能源互聯(lián)網(wǎng)和電力大數(shù)據(jù)解決方案
能源行業(yè)是第三次工業(yè)革命的引領(lǐng)者,智能電網(wǎng)是“互聯(lián)網(wǎng)+”的具體體現(xiàn),“互聯(lián)網(wǎng)+”必將給電網(wǎng)帶來技術(shù)應(yīng)用、服務(wù)模式、發(fā)展理念等方面的變化。
“互聯(lián)網(wǎng)+能源”意味著互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的結(jié)合,借鑒互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展電網(wǎng)核心技術(shù),能夠加強用戶體驗感,促進價值共享,打破行業(yè)發(fā)展邊界,提高能源利用效率,實現(xiàn)真正意義上的能源資源共享,構(gòu)建和諧的能源網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。能源互聯(lián)網(wǎng)將是未來電網(wǎng)發(fā)展的特征。
未來的能源管理是以能源互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ),以“保證區(qū)域能源可靠供應(yīng),實現(xiàn)區(qū)域能源協(xié)調(diào)供給”為目標,并以電能為支撐,綜合冷、熱、電、熱水等多種分布式能源,構(gòu)建“源―網(wǎng)―荷”互動的區(qū)域型能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。它能夠建立合理的能源分配與節(jié)能策略,降低用能開支,保障能源的持續(xù)可靠供應(yīng),確保終端用能安全,實現(xiàn)區(qū)域多種能源協(xié)調(diào)控制和綜合能效管理。
能源互聯(lián)網(wǎng)
能源互聯(lián)網(wǎng)是以現(xiàn)有電網(wǎng)為基礎(chǔ),利用新型清潔能源與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過微網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)能源存儲與共享的多級分布式開放系統(tǒng)。
其借鑒了現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的層次劃分方法,將網(wǎng)絡(luò)共分為4個層次。在以傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)保證能源傳輸轉(zhuǎn)移的電網(wǎng)潮流層之上,網(wǎng)絡(luò)通信層和信息融合層將利用現(xiàn)代化“信息打包”技術(shù),最終將能源與信息標記為最基本的能量信息流,以供余能交易層消費與收納。
若以互聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)相比較,能源互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信層以保證網(wǎng)絡(luò)傳輸通信為目的,組成了能源互聯(lián)網(wǎng)最基本的“路由層”,以保證余能交易層實體間信息通信與能量轉(zhuǎn)移。
在能源互聯(lián)網(wǎng)中,路由層和余能交易層功能分別對應(yīng)實體“能源路由器”的路由轉(zhuǎn)發(fā)功能和“微電網(wǎng)”的能源選擇與交易。
其中,微網(wǎng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的基本組成單元,通過新能源的采集、轉(zhuǎn)換、匯集、存儲、消納形成最基本的“能源局域網(wǎng)”。在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中,微網(wǎng)將作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的 “微商”,驅(qū)動著能源互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的發(fā)展;能源路由器以保障能源信息高效安全轉(zhuǎn)移為目標,實現(xiàn)規(guī)范化、軟件可定義化的能源信息路由控制系統(tǒng),是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心控制單元。
