自2015年7月國務(wù)院《關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》以來,能源互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展也已快5周年。本文嘗試總結(jié)了信息流改造能源流理念下,我國能源互聯(lián)網(wǎng)初級階段的先行先試的現(xiàn)狀,并從價值層-信息層-物理層等方面,提出幾點經(jīng)驗建議,以為我國能源互聯(lián)網(wǎng)下一步的健康發(fā)展提供參考。
作者供職于清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院
能源行業(yè)的創(chuàng)新與新舊動能轉(zhuǎn)換,關(guān)系到人類社會的發(fā)展之道。當前,能源供給側(cè)的清潔替代、能源消費側(cè)的電能替代,以及網(wǎng)側(cè)能源技術(shù)的更新優(yōu)化,以形成電為中心、清潔為主導(dǎo)的能源格局,是我國能源轉(zhuǎn)型的未來趨勢。
同時,以數(shù)字化為代表的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命,正加速著能源行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以能源、信息雙向流動為特點的新型價值鏈和產(chǎn)業(yè)鏈——“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”(簡稱:能源互聯(lián)網(wǎng))的創(chuàng)新業(yè)態(tài)正在形成。
屆時,能源系統(tǒng)可以根據(jù)市場能源價格,提前靈活開啟設(shè)備或儲存電能;能源系統(tǒng)可以源隨荷動,也可以荷隨源動;不同時空的能源系統(tǒng)之間的能流可以你來我往,互補共濟;電動汽車可以兼職儲能設(shè)備,向電網(wǎng)反送電、輔助削峰填谷;數(shù)據(jù)中心不光消費能源,其大量的余熱也可以用來供暖;智慧路燈將承載十八般武藝,成為車路系統(tǒng)與城市大腦的重要載體;能源互聯(lián)網(wǎng)插座將全面滲透家家戶戶,承載消費末端的電力感知、計量、交易;分布式能源、儲能及電力現(xiàn)貨市場高度發(fā)展,泛在的產(chǎn)消者將成就能源系統(tǒng)的需求側(cè)響應(yīng)和能源增值服務(wù)……
那時,人人都可以是能源互聯(lián)網(wǎng)的直接參與者,能源可以像商品一樣自由交易。總之,能源的供給會更加多樣、能源的消費會更加精準,可再生能源消費比例會大大提高,系統(tǒng)能源利用效率、可靠性和韌性會大大增強,能源系統(tǒng)的經(jīng)濟性和環(huán)境社會效益也會明顯改善。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)泛在之墻的破解示意
能源互聯(lián)網(wǎng)的“新陳代謝”價值生態(tài)
能源互聯(lián)網(wǎng),給冷、熱、電、氣等能源的商品化提供了廣闊的舞臺,其業(yè)態(tài)也已涵蓋傳統(tǒng)電力、輸電配電、石油石化、電動汽車、新能源、城市燃氣、信息通信等諸多行業(yè),并呈現(xiàn)出“共建、共享、共治、共贏”的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。
2019年,我國首本《能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書》,從國家層面系統(tǒng)梳理我國能源互聯(lián)網(wǎng)的評價指標體系以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀;同年,國家自然科學(xué)基金也在電工學(xué)科突出了“能源互聯(lián)網(wǎng)”及其相關(guān)方向的科學(xué)研究;同時,我國首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目進行了第一輪驗收,一些項目在能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層、信息層和價值層實踐可圈可點。2020年,全國共計300余支能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)股票的總市值已近4萬億元。
2016到2019年,包括多能互補集成優(yōu)化、新能源微電網(wǎng)、增量配電網(wǎng)以及綜合能源系統(tǒng)在內(nèi)的能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)示范項目引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。
能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)示范項目的建設(shè),除了物理層關(guān)鍵技術(shù)的重大突破外,也體現(xiàn)了信息流改造能源流的賦能生態(tài),釋放了信息物理融合的數(shù)字化價值,促進了能源互聯(lián)網(wǎng)的先行先試,不僅帶動了能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的積極探索,也促進了能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)的廣泛參與,能源互聯(lián)網(wǎng)的神秘面紗已被揭開。
能源互聯(lián)網(wǎng)落地的七大建議
我國能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)目前還處于初級階段,也是能源互聯(lián)網(wǎng)初步發(fā)展的5周年,但能源互聯(lián)網(wǎng)璀璨星空的實現(xiàn)需要不斷地迭代,能源互聯(lián)網(wǎng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的系統(tǒng)化思維及技術(shù)要求能源互聯(lián)網(wǎng)的參與者需要全面、扎實的專業(yè)技術(shù)和創(chuàng)新知識。
