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智慧能源内涵与特征、关键技术及典型应用场景

发表时间:2020-12-14 20:05来源:中国电力企业管理

2016年2月,由国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合印发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,其中指出在全球新一轮科技革命和产业变革中,需要加强互联网理念、先进信息技术与能源产业的深度融合,推动能源互联网新技术、新模式和新业态进一步发展,为我国能源产业的发展指明了方向。2020年10月,党的十九届五中全会强调,“十四五”期间应加快推进能源革命和能源数字化发展,推动实现能源资源配置更加合理、能源利用效率大幅提高、主要污染物排放总量持续减少的目标。深化现代信息技术与能源电力领域的融合,推动能源电力行业的智慧化转型将为我国能源革命纵深推进与行稳致远保驾护航。

(来源:中国电力企业管理 ID:zgdlqygl 曾鸣 许彦斌 潘婷 作者供职于华北电力大学)

智慧能源内涵与特征

智慧能源的内涵

从狭义上看,智慧能源是指以现代通信、网络技术为基础的,致力于能源利用效率提高的环境友好型能源发展模式。广义上看,智慧能源是能源产业、能源装备产业、互联网产业和现代通信产业等多元产业融合发展的概括,其不仅涵盖传统化石能源的智慧生产,也包括随机波动新能源的安全并网;不仅涵盖能源的生产、转换、传输、存储与消费等环节,也包括能源周边产业、能源电力技术体系及能源政策机制的发展与变革。

智慧能源的特征

依托智能高效、广泛互联、清洁低碳的显著特征,智慧能源发展模式可推动包括能源生产、传输、消费等多环节的动态精益优化与管理,实现能源电力系统的“智慧化”转型升级。

智能高效。云计算、大数据、区块链等现代信息技术在能源领域的广泛应用,将推动智慧生产管控系统、多能协同调度系统、用能管理系统等智慧能源系统的落地与应用,进而在实现对能源电力系统多环节、多主体、多设备全面感知的基础上,依托数据驱动技术实现对能源电力系统、管网、设备多层级的在线监测、实时分析、智能优化调控、状态预警、智能诊断等功能,进一步提升能源电力系统的运行效率。

广泛互联。依托互联网与物联网技术,推动实现能源系统内外多元主体的开放接入、广泛互联,有效贯通与整合不同主体间的信息流、业务流、能量流,打造互惠共赢的能源生态圈,为新业态与新模式的打造、更大范围内的资源优化配置提供有利前提。

清洁低碳。“云大物移智链”等现代信息技术的应用可促进能源电力系统各个环节间的及时、准确、高效交互,充分发挥横向电热水气多能互补、纵向源-网-荷-储协调的技术特性,实现对能源电力系统的统筹管控与优化,进而为大规模集中式可再生能源及分布式可再生能源的安全生产、远距离传输和高效消纳提供支撑,有效提升可再生能源在生产和消费端占比、降低二氧化碳及其他污染物排放,显著提升能源利用效率,加速我国能源电力行业的清洁低碳转型。

智慧能源对能源革命的支撑作用

面对我国能源电力发展的新挑战,习近平总书记在2014年召开的中央财经领导小组第六次会议中提出了能源革命的战略思想,要求从能源供给、能源消费、能源技术和能源体制四方面推进能源革命,推动能源电力行业绿色发展,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。在智慧能源的发展模式下,“云大物移智链”等先进信息技术在能源电力行业的应用将加速信息技术与能源电力产业的深度融合,引导能源电力行业向数字化、智能化转型发展,为我国能源革命持续深化与能源结构转型提供坚实支撑。

智慧能源助力能源供给革命

一方面,智慧能源的发展将促进能源的生产和供应模式发生显著变化。我国能源供应模式将从单一化供应转变为多元化供应,包括供应主体的多元化、能源产品的多元化和业务结构的多元化等。另一方面,智慧能源将推动智慧电厂、智能电网等新业态的发展,提供更安全、智能的能源生产和传输服务,有效改善能源生产和供应模式、提高能源系统中新能源的生产和供应比例。

智慧能源助力能源消费革命

一方面,智慧能源发展模式下能源市场信息的实时共享特征可赋予用户更广泛的消费选择权,新业态、新模式将不断涌现,进而催生出更加丰富多元的能源消费类型;另一方面,“云大物移智链”等现代信息技术的应用能够在支撑用户对自身能效水平即时、全面感知的基础上,为用户的综合能效分析、用能决策及多环节协调管控优化提供辅助支持,进而推动能源的高质与高效消费。

智慧能源助力能源技术革命

智慧能源对能源电力系统关键设备及平台的智能化、精确化和标准化要求将为原有的能源技术、信息管理技术带来深刻变革。同时,智慧能源信息-物理融合特性也将推动能源领域的技术框架和互联网、通信领域的技术体系紧密融合,带动诸如能源大数据、能源区块链、5G能源信息网等一批新技术的发展和应用,为能源技术开辟全新的研究方向,从而推动能源技术革命。

智慧能源助力能源体制革命

建设智慧能源体系,可助力实现能源系统运营管理机制的创新,带动能源产业上下游及周边产业协同发展,打造智慧能源生态圈。建设智慧能源生态圈可充分发挥能源企业、装备制造企业、科研院所等各类主体优势,打通服务流、信息流、资金流,提升资源要素配置效率,为能源系统的转型升级创造良好平台,以共享经济、平台经济的发展模式创新能源系统运营的体制机制,进而支撑能源体制革命。