國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞在2015年2月3日出版了《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》一書,受到業(yè)界很多官員和院士的高度評價,包括一些省委書記和省長都在極度贊揚。劉總暢想:全球能源互聯(lián)網(wǎng)將是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架(通道),以輸送清潔能源為主導(dǎo),全球互聯(lián)泛在的堅強智能電網(wǎng)。將由跨國跨洲骨干網(wǎng)架和涵蓋各國各電壓等級電網(wǎng)的國家泛在智能電網(wǎng)構(gòu)成,連接“一極一道”和各洲大型能源基地,適應(yīng)各種分布式電源接入需要,能夠?qū)L(fēng)能、太陽能、海洋能等清潔能源輸送到各類用戶,是服務(wù)范圍廣、配置能力強、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源配置平臺,也是實施“兩個替代”的關(guān)鍵。
這里說的“二個替代”是至清潔能源對化石能源的替代,以及電能對其他能源的替代。“一極一道”是指風(fēng)能豐富的北極地區(qū)和光能豐富的赤道附近地區(qū)。顯而易見,這一能源互聯(lián)網(wǎng)是基于工業(yè)思維追求規(guī)模效益的認識,與我們所說的“因地制宜、因需而設(shè)、就地取材、就近供能、自下而上、參與互動”的互聯(lián)網(wǎng)思維下的能源互聯(lián)網(wǎng)是完全逆向的思維能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
(1)可再生能源作為主要能源廉價供應(yīng),并合理聯(lián)網(wǎng)調(diào)度、利用
以數(shù)據(jù)形式存在于信息互聯(lián)網(wǎng)上的信息,其實是非常廉價且可以挖掘的,但是,能源互聯(lián)網(wǎng)的主要載荷–能量,卻只能從自然界中開采。而且還存在著成本高(相比信息而言)等等問題。
所以要滿足互聯(lián)網(wǎng)的特點,要保障精心構(gòu)建的“能源互聯(lián)網(wǎng)”有米下鍋,必須讓它能消化基本“無窮盡”供應(yīng)的風(fēng)能、太陽能等。
但由于這些渠道的能量供應(yīng)有非常強的隨機性、間斷性和模糊性。目前將它們成功的并入電網(wǎng),或用其他形式高效利用起來,還是一件很困難的事情。
當然這更是環(huán)境保護、節(jié)能減排方面的需要。
平臺依靠PC、智能移動設(shè)備的等個人接入者,在信息互聯(lián)網(wǎng)接入者的數(shù)量上占絕大多數(shù);IT業(yè)者用幾十年時間構(gòu)建了一套由通訊協(xié)議、路由器、交換機、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器等等一系列軟硬件設(shè)施組成的龐大系統(tǒng),是人類文明迄今為止最偉大的成就之一。
能源互聯(lián)網(wǎng)想要達到這樣的運轉(zhuǎn)效率,需要的技術(shù)準備只多不少:比如需要一個極強的信息流處理能力,用來預(yù)測和監(jiān)視消費者的需求變化、極端不穩(wěn)定的能量生產(chǎn)供應(yīng)變化;同時它還要指揮相應(yīng)的能量調(diào)配部門完成上載與下載能源的分流與整合等等。數(shù)據(jù)和習(xí)慣都是超大規(guī)模的。
然后,還需要一個極強的能量流處理能力。以智能電網(wǎng)為例,設(shè)想中,它需要7*24小時完成功率以億千瓦計的電流變、輸、配調(diào)節(jié),而且還必須滿足實時的供需平衡(由電能特性決定)。還要再引入分布式清潔能源和市場競爭兩個超復(fù)雜的變量。
(3)類似互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源共享實現(xiàn)
信息互聯(lián)網(wǎng)的一大魅力就在于它能夠打破地域的限制,因為信息傳輸?shù)拈T檻和成本都相對較低。
但當我們開始依靠現(xiàn)有的技術(shù)輸送能量的時候,損耗問題就相當嚴重了。于是人們不得不考慮手段來降低損耗,這些方法要么單位成本極高(如直接運輸,這個過程本身就要消耗大量的燃料),要么建設(shè)成本和科研成本極高(如特高壓輸電技術(shù))。
(4)能源的移動互聯(lián)實現(xiàn)
移動互聯(lián)是目前互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的一個重要趨勢,但是類比到能量上,就完全是另一回事了。
可以便攜的能量轉(zhuǎn)換裝置,要么效率太低(如內(nèi)燃機),要么太貴且用起來麻煩(如燃氣機),要么就是我們“喂不飽”(如電機);儲能問題是老生常談的老大難; 無線充電技術(shù)雖然在已經(jīng)能夠給很多小的智能設(shè)備充電了,但是大規(guī)模應(yīng)用上仍然問題多多,最簡單的一問:那么多電磁能量散播到空間里,輻射誰受得了?
電動汽車,它的航程、方便性和可靠性等等,真能和同價位傳統(tǒng)的汽油車一比了么?
