電量的預測服務也越來越重要——它不僅可以避免前文提到的負電價的出現(xiàn),而且根據(jù)預測,如果未來幾天的電價由于新能源電力的大量涌入而降到成本以下,那么傳統(tǒng)能源發(fā)電企業(yè)就可以提前適當減少發(fā)電量以避免虧損。
第二個技術方向是通過用電端的主動調(diào)整來適應新能源的不確定性。在工業(yè)用電方面,有很多工業(yè)流程是可以在一定范圍內(nèi)靈活調(diào)整對電力的使用而并不影響最終產(chǎn)品質(zhì)量的。在挖掘這方面的潛力上,比利時的初創(chuàng)公司 REstore 在冶金、造紙、化工等很多工業(yè)領域已經(jīng)獲 得了上百家客戶。REstore 的商業(yè)模式從對每個客戶的用電特性進行分析開始,據(jù)此量身定制電力調(diào)節(jié)方案,比如在哪些時間段可以減少多大比例的用電量。當這些工業(yè)企業(yè)在電網(wǎng)發(fā)電端供應不足時(如新能源發(fā)電量較低時),便會在REstore 信息系統(tǒng)的指揮下,調(diào)低相應的用電負荷。而當電網(wǎng)發(fā)電端供應過大時,則開足用電負荷。在整個過程中,REstore 不收取任何費用,只通過參與電網(wǎng)穩(wěn)定控制[也就是前文 提到的電力平衡(Balancing)市場交易],從客戶獲得的額外收益中抽取一定比例的傭金。對電網(wǎng)來說,主動參與電網(wǎng)穩(wěn)定控制的用電企業(yè)越多,需要準備的備用發(fā)電能力就越少,相應的整體發(fā)電成本也會隨之降低。可以說,REstore 塑造了一個多贏的格局。
第三個技術方向是通過儲能設備在新能源發(fā)電量大的時候儲存電力,在發(fā)電量小的時候輸出電力。這是補償新能源不穩(wěn)定性最有效的方式,隨著新能源發(fā)電份額的不斷上升,大規(guī)模儲能將不可或缺。
2017 年 2 月 15 日,澳大利亞南澳地區(qū)發(fā)生的大停電事故,部分原因就是新能源發(fā)電量低于預期,同時電網(wǎng)又缺乏足夠的儲備發(fā)電能力,而這已經(jīng)是南澳地區(qū)在幾個月內(nèi)發(fā)生的第三起大停電事故了。針對這一挑戰(zhàn),特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體推特(Twitter)上公開宣稱,他們有能力在100 天的時間內(nèi)安裝100 兆瓦時(Mwh)的電池儲能設備,從而完全解決南澳地區(qū)的電網(wǎng)穩(wěn)定性問題,并許諾如果不能在100 天內(nèi)完成,將免費提供所有電池儲能設備。這個聽上去有些自信心爆棚的宣言引起了澳大利亞官方的積極回應,并最終促成了澳大利亞總理馬爾科姆·特恩布爾(Malcolm Turnbull)和馬斯克的會面。馬斯克的底氣來自2017 年 1 月在美國加州落成的特斯拉電池儲能項目,它用3 個月時間建成了可以為15 000 個家庭提供數(shù)小時電能的電能存儲設備。加州陽光充沛,白天的光伏發(fā)電充足,甚至常常超過需求,但到了晚上仍需要用傳統(tǒng)的燃氣發(fā)電來補充電力供應。2015 年加州發(fā)生的燃氣泄漏事故,不斷加強的環(huán)保要求,以及即將關停核電站的計劃,都促使政府不得不尋求另外的解決方案,而電池儲能可以很好地滿足這一需求,即可以將白天富余的太陽能電力存儲起來以便夜間使用。
除了大規(guī)模集中使用的場景,電池儲能技術目前也出現(xiàn)了以家庭電池儲能為核心,綜合了家庭光伏發(fā)電和家庭智能能源管理的商業(yè)模式。由于新能源發(fā)電的分散性,分布式的家庭儲能是未來非常有希望的解決方案。將這種模式帶入公眾視野的仍然是特斯拉公司,它于 2015 年發(fā)布了家庭電池能量墻(Powerwall Home Battery)。不過,這個領域目前的實際領跑者是德國的初創(chuàng)公司Sonnen,它占據(jù)了全球家庭光伏儲能市場將近1/4 的份額,并于2016 年成功獲得了包含中國遠景能源參與的新一輪融資。Sonnen 首先以解決家庭屋頂光伏應用對儲能的需求為切入點:由于光伏發(fā)電的高峰是白天,而家庭的用電高峰卻在晚上,因此發(fā)電和用電高峰之間存在錯位,即使將白天的電力出售給電網(wǎng),晚上再由電網(wǎng)供電,也仍然要支付由電網(wǎng)成本導致的出售價格低于買入價格的價差。而通過家庭儲能則可以將白天的光伏電力存儲起來留待晚上使用,這樣就能顯著降低家庭的電費支出。