在我國能源互聯(lián)網(wǎng)信息流改造能源流的現(xiàn)有實踐中,除了上述積極的成效外,也暴露出當前能源互聯(lián)網(wǎng)“新陳代謝”價值生態(tài)構(gòu)建過程的一些不足。為此,應(yīng)進一步總結(jié)凝練,吸取經(jīng)驗,切中肯綮,以促進能源互聯(lián)網(wǎng)“璀璨星空”的早日實現(xiàn)。因此,筆者提出以下建議,為下一步能源互聯(lián)網(wǎng)的落地實踐及理論發(fā)展提供參考。
深化能源互聯(lián)網(wǎng)的市場體制改革,培育技術(shù)優(yōu)化到實際落地的健康生態(tài)。
能源互聯(lián)網(wǎng),在技術(shù)理論上具備優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟性,但是能源互聯(lián)網(wǎng)的理論計算往往基于諸多假設(shè),包括隔墻售電的博弈、能源價格博弈、光伏指標競爭等體制機制的自由。同時,理論設(shè)計也不會涉及到實際落地過程中因政策變化帶來的資本變動及撤離、過高用戶容量或能源負荷的風(fēng)險。進而,上述任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,能源互聯(lián)網(wǎng)多主體之間的博弈將失衡,就會導(dǎo)致項目回報率的降低、延誤甚至失敗。
因此,要因時制宜,從國家層面要創(chuàng)造能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化到實際落地的體制機制,企業(yè)層面則要深度把握放管服、新電改、電力現(xiàn)貨市場、碳市場等能源市場機制向好趨勢;因地制宜,要充分基于項目地資源稟賦、負荷特征及體制機制,做好能源互聯(lián)網(wǎng)落地前的頂層規(guī)劃和市場設(shè)計,才能推動能源互聯(lián)網(wǎng)項目的健康落地。
積極倡導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與,共筑能源互聯(lián)網(wǎng)共建共贏的創(chuàng)新沃土。
“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”是能源互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)方針。能源互聯(lián)網(wǎng)作為能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形態(tài),能源互聯(lián)網(wǎng)具有集中式與分散式的架構(gòu)特征,相關(guān)運營技術(shù)、商業(yè)模式還處于探索發(fā)展階段。
因此,能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)不光是國有企業(yè)或“重資產(chǎn)”的壟斷,也有“輕資產(chǎn)”和民營企業(yè)的積極參與,要辯證好物理層重資產(chǎn)和信息層數(shù)據(jù)增值服務(wù)的價值關(guān)系;同時,能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)也不一定都是“大而全”的面面觀,也完全可以做到“小而精”的立竿見影,需要能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)量體裁衣,區(qū)域級、城市級、園區(qū)級、樓宇級能源互聯(lián)網(wǎng)各有價值所在。
因此,需要解放思想,充分理解“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”理念,探索多元化、面向用戶對象的能源互聯(lián)網(wǎng)場景范式及商業(yè)模式,創(chuàng)新能源互聯(lián)網(wǎng)“產(chǎn)學(xué)研用政金”共建共贏生態(tài),積極鼓勵和倡導(dǎo)各類主體的廣泛參與和差異化競爭,切實有效提升大眾參與程度,進而搭建能源互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的健康生態(tài)。
抓好能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的集成優(yōu)化,釋放不同行業(yè)技術(shù)跨界融合潛能。
能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵與外延,涉及眾多能源獲取、傳輸、轉(zhuǎn)化、存儲與消費等相關(guān)技術(shù)的融合與交叉。
因此,首先要充分認識能源互聯(lián)網(wǎng)中不同能源設(shè)備的運行機制、能效水平及營運模式,避免簡單粗暴的“拿來主義”和“加減求和”。
其次,要基于總能系統(tǒng)“分配得當、各得其所、溫度對口、梯級利用”的方法論,并充分考慮能源互聯(lián)網(wǎng)各設(shè)備的運行約束,堅持集中式與分布式相結(jié)合,堅持設(shè)備容量、臺數(shù)和運行策略的協(xié)調(diào)優(yōu)化,做好多種異質(zhì)能源與多類消費的多能互補、梯級利用、網(wǎng)絡(luò)耦合、多元互動。
最后,應(yīng)基于多目標、多屬性的全局優(yōu)化及綜合評價方法,統(tǒng)籌協(xié)調(diào),系統(tǒng)做好能源互聯(lián)網(wǎng)項目的頂層設(shè)計,進而讓理論成果盡可能地真正應(yīng)用到實際工程的設(shè)計和運行,避免設(shè)備利用率低和不能靈活調(diào)度的詬病,進而充分釋放能源互聯(lián)網(wǎng)各元素“1+1+……+1>N”的優(yōu)化潛力,真正提升能源互聯(lián)網(wǎng)的能量-經(jīng)濟-環(huán)境-社會效益。
以能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與運維平臺為抓手,服務(wù)能源互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計與運維。
各能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身業(yè)務(wù)板塊,切實掌握能源互聯(lián)網(wǎng)及綜合能源用戶的需求,進而以能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與運維平臺為抓手,通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)能源系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲”各環(huán)節(jié)能量流的貫通,打造信息物理“軟實力”,增強多主體用戶的互動粘性。