能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)案例:C3能源分析引擎平臺
美國C3energy公司以自行研發(fā)的C3數(shù)據(jù)集成器(C3DataIntegrator)為基礎(chǔ),整合來自公用事業(yè)公司內(nèi)部和其他第三方的超過22種數(shù)據(jù),包括公用事業(yè)公司擁有的儀表數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù),第三方或用戶的建筑物特性、企業(yè)運營情況、地理信息數(shù)據(jù)等,形成自己的分析引擎 ――C3EnergyAnalyticsEngine,提供電網(wǎng)實時監(jiān)測和即時數(shù)據(jù)分析。
C3能源分析引擎平臺 (C3EnergyAnalyticsEngine)將多個分散電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲在云平臺上,與工業(yè)標準、天氣預(yù)報、樓宇信息、持久協(xié)議和其他外部的數(shù)據(jù)相結(jié)合;基于該平臺開發(fā)了3個分析工具,分別是C3電網(wǎng)分析(C3EnergyGridAnalytics)、C3石油天然氣分析 (C3EnergyOil&GasAnalytics)和C3用戶分析(C3EnergyCustomerAnalytics),以及多個應(yīng)用 APP。
C3電網(wǎng)分析主要服務(wù)于供應(yīng)側(cè)的諸如公用事業(yè)公司、調(diào)度機構(gòu)、輸配電公司等智能電網(wǎng)擁有者、操作者、使用者,用于電網(wǎng)運營中降低成本、預(yù)測并應(yīng)對系統(tǒng)故障、掌握用戶耗能情況等。C3電網(wǎng)分析逐步形成了智能儀器控制、資產(chǎn)保護、預(yù)測性維護、需求響應(yīng)分析、負荷預(yù)測等10種成熟的解決方案。
C3電力用戶分析工具是雙向的,一方面面向公共事業(yè)公司,幫助其了解用戶用能情況,合理設(shè)計需求響應(yīng)方案,提供能源投入冗余分析、能耗基準點、電力用戶空間視圖等服務(wù)類應(yīng)用;另一方面通過公共事業(yè)公司授權(quán)面向用戶,用戶可以借此進行能耗管理,響應(yīng)需求管理,調(diào)整自己的能耗安排。
所有解決方案的數(shù)據(jù)結(jié)果均會被C3分析引擎可視化,供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的使用者都可以通過C3提供的軟件界面直觀地看到這些結(jié)果,他們也可以通過C3直接進行操作。
由于C3主要面向公用事業(yè)公司提供云平臺和軟件服務(wù),合作一旦達成,相當于C3要成為該公用事業(yè)公司管轄范圍內(nèi)電網(wǎng)的一個“全方位管家”――從輸電線到變電站到終端用戶的儀表,以及該區(qū)域電網(wǎng)歷史記錄統(tǒng)統(tǒng)都要納入風(fēng)險管理。這就決定了每一項合作的展開一定會是長時間、大規(guī)模的。所開發(fā)的系統(tǒng)已在美國的巴爾的摩燃氣電力公司(BGE)、太平洋燃氣電力公司、東北電力公司(NortheastUtilities)等投入應(yīng)用Opower通過消費數(shù)據(jù)分析用戶用電行為。
美國的Opower公司是于2007年創(chuàng)辦的一家能源數(shù)據(jù)分析公司。Opower與電氣公司合作,獲取家庭消費者的能源使用數(shù)據(jù),為電氣公司提供面向消費群體的節(jié)能方案,包括通過移動端推送能源賬單,群發(fā)節(jié)能貼士類郵件,提供管控家用恒溫器的軟件服務(wù)等等。
Opower 引以為傲的是它的云平臺以及數(shù)據(jù)整合能力。它從所服務(wù)的公用事業(yè)公司取得大量的家庭能耗數(shù)據(jù),整合行為科學(xué)理論、房齡信息、周邊天氣等,運用自己的軟件系統(tǒng)進行用能分析,建立家庭耗能檔案,并通過綜合分析提出節(jié)能建議。Opower幫助售電公司發(fā)送給用戶電力賬單,通過個人歷史比較、鄰里比較來激發(fā)用戶節(jié)能的意愿。這種方式讓用戶看到自己的電費在下降的時候,對環(huán)保的售電公司滿意度不斷增長。同時,Opower又幫助售電公司進行需求側(cè)響應(yīng),發(fā)送短信給用戶勸其避免在電力高峰時刻進行洗衣、制冷等高耗能活動。對于售電公司來說,這樣一個通知系統(tǒng)簡單粗暴、無需任何硬件設(shè)備,卻在美國實現(xiàn)了3%的負荷轉(zhuǎn)移。
和其他以“智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)”、“云處理”為噱頭的創(chuàng)新型公司比起來,成立時間僅比Facebook晚3年、比Twitter晚1年的Opower,更具互聯(lián)網(wǎng)公司的氣質(zhì)――關(guān)心用戶卷入和粘性、注重個性化,把能源領(lǐng)域里往往最容易被忽視的家庭小用戶作為了自己開疆拓土的方向。
AutoGrid通過能源分析優(yōu)化需求管理