在此基礎上,Sonnen 還在它的儲能系統(tǒng)上進一步集成了家庭智能能源管理系統(tǒng),目前它最多可與三臺家庭用電系統(tǒng)(如洗衣機、烘干機等)相連接,在有富余光伏電力的情況下,會首先啟動這些設備進行工作,從而在一定程度上降低對儲能電池容量的需求。
另一方面,Sonnen 公司的儲能系統(tǒng)還可以將富余的儲存能力用于為電網(wǎng)提供穩(wěn)定控制服務,從而獲得進一步的收益。針對沒有光伏發(fā)電設備的家庭,Sonnen 公司提供了“Sonnen 社區(qū)”(Sonnen community) 的商業(yè)模式,通過安裝Sonnen 的儲能系統(tǒng),用戶可以獲 得長達10 年的每年2 000 度的免費用電額度,超出這個額度之后,用戶還可享受優(yōu)惠電價,這樣節(jié)省下來的電費就遠遠超過了購買儲能系統(tǒng)的成本。一方面,這使得用戶可以擁有更多的存儲能力,另一方面,這些用戶的用電需求又使得連入Sonnen 儲能系統(tǒng)的光伏發(fā)電單元的富余電力有了新的變現(xiàn)渠道,由于跳過了中間環(huán)節(jié),不管是發(fā)電端還是用電端,都可以獲得更好的電價。目前,Sonnen 公司正在將這一模式進一步推廣到風能和生物質(zhì)能領域。
對于電網(wǎng)來說,Sonnen 的儲能系統(tǒng)一方面減輕了家庭光伏發(fā)電和家庭用電錯位所帶來的調(diào)峰壓力,另一方面還可以將富余的存儲能力“打包”成一個大的蓄能池,可以有效地補償新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性。未來,這一商業(yè)模式還可以擴展到目前正在如火如荼發(fā)展的電動汽車行業(yè)。
在儲能應用這一全新的維度上,相對于傳統(tǒng)燃油汽車,電動汽車具有顛覆性的優(yōu)勢。對于家用車來說,其實全天大部分時間都處于非工作狀態(tài)。在這些時間里,連入電網(wǎng)的電動汽車電池就有可能作為電網(wǎng)的儲能部件,參與電網(wǎng)控制,所獲得的收益可以在很大程度上攤薄電動汽車的電池成本。
為了充分發(fā)掘電動汽車的儲能功能,首先需要升級電動汽車的充電系統(tǒng)。目前,大部分的電動汽車只有單向的充電功能,因此也只能提供單向的儲能能力,即通過智能充電軟件控制電動汽車,在電網(wǎng)負荷較小時(如夜間)進行充電。這一領域未來的發(fā)展方向是進一步改進電動汽車的充電和電池系統(tǒng),使電力能夠?qū)崿F(xiàn)雙向流動,從而更好地發(fā)揮其作為電網(wǎng)儲能元件的作用。日本三菱公司已率先推出帶有充放電功能的電動汽車,德國寶馬公司也在積極測試相關技術與產(chǎn)品。
其次,我們還需要考慮對分散的電動汽車進行協(xié)調(diào)控制的問題。前面提到的 Next Kraftwerke 公司和 Sonnen 公司的基于信息技術的解決方案可以非常方便地擴展到這一領域中。未來,只要用戶輸入一個出行計劃,電動汽車的智能管理系統(tǒng)就可以自動生成一個最優(yōu)的充放電程序,在保證電動汽車運行所需電量的前提下,將剩余的存儲能力連入“虛擬電廠”,從而為用戶獲得最大收益。
另一方面,電動汽車的電池作為儲能部件的壽命,甚至遠遠大于它為電動汽車工作的壽命,由于電網(wǎng)儲能對電池性能的要求遠遠低于電動汽車,因此當電動汽車的電池容量衰減到一定程度時,雖然無法滿足電動汽車續(xù)航里程的要求,但可以繼續(xù)為電網(wǎng)儲能服務。目前,德國汽車行業(yè)的領軍企業(yè)寶馬公司和博世公司就正在德國漢堡合作建設一個新型儲能項目,它被命名為“電動汽車電池的第二生命”,這個項目以從寶馬牌電動汽車上退役的電池為基礎,重新設計并組合成一個 26 米長、6 米寬的儲能大電池,未來它將為德國北部不斷增加的風能發(fā)電份額提供電網(wǎng)調(diào)節(jié)服務。這同時也意味著,通過對退役電動汽車電池的再利用,可以進一步降低電動汽車的整體成本。
