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泛在电力物联网的内涵与特征及建设的必要性

北极星售电网  来源:中国电力新闻网  作者:谢常伟  2019/5/23 9:02:02  我要投稿  

北极星售电网讯:能源转型是一个系统化的社会工程,未来美好社会的发展离不开电力系统的能源支撑。当前,能源革命与数字革命融合发展,清洁能源高质量、高效率、经济化生产与利用势在必行,居民和一般工商业用电与电网互动需求迫切。国家电网公司创新性提出全面推进“三型两网” 世界一流能源互联网企业的战略部署,标志着公司在建设坚强智能电网建设运营模式的同时,逐步向泛在电力物联网建设运营模式转化。泛在电力物联网和坚强智能电网互相促进,互相融合,共同构成世界一流能源互联网的基础,将进一步推动中国能源革命和世界经济转型。

一、建设泛在电力物联网的必要性

为什么要建设泛在电力物联网?从能源供给方式看,我国能源革命从煤电结构转向清洁绿色发展,并与物联网、大数据等新科学技术革命和应用互相融合,电网供电方式已经从以特高压为主的大动脉式转向与以分布式为主的毛细血管方式并存模式,这是主动顺应能源革命和数字革命融合发展趋势的需要和必然。从全球视野来看,欧美已经开始示范建设泛在电力物联网项目,旨在通过信息通信技术网络对可再生能源和电网进行控制;而我国也需要从战略层面对清洁能源实现高质量、高效率、经济化的生产和利用,来贯彻落实能源革命的战略部署。从电网供电方式看,随着清洁能源技术进步与经济适用性的增加,居民和一般工商业用电由以往对电网参与度不多的情况转向迫切需要同电网进行互动。从国家政策角度看,响应党中央国务院为企业降低用能成本,降低一般工商业电价的要求,国家电网公司既要让渡部分利润支持社会经济发展,践行社会责任,又应兼顾适应电力体制改革和国企改革向纵深推进,更要不断发展壮大以提高公司的盈利能力。

二、泛在电力物联网的内涵与特征

(一)内涵。泛在电力物联网就是围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,是具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧能源服务系统。其包含感知层、网络层、平台层、应用层四个完整环节。它以电网为枢纽,通过智慧能源调度和交易系统,将各种与能源生产、消费等相关的电力行业及用户连接起来,形成共享数据,为各类用户提供能源服务,为各类商户提供更多机遇,更大限度带动产业链上下游共享发展成果。它是一个兼容开放、和谐友好、智能互动、机会均等、利益共享的平台,是能源互联网的重要组成部分。

(二)特征。一是基于互联网技术实现更广范围、更大空间能源共享;二是支持超大规模分布式能源系统与储能系统随时接入与退出;三是实现可再生能源在一次能源占比逐年递增,电网要有能掌控一定额度的备用储能系统,能够平移清洁能源发电对电网系统的波动;四是支持并满足电动汽车等智能交通的电气生态化。泛在电力物联网的本质特征既不是在大数据、云平台、AI技术或业务层面的竞争,也不是在某细分市场或局部的技术竞争,而是生态平台和版图的竞争,是生态体系对生态体系的竞争。这种竞争比拼的是网络效应的规模优势。

(三)商业模式。与传统智能电网是以赚取电费价差为主要经营模式不同,泛在电力物联网的商业模式则完全采用成本加合理收益的模式。即通过现代信息通信技术与电力系统深度融合,来促进通道共享、设施共用、终端共建和平台集成,以打造新的跨界生态圈,来提高效率和效益,属于网络协同加数据驱动模式。依靠能源网络、数据和流量等,基于市场价格响应,提供的数字化服务,形成数字经济,来推动公司利润再上新台阶。其中储能峰谷价差、电量聚合交易、产品打包销售、数据加工变现、网络技术服务、平台金融服务、系统运营维护及广告增值等都是泛在互联网商业模式的具体表现。

三、泛在电力物联网建设的目标、原则、内容及条件

(一)建设目标。计划分三步走:第一步,战略目标突破期。从2019年到2021年,经过3年时间初步建成泛在电力物联网,以适应社会发展需要,打造行业生态,支撑电网业务与新兴业务融合发展。第二步,巩固目标提升期。在初步建成基础上,进一步巩固、充实、提高、完善,争取到2024年基本建成泛在电力物联网,支撑“三型两网”世界一流能源互联网企业建设。第三步,完全目标建成期。到本世纪中叶建国一百周年,完全建成现代化的泛在电力物联网,与智能电网一起构成完整的世界领先的能源互联网生态圈。