智慧能源关键技术及典型应用场景

智慧能源以现代信息技术为核心工具,借助区块链技术、大数据技术、云平台技术等新兴信息技术构建能源发展的智慧环境,形成能源发展的新模式和新范式,进而为促进新能源消纳、构建安全高效电力市场、提升电力系统能效等问题提供全新解决方案。

区块链技术

区块链技术是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用,具有去中心化、信息共享、记录不可逆、参与者匿名和信息可追溯等技术特点(见图1)。


区块链技术的应用可为智慧能源发展过程中的数据安全、多主体协同、信息融通等问题提供全新技术解决方案,可为我国弃风弃光现象的缓解、综合能源服务的发展及电力市场智能化交易体系的构建提供全新可能。

支撑高比例新能源消纳缓解弃风弃光。依托区块链技术去中心化、信息共享、信息可追溯等技术特点,一方面可简化新能源电力交易流程,降低分布式新能源电力交易成本,有效支撑多元主体间点对点、实时、自主微平衡交易;另一方面区块链技术分布式记账技术可为能源产品、能源金融等产品交易市场提供可信保障,助力绿色能源认证、绿色证书交易等新型商业模式发展,促进能源电力领域的市场主体创新能源生产与服务模式,支撑高比例新能源高效消纳。

发展综合能源服务。依托区块链技术“多链”技术特性,可实现电力网络、石油网络、天然气网络等异质能系统中的多元主体及其设备广泛互联,在构建形成横向多能互补、纵向源-网-荷-储协调、能源信息高度融合的综合能源系统的基础上,推动实现综合能源系统多元主体间可信互联、信息公开与协同自治,进而显著提升综合能源服务的可追溯性和安全性。

助力电力市场智能化交易体系构建。利用区块链技术的信息共享、记录不可逆和不可篡改等特性,可为电力市场中相关主体间各类信息的自主交互和充分共享提供支撑,在保障电力市场信息透明、即时的同时,可辅助各交易主体实现分散化决策,提升用户参与电力市场的便捷性和可操作性,加速推动电力市场中合同形成、合同执行、核算结算等环节的智能化转型。此外,依托区块链技术参与者匿名、信息可追溯的技术特性可有效规范电力市场监管过程,促进电力市场的监管水平提升,保障市场交易的公平性与安全性。

大数据技术

能源大数据具有规模大、类型多、速度快、价值密度有限等特点,大数据技术是以海量数据集合为研究对象的一项综合技术,是传感技术、信息通信技术、计算机技术、数据分析技术与专业领域技术的综合,是传统数据挖掘、数据分析技术的继承和发展(见图2)。


大数据技术的应用可实现对能源生产到消费的全链条感知与分析,可为能源系统安全稳定运行、消费端能效提升、源-网-荷-储协同提供重要支持。

系统安全稳定运行。利用大数据技术针对能源电力系统中的数据进行采集、传输、存储、融合操作,可有效整合能源电力系统中多元异构数据,构建能源电力系统数字孪生模型,进一步提升对新能源出力、能源网络潮流分布、用户用能行为的感知与预测能力,为电热冷等异质能调度、交易及综合需求响应实施等提供重要决策辅助,保障异质能系统的安全、稳定与高效运行。

消费端能效提升。依托大数据技术挖掘用户用能行为与能源价格、天气、时间等因素间所隐含的关联关系,通过构建用户用能种类、用能时间、用能强度及用能弹性等模型,实现对多元能源用户的精准画像,为能源消费端的能源消费优化方案制定、能源消费服务定制及用户侧资源发掘提供理论指导,推动能源消费侧用能成本降低、实现用能综合化效率提升。

源-网-荷-储协同。依托大数据技术对能源电力系统中积累的海量数据的分析可精准洞悉源-网-荷-储间能源流、业务流、信息流的流向与交互模式,揭示系统中多元主体间的“三流”交互机理,进而有效推动源-网-荷-储协调优化,提升异质能网络的可靠性与经济性,支撑能源电力系统安全稳定运行。

云平台技术

云平台是依托存储、交换以及虚拟化组件,通过关联各类数据、整合多种计算资源形成的逻辑统一的数据中心。云平台具有虚拟化、高可靠性、高通用性、高可扩展性、高速、灵活性等特征。与传统的服务器相比,云平台将物理资源虚拟化为虚拟机资源池,可通过灵活调用软硬件资源为用户提供各类服务。

云平台以客户需求为向导,通过向用户提供基础设施即服务(IaaS)、平台即服务(PaaS)、软件即服务(SaaS)三大类服务,可助力实现用能服务精细化和终端设备监控智能化(见图3)。


用能服务精细化管理。云平台利用其虚拟化资源管理技术实现对用户身份、用能信息等各类数据信息统筹储存与管理,并将数据信息抽象化关联形成跨应用、跨部门、跨系统的信息协同共享资源,构建具备管理动态化、数据可视化等特征的智慧能源管理系统,为用户提供实时在线的能源消费服务,在对用户开展能效诊断、能效薄弱环节识别的基础上,定制相应的节能技改、能源合同管理等服务方案,实现基于能源大数据的能源服务精细化管理。

终端智能化监控。依托云平台开放包容的技术特点,推动多元主体及设备的广泛接入,打破实体结构间的技术壁垒与体制壁垒,在此基础上,以数据驱动构建的特征库、模型库及算法库为依据,围绕“两高三低”目标,即能源系统终端用能效率提高、供能可靠性提高以及用户用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低,对各类终端实现状态监测与遥控、遥调,推动能源电力系统的多目标动态优化。

原标题:智慧能源与能源革命


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