電池儲能技術雖然有非常多的優(yōu)點,但由于其較高的成本以及能量衰減率,主要適用于短期電力調(diào)峰的應用場景,并且需要和其他儲能技術相配合。目前,世界各國都在爭相研究各種針對不同地理、環(huán)境條件的儲能技術。
首先是以抽水蓄能為代表的大型儲能電站,它是歷史最悠久的儲能技術,其優(yōu)點是能夠大規(guī)模、長時間地儲存電力,缺點是對環(huán)境資源的要求較高。為了適應快速增長的儲能需求,德國政府正在想方設法地提高抽水蓄能能力,其中一個很有創(chuàng)意的方案是對老工業(yè)區(qū)已經(jīng)廢棄的煤礦的重新利用。由于礦井常常有數(shù)百米深且面積很大的地下空間,經(jīng)過改造,可以在電力富余時將水從礦井底部抽到地面,在電力不足時將水回流到礦井底部并同時產(chǎn)生電能。
在海上風能蓬勃發(fā)展的大背景下,德國的弗朗霍夫研究所(Fraunhofe Institute for Production Technology)正在開發(fā)深水儲能技術, 它的基本原理是將一個大型蓄能裝置沉入大約200 米深的海底,利用海上風力發(fā)電所產(chǎn)生的電能將水從蓄能裝置中抽出,在需要輸出電能時,讓水在海底巨大壓力的推動下,重新進入蓄能裝置并發(fā)電。目前,研究人員已完成了對模型樣機(體積縮小比例為1∶10)的測試,由于未來海上風能將為歐洲提供相當份額的能源供應,深水儲能裝置將有很好的應用前景。
在陸上風能的應用場景中,蓄水儲能也可以和風能進行深度融合。德國正在建設一個新型陸上風場,它將風機的基礎部分直接設計成了一個幾十米高的蓄水庫,而風機的主體結(jié)構(gòu)則建立在這個蓄水庫上面。與一般的風機基礎相比,這相當于將風機抬高了幾十米。在一般情況下,由于風速與高度呈正比,因此這會在很大程度上增加風機的發(fā)電量,而這部分額外的收益將來可以抵銷修建蓄水庫的成本。多個風機的蓄水庫之間還可以互相連接,共同構(gòu)成一個與風場緊密結(jié)合的蓄水儲能系統(tǒng),從而有效地平衡風力發(fā)電的不確定性。
其他的大規(guī)模儲能方案還有壓縮空氣、電解水形成氫氣等。由于現(xiàn)在沒有哪一種儲能技術可以“一家通吃”,因此未來的儲能系統(tǒng)也必然是由數(shù)量眾多,地理上非常分散,內(nèi)部機理也各不相同的儲能單元構(gòu)成,它們適用的場景和相應的成本存在很大的差異,這就需要一套非常完善的信息系統(tǒng)對各個儲能單元進行協(xié)調(diào)控制,以發(fā)揮它們的最大效能。
能源系統(tǒng)的重構(gòu)將帶來基于信息技術的新商業(yè)模式
隨著新能源份額的不斷提升,能源系統(tǒng)未來將逐漸被重構(gòu)。未來的能源系統(tǒng)將主要由分散的發(fā)電單元、分散的用電單元以及分散的儲能單元構(gòu)成,同一個節(jié)點還可能具有多重角色。比如,一個裝有家庭光伏發(fā)電設備和電池儲能設備(或電動汽車)的家庭,就同時具備發(fā)電、用電和儲能的所有角色功能。這與當初互聯(lián)網(wǎng)將大眾從單一的信息接收者,變?yōu)榧婢甙l(fā)起者與接收者的雙重角色非常像。未來,這樣的新型能源節(jié)點將為信息技術的廣泛應用和大量新商業(yè)模式的涌現(xiàn)提供非常肥沃的土壤。
比如,方興未艾的區(qū)塊鏈技術未來就很有可能改變傳統(tǒng)的電力交易模式。未來電網(wǎng)的交易首先將由單向變?yōu)殡p向,比如前面提到的裝有家庭光伏發(fā)電設備或其他儲能設備的家庭,它們既是能源的消費者,也是能源的生產(chǎn)者或電網(wǎng)服務的提供者。其次,電網(wǎng)交易主體的數(shù)量將空前增加,每個家庭,甚至每臺聯(lián)入電網(wǎng)的電動汽車都將是一個交易主體。這些交易主體的規(guī)模都很小,而且很分散,甚至是可移動的。另一方面,就像前面提到的,電網(wǎng)需要在每一時刻都維持動態(tài)平衡,同一度電或同一容量的儲能服務在不同的時間和地點,其價值是不一樣的,因此如果按照傳統(tǒng)的交易方式,將會產(chǎn)生很大的交易成本,這是大量小規(guī)模的交易主體所無法承受的。而區(qū)塊鏈作為一種去中心化的交易手段,未來將很有希望為能源互聯(lián)網(wǎng)提供基礎交易服務。