(二)建设原则。四个原则:一是用户至上的原则。开发软件、硬件要真正站在用户角度考虑,一切以用户懂与不懂、满不满意、方不方便、操作简不简单为出发点,来设计、建设和改造系统,真正把以用户为中心落到实处,而不是站在管理者的角度去研发系统或空喊口号不落实。二是标准统一的原则。系统建设首先做到数据统一、标准统一、接口统一、应用统一,确保泛在电力物联网系统的前端、中台、后台数据贯通,内外部系统通道连贯,数据共享使用。三是本着经济的原则。在用户需求明确、内部管理需要的前提下,根据轻重缓急,仔细评估项目投资,合理安排建设时序,系统建设真正做到经济实用、操作简便、易于推广、收益共享,而不是年年修补,甚至重复建设。四是创新应用的原则。在少量已有成果的基础上,继续加大重点项目、重点领域、关键产品、急需部件的研发投入,鼓励多方创新,吸收采用国内乃至全球最新产品和技术用于泛在电力物联网建设,争取做到经济技术兼顾,效果效益双显。

(三)建设内容。一是在感知层和网络层实现设备物理互联。在现有电网控制系统的基础上,将多种能源设备(风电、光伏、地热、天然气等)通过智能芯片、智能传感器/智能终端、一体化通讯网络连接起来,形成全时连接、全域覆盖、万物互联的物联网生态圈,实现多种能源设备的实时互联、在线监测和故障处理。这些新能源机器的接入,都需要变流器等电力电子设备。二是在平台层实现电力交易互联。构建一个全球统一的泛在电力物联网平台,犹如用户通过手机APP参与股市交易系统一样的平台,平台具备智能互动、开放共享、经济高效、安全可控等特征,能够实现在任何时间、任何地点、任何人、任何电力互联,向用户提供各种能源交易管理、调度供需、自动交易、实时结算等功能,满足各类用户电力设施接入退出及多元化需要。三是在应用层实现数字经济互联。泛在电力物联网平台能汇集发供用等各方需求,进行智能分析和交易;能提供参与各方的数字经济资信证明,提供全链条电力参考信息,提供产供需等多种服务并改进,以大幅提高工作效率,减少无效经营成本,实现多用户、多层次、高等级、大范围的经济共享,促进电力行业可持续发展。

(四)建设条件。第一是外部技术要有实质性进步。泛在电力物联网的建设,受制于储能技术进步、光伏技术进步、人工智能计算进步、电池技术进步、5G大规模应用、充放电次数增加、能量存贮损失率降低、设备能量转化效率增高、电池光伏充换电设施储能风力发电等设备价格降低,新能源上网电价成本低于火力发电价格等因素,上述技术要有明显进步,成本要有断崖式下降。第二是内部技术要有创新性突破。涉及到电网需要自主研发的电力调控技术、储能设施调度能力、电力芯片和传感器的研发和应用、大功率充放电技术研究和设备研发、虚拟同步机等新能源发电并网关键技术研究与应用、大容量海底电缆等重点技术装备研究、特高压柔性直流输电攻关、电力交易平台技术研发和建设、智慧车联网平台技术研发和建设等,要加大研究力度,早出创新性成果,并具备经济实用和推广价值,以提高泛在电力物联网的稳定灵活调节水平和用户智慧互动能力。做好整体网络安全防护体系,有效防范外部网络攻击。第三是人才激励等措施要迅速落地。建设泛在电力物联网,关键在人。一方面要充分调动全体员工的积极性和主动性,把业绩和奖惩结合,把成效与利润挂钩,真正做到多劳多得,按劳分配,打破以前按级别按职务平均分配薪酬的做法,打破以前工资总额与正式员工编制挂钩的做法;另一方面,根据需要注重引进各领域各方面各层级人才,充分发挥个人的聪明才智和专业优势,让其价值在建设泛在电力物联网的过程中得以体现,破除身份编制的种种限制,激发归属认同感,齐心合力建设泛在电力物联网。

四、建设泛在电力物联网需要注意的关系与防范的风险

(一)建设泛在电力物联网需要处理的关系。第一是处理好智能电网向泛在互联网融合并转化的关系,打造两网命运共同体。智能电网虽然建设多年,但发展不均衡不充分的矛盾依然突出,特别是中西部地区电网的智能化水平亟需提高。相比而言,建设泛在电力物联网体量巨大且资源众多,在外部建设能力有限情况下,坚持依法合规、依据充分、名义合适、取费准确的前提下,迫切需要通过加大转移支付力度,集中力量支持泛在电力物联网建设,合力打造命运共同体。这需要统一共识,形成最大公约数。在可预见的30年内,两网会相辅相成、融合发展,共同构成能源流、业务流、数据流、资金流“四流合一”的能源互联网,形成强大的价值创造能力。第二是处理好不断变化的电力需求与电网动态调节能力的关系,确保电网稳定。由于分散式或集中式风力光伏发电具有很强的随机性和波动性,其大规模、大范围并入泛在电力物联网,对电网的适应性、调节灵活性和调频调压能力建设均提出了更高要求。这就需要泛在电力物联网统筹协调好集中式与分布式发电、传统能源与新能源、电力需求侧管理与多样化用电服务等关系,特别是服务好电动汽车、电锅炉采暖等客户侧用电负荷规模化增加的需求。既要不断创新电网电力调控技术,适应用户不断变化的电力需求,引导协调用户有序充电;又要具备统一调度储能设施(自建或他建)的能力,增强电网动态调节能力,缓解电网运行压力,最大发挥储能设施特性价值,实现用户与电网双赢。第三是处理好守正与创新的关系,确保行稳致远。建设“三型两网,世界一流”能源互联网企业的战略目标,既要在守正中创新,也要在创新中守正。不断创新,守正才能获得活力源泉和动力根基;坚持守正,创新才能有明确的立场和指向。守正就是要继续建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,不断提升能源资源配置能力和智能化水平,满足人民群众日益多样的服务需求,这是公司发展的根基,必须坚持不懈、加快发展。创新就是要建设泛在电力物联网,为电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量、培育发展战略性新兴产业提供强有力的数据资源支撑,为管理创新、业务创新和价值创造开拓一条新路,这是公司发展的新动力。其他关系也要处理好,譬如技术研发与资金投入,确保量力而行;项目投资与产品生产,确保合理回报;政府监管与公司定价,争取收费自主;业务创新与试点先行等。