AutoGrid是由前斯坦福大學(xué)智能電網(wǎng)研究室負責(zé)人AmitNarayan創(chuàng)辦的服務(wù)于電力、能源行業(yè)的大數(shù)據(jù)公司,坐落在舊金山,不到50名員工,卻匯集了來自復(fù)雜系統(tǒng)工程設(shè)計優(yōu)化、通信、互聯(lián)網(wǎng)、電力等不同領(lǐng)域的經(jīng)驗。
AutoGrid 可以幫助電網(wǎng)各端匹配電力供應(yīng)和需求,降低電網(wǎng)各端的成本。AutoGrid的客戶覆蓋發(fā)電端、輸電端、配電端、用戶,通過建立能源數(shù)據(jù)平臺 (EnergyDataPlatform,EDP)平臺,收集并處理其客戶接入智能電網(wǎng)的智能儀表等設(shè)備的數(shù)據(jù),面向其客戶或合作方提供需求響應(yīng)優(yōu)化及管理系統(tǒng)(DemandResponseOptimizationandManagementSystemDROMS),實現(xiàn)實時資源預(yù)測、資源優(yōu)化、自動需求響應(yīng)、客戶通知引擎和事后分析等功能。單個DROMS集群每天可以產(chǎn)生數(shù)以億計的能源消費的預(yù)測數(shù)據(jù)。
AutoGrid還可以提供客戶供能范圍內(nèi)的整體能耗圖景,而且是一個大規(guī)模的、動態(tài)的、不間斷的能耗圖景。基于EDP和DROMS,配電企業(yè)(AutiGrid的客戶)可以更好的進行電力控制。當數(shù)據(jù)不斷被累積,AutoGrid就能提供秒前、分鐘前甚至周前的用電預(yù)測,可以幫助電力企業(yè)客戶實現(xiàn)不影響舒適度和生產(chǎn)率情況下優(yōu)化排產(chǎn)計劃。
對于發(fā)電企業(yè)的客戶來說,AutoGrid可以預(yù)測發(fā)電情況和電網(wǎng)負荷,實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度。對用電企業(yè)的客戶而言,AutoGrid可以預(yù)測用電量,結(jié)合電價信息,進行需求響應(yīng)(DemondResponse)。
AutoGrid配電公司、公用事業(yè)公司有著良好的聯(lián)系。這種面向供應(yīng)側(cè)的公司相對更有優(yōu)勢,畢竟供應(yīng)側(cè)的目標(客戶)數(shù)量比起需求側(cè)動輒幾百萬、幾千萬的耗能用戶要少很多且更加集中。了解公用事業(yè)公司和配電公司的需求,才能更有效地提高能源利用率。
AutoGrid 這家成立不到四年的公司,憑借其PB級的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測能力,打動了歐洲最大的能源企業(yè)E.ON,成為其投資者之一,E.ON還使用AutoGrid的能源數(shù)據(jù)平臺來了解電網(wǎng)實時運營狀態(tài)、更好地與用戶互動。AutoGrid還受到微軟的青睞,在今年2月,微軟和AutoGrid合作,以AutoGrid 的能源數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ),使得MicrosoftAzure云平臺可以服務(wù)電力和能源企業(yè)。AutoGrid高調(diào)地宣稱,希望讓大數(shù)據(jù)成為一種新的能源。 AutoGrid的自信源于,電力行業(yè)的大數(shù)據(jù)市場將持續(xù)增長且創(chuàng)造巨大價值。
法國電力公司(EDF)基于大數(shù)據(jù)的分析預(yù)測
作為全球領(lǐng)先的電力基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)提供商,法國電力公司(EDF)非常重視大數(shù)據(jù)在企業(yè)運營分析管理中的作用,通過設(shè)立專業(yè)機構(gòu)、完善數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、增強分析能力,不斷發(fā)掘數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值,為企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型與服務(wù)升級提供有效的決策支撐。
目前全法已經(jīng)安裝3500萬智能電表,電表產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將在5-10年內(nèi)達到PB級。智能電表采集的主要是個體家庭的用電負荷數(shù)據(jù)。以每個電表每10分鐘抄表一次計算,3500萬智能電表每年產(chǎn)生1.8萬億次抄表記錄和600TB壓縮前數(shù)據(jù);每天產(chǎn)生5億次抄表記錄,和大約2TB的抄表數(shù)據(jù)。這些電表數(shù)據(jù),結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、用電合同信息及電網(wǎng)數(shù)據(jù),構(gòu)成了法國電力的大數(shù)據(jù)。