在這一方向上,美國初創(chuàng)公司TransActiveGrid (交互式電網(wǎng)) 于 2016 年推出了基于區(qū)塊鏈技術的個人電力交易平臺,它使得用戶可以非常方便地將多余的屋頂光伏電力賣給周圍的鄰居,而無須跟每位買家簽訂條款煩瑣的合同。德國能源巨頭Innogy 公司聯(lián)合初創(chuàng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)Slock.it 推出了基于區(qū)塊鏈的電動汽車充電服務 “Blockcharge”,用戶無須與電力公司簽訂任何供電合同,只需下載一個手機應用程序,并完成用戶驗證,即可在Innogy 廣布歐洲的充電樁上進行充電,電價由后臺程序自動根據(jù)當時與當?shù)氐碾娋W(wǎng)負荷情況實時確定。由于采用了區(qū)塊鏈技術,整個充電和電價優(yōu)化過程是完全可追溯和可查詢的,因此極大地降低了信任成本。這一模式可以非常方便地擴展到分屬各國不同電力公司的充電樁上,甚至是私人電動樁上。在德國,私人充電裝置的數(shù)量是公用充電樁的10 倍,Blockcharge 的升級版將這些資源也納入服務范圍,只要在私人充電裝置上安裝一個嵌有信息收集芯片的插頭,就可以非常方便地接入Blockcharge 的服務網(wǎng)絡,這一模式將進一步促進電動汽車的快速普及。
能源信息安全不可或缺
在將各種信息技術引入能源領域的同時,信息安全問題也日漸成為能源行業(yè)的重大課題。由于能源是日常生活的必需品,它對安全的要求也相應是最高的。在過去相當長的時間里,大家對能源信息安全的討論還僅僅停留在理論階段,直到2015 年 12 月 23 日。當時,烏克蘭的電力信息系統(tǒng)受到惡意攻擊,黑客利用軟件漏洞侵入電力系統(tǒng)控制程序,切斷了近20 萬戶居民家中的電力供應,持續(xù)長達數(shù)小時之久,這對于正在嚴冬中苦熬的烏克蘭居民來說無異于一場災難。這樣的惡性攻擊在2016 年再次上演,攻擊對象依然是烏克蘭,黑客再次成功地侵 入電網(wǎng)輸電控制系統(tǒng),只是這次攻擊所產(chǎn)生的影響比2015 年的要小一些。
在接連出現(xiàn)重大事故之后,能源信息系統(tǒng)的安全問題得到了非常廣泛的關注。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的設計充分考慮了各種隨機發(fā)生的自然災害(如臺風)的影響,卻對系統(tǒng)性的惡意攻擊缺乏足夠的抵抗力。為應對可能的危機,北美電力穩(wěn)定組織(NERC)已制定了相應的行業(yè)法規(guī),提出了對電力信息系統(tǒng)安全保護的具體要求,并組織了對電力系統(tǒng)的模擬攻擊,以驗證安全等級。但目前,這些保護措施只考慮了大型骨干輸電網(wǎng)絡和設備,對于連接千家萬戶的小型配電網(wǎng)絡和設備并不適用,而2015 年針對烏克蘭的攻擊事件恰恰發(fā)生在跟大家生活緊密相關的小型配電網(wǎng)絡領域。未來,各種新能源發(fā)電設備將導致電網(wǎng)布局更加分散,使電力信息安全管理更加困難,但對于信息安全技術來說,這同樣意味著廣闊的市場空間。未來,每家每戶都可能需要安裝能源系統(tǒng)軟件防火墻,就像現(xiàn)在的家用電腦防火墻一樣。
結(jié)語
以上提到的信息技術解決方案和商業(yè)模式只是未來能源變革大風口的冰山一角,新能源發(fā)展的先驅(qū)德國正在如火如荼地執(zhí)行著它的能源轉(zhuǎn)型計劃,希望把目前新能源占能源生產(chǎn)總量30% 的份額進一步提 升到2030 年的50%,以及2050 年的80%。中國的“十三五”規(guī)劃也將目標設定為,到2020年將新能源裝機容量提升到35%。而信息技術將會在未來的能源體系中發(fā)揮基礎性作用,將可預測且可控的分布式新能源與可即時響應的工業(yè)和家庭用電、儲能單元相串聯(lián),其實就是在目前的電力網(wǎng)絡上加了一層信息網(wǎng)。這兩張網(wǎng)之間的智能交互就構(gòu)成了能源互聯(lián)網(wǎng),它將使得未來構(gòu)建以新能源為主體的清潔能源體系成為可能。
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