(二)需要防范的风险。第一是技术及应用场景变化的风险。当前对于泛在电力物联网的定义及应用尚在摸索中,5G等信息通讯技术的变化或应用环境的变化,则可能带来发展方向的不确定性。第二是清洁能源或储能设施投运不及预期的风险。分布式或集中式风力、光伏等新能源发电,以及电动汽车、电锅炉采暖、电化学储能设施受技术或成本的影响,投资和收益不及预期,可能会影响后续泛在电力物联网的建设。第三是平台运行核心竞争力不及专业互联网公司的风险。公司打造的泛在电力物联网是一个包容开放的生态圈,在平台生态圈的建设及场景应用方面,技不如人,可能会受到专业互联网公司的直接冲击。

五、泛在电力物联网在电动汽车行业的探索与实践

电动汽车公司处于泛在电力物联网新兴业务的战略前沿,以服务电动汽车充电为己任,运营着国家电网公司投资建设的10万个充电桩,运营区域覆盖19个省150多个城市,涵盖了“十纵十横两环”3.7万公里高速公路和“两纵一横”港口码头,是全世界最大的充电设施运营商。国网电动汽车公司通过建设一流智慧车联网平台,将充电桩、电动车、电动轮船、电池储能设施等接入车联网平台,大力开展在线智慧充电、智慧出行、智慧能源业务,推进泛在电力物联网在智慧车联网平台率先落地应用。第一是实施智慧充电。充电桩作为连接电动汽车、用户和电网的数据端口,是电动汽车数据、用户数据、能源数据交互的关键枢纽,具有典型的物联网终端特征,是泛在电力物联网客户侧的重要入口。电动汽车公司通过智慧车联网平台对充电进行远程充电,实现电流、信息流、资金流的统一。第二是进行有序充电。通过平台将电动汽车等客户侧储能设备与电力交易系统协调控制,实现了以台区为单位的削峰填谷,将研发的有序充电技术落地应用。第三是服务社会出行。在19个省购置电动汽车并根据需要配备司机,并与滴滴出行、曹操专车、首汽新能源合作,通过平台为社会提供全方位电动汽车出租或出行服务,真正实现一机在手,走遍神州。第四是提供清洁能源。在高速公路服务区建设光充储一体化电站,光伏发电首先满足服务区用电和电动汽车充电,多余电力再上网;在高速公路两侧建设光伏电站,向电网提供清洁能源。第五是聚合电量交易。通过平台汇总电动汽车实时充电需求及功率,再与电网动态最优匹配,充分发挥电网柔性调节能力,实现智能化的绿色电力交易,有效促进清洁能源消纳。第六是开展电能替代。在城市商业区或公园,建设磷酸铁锂电池储能电站,利用峰谷价差向用户提供电力服务,满足用户能源需求。第七是打造网络生态。通过平台将平台沉淀的业务、数据、技术等能力资源向全国充电设施运营商全面开放,并与其深度互联,推动实施全方位融合,共享大数据增值服务,支撑电动汽车服务生态体系建设。

六、结论

综上所述,能源转型是一个系统化的社会工程,未来美好社会的发展,离不开电力系统提供必须的能源支持。国家电网公司继续发挥行业引领和主导作用,通过将电力系统与人工智能、大数据、物联网、5G等现代信息通信技术和控制技术深度融合,来建设“目标清晰、布局科学、结构合理、智能高效”的泛在电力物联网,以实现电能的清洁化、高效率、高质量、经济化生产和利用,来满足用户的各种用能需求,进一步推动中国能源革命和世界经济转型。

鉴于泛在电力物联网目标远大,任务繁重,领域宽广、难点众多,没有数轮甚至十几轮的迭代、构建、精化、淘汰、再构建,很难建成。但只要发挥“一万年太久只争朝夕”的精神,只要树立“功成不必有我”的境界,从我做起,从现在做起,带头推动能源科技行业转型升级,就可以真正重塑未来三年乃至三十年的能源互联网生态,为共同建设三型两网、世界一流能源互联网企业而努力奋斗!

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原标题:谢常伟:泛在电力物联网思考

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