法國電力以用戶用電負荷曲線的海量存儲和處理為突破口,利用大數(shù)據(jù)技術(shù),形成了能夠支撐在規(guī)定延遲內(nèi)的復(fù)雜、并行處理能力并搭建了大數(shù)據(jù)存儲架構(gòu),以此為基礎(chǔ)構(gòu)建了分布式數(shù)據(jù)發(fā)生器CourboGen系統(tǒng),用于生成用戶用電負荷曲線及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。其中數(shù)據(jù)接入的接入形式包括批處理或數(shù)據(jù)流兩種;數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括時間同步、異常數(shù)據(jù)檢測及修正,以及改變數(shù)據(jù)表達形式等;數(shù)據(jù)處理包括按區(qū)域的指標計算、賬單模擬、商業(yè)智能BI等。
能源互聯(lián)網(wǎng)的展望
能源互聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)區(qū)域能源管理的末端“神經(jīng)元”,它可以通過在分布式發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、用電設(shè)備等環(huán)節(jié)部署各類能效監(jiān)測終端、控制器、環(huán)境傳感器、視頻監(jiān)控等采集控制單元,實現(xiàn)發(fā)電、用電、環(huán)境及安全數(shù)據(jù)的實時采集。
在能源互聯(lián)網(wǎng)的推動下,智能用電將得到普及,電力將實現(xiàn)智能化應(yīng)用。未來的電力客戶,包括個人客戶、工業(yè)客戶等,與電網(wǎng)的關(guān)系將是互動關(guān)系。一方面,客戶與電網(wǎng)之間的積極互動對提高用電能效非常有幫助,對電網(wǎng)的能效平衡也起到關(guān)鍵的作用。另一方面,客戶的生活方式和生活品質(zhì)將得到改變和提高。隨著智能用電的推廣,手機作為客戶終端也成為智能用電的工具,可以實現(xiàn)能效分析、用電查詢、電費交納、家電控制、與電網(wǎng)互動等功能。隨著以億計客戶的綁定關(guān)注,電力客戶服務(wù)端將產(chǎn)生其他附加價值。
“互聯(lián)網(wǎng)+用電=智能用電”。智能用電可實現(xiàn)3個10%:能效水平提升10%;用電降低10%;削峰填谷 10%。智能用電是用技術(shù)手段引導(dǎo)客戶消費行為,為客戶提供能效服務(wù),使得客戶合理用能,明顯提升能效管理水平,實現(xiàn)“節(jié)能+智能”。在這種趨勢下,客戶與電網(wǎng)的互動將變成現(xiàn)實,電器智能化使用水平也將得到普及。
未來,“互聯(lián)網(wǎng)+電力服務(wù)”會催生新的服務(wù)模式,電力服務(wù)模式將產(chǎn)生明顯變化,移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的方式會得到普及,客戶與電網(wǎng)雙向互動將變?yōu)楝F(xiàn)實。隨之而來的是,電網(wǎng)發(fā)展理念將發(fā)生變革,一方面,電能替代和綠色替代這兩個替代將成為能源發(fā)展的主流,電能替代主要是指“以電代煤,以電代油,電從遠方來,來的是清潔電”,綠色替代就是大幅增長的水能、風(fēng)能、太陽能等清潔能源將替代火電。另一方面,需求側(cè)管理也將更加科學(xué)合理,分布式能源并網(wǎng)容量的增多會加大用電客戶與電網(wǎng)之間的互動需求,而智能用電、移動終端等的廣泛應(yīng)用也將促進電網(wǎng)與用電客戶間的互動,便于電網(wǎng)側(cè)做出合理的調(diào)度判斷,使得用電需求相應(yīng)更加科學(xué)合理。
電力大數(shù)據(jù)
電力是大數(shù)據(jù)理念、技術(shù)和方法在電力行業(yè)的實踐。電力大數(shù)據(jù)涉及到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度各環(huán)節(jié),是跨單位、跨專業(yè)、跨業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析與挖掘,以及數(shù)據(jù)可視化。
電力大數(shù)據(jù)由結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化構(gòu)成,隨著智能電網(wǎng)建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出快速增長的勢頭,其數(shù)量將大大超過結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。電力大數(shù)據(jù)的特性滿足大數(shù)據(jù)的五個特性,一是數(shù)據(jù)量大(Volume)、二是處理速度快(Velocity)、三是數(shù)據(jù)類型多(Variety)、四是價值大 (Value)、五是精確性高(Veracity)。
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