應(yīng)切實做好能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與運維平臺“分析、挖掘、調(diào)控”的可操控性,避免平臺僅停留在感知展示層面。
因此,需要在物理因果模型的創(chuàng)新基礎(chǔ)上,結(jié)合大數(shù)據(jù)的相關(guān)分析技術(shù),優(yōu)選感知和操控變量,避免所有數(shù)據(jù)的冗余感知帶來的計算代價。
其次,也應(yīng)創(chuàng)新冷熱電氣等能源系統(tǒng)的標準化能源樞紐快速建模方法、短中長期負荷預(yù)測與功率預(yù)測技術(shù)、系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化調(diào)控方法及策略和邊緣計算技術(shù)。
最后,合理構(gòu)建基于集中式與分布式的能源系統(tǒng)規(guī)劃與運維平臺,真正有效地做好信息流改造能源流的價值理念,充分挖掘多能互補集成優(yōu)化系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)能源的數(shù)字化價值。
加快能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準的報批與制定,指導(dǎo)項目的規(guī)范設(shè)計與運行。
能源互聯(lián)網(wǎng)物理層、信息層和價值層的新元素眾多,如“能源路由器、虛擬電廠、虛擬儲能、需求側(cè)響應(yīng)、電力現(xiàn)貨市場”等等。
因此,不僅需要統(tǒng)一的表達方法,如名詞術(shù)語、圖形符號、單位及其文字符號等,去規(guī)范能源互聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù),也需要嚴謹清晰描述“源網(wǎng)荷儲”的能量設(shè)備及技術(shù)的計算方法和準入條件,還需要系統(tǒng)層次的設(shè)計規(guī)范、路徑接口及評價指標等,才能更好推動能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?;沙掷m(xù)發(fā)展。
國家標準化管理委員會和國家能源局非常關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)標準化工作,截止目前,能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標準申報涵蓋基礎(chǔ)通用、系統(tǒng)平臺、規(guī)劃設(shè)計、運行互動、核心裝備、評價監(jiān)測和泛在互聯(lián)等多個門類。但目前申報和批準數(shù)量還不能有力支撐能源互聯(lián)網(wǎng)工程的建設(shè)。因此,應(yīng)重視標準制定工作組的知識體系構(gòu)成、編制效率和質(zhì)量、編制門類多樣競爭,進一步加強能源互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作效率,更好地服務(wù)能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范設(shè)計與運行。
積極完善能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合評價體系,量化信息流改造能源流的效益。
熵視域下,能量不僅是守恒的,而且存在能級匹配規(guī)律及特性的。同時,系統(tǒng)運行過程能源流將產(chǎn)生海量的信息流,因此,能源互聯(lián)網(wǎng)可以看做是用信息的“負熵流”去改造、降低能源流的“正熵增”。
進而,如何構(gòu)建以能源互聯(lián)網(wǎng)的評價及優(yōu)化體系,并科學(xué)量化能源互聯(lián)網(wǎng)信息物理融合下不同環(huán)節(jié)的“信息熵”對“熱力學(xué)熵”的改進優(yōu)化程度,進而繪制能源互聯(lián)網(wǎng)信息物理系系統(tǒng)以及管控平臺的能流圖、?流圖以及系統(tǒng)運行狀態(tài)圖等,進而逐級精細、分塊分層挖掘和展示能源互聯(lián)網(wǎng)熵增熵減的環(huán)節(jié)及潛力,從而避免現(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)能源管控系統(tǒng)能效指標停留在能量“數(shù)量”層次的問題,以及系統(tǒng)調(diào)度過程“能級匹配”優(yōu)化空間不能挖掘及動態(tài)直觀顯示的短板。
從而更精準地搭建信息物理融合系統(tǒng),優(yōu)化能源系統(tǒng)架構(gòu)及指導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項目的運行調(diào)度,將對能源互聯(lián)網(wǎng)的全局優(yōu)化、動態(tài)調(diào)度起到重要作用。
創(chuàng)新能源與信息融合的應(yīng)用新模式,優(yōu)化能源數(shù)字化手段及能效模式。
能源互聯(lián)網(wǎng)信息流在改造物理層次能量流的過程中,信息化的過程涉及海量數(shù)據(jù)的感知、傳輸、存儲、挖掘和交易,對信息化系統(tǒng)來講,伴隨著能源的消耗,以驅(qū)動信息化設(shè)備的計算和冷卻計算過程釋放的熱量。
而隨著高速、高頻計算的能源互聯(lián)網(wǎng)“源荷互動”需要以及能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)向數(shù)字經(jīng)濟下其它行業(yè)的快速融合,承載信息流計算及挖掘的數(shù)據(jù)中心、基站、CPU、能量路由器等等設(shè)備的數(shù)量和能耗將快速增長。
因此,為避免信息流改造能量流過程中附加能耗與物理層次能量流優(yōu)化的矛盾,有必要研究能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中,物理系統(tǒng)的高效感知、傳輸、挖掘、交易的數(shù)字化手段、設(shè)備及其能源供應(yīng)模式,以盡可能地降低數(shù)字化附加能耗的增益,使其盡可能的小于其改造能量流的能效收益,最終才能有助于能源互聯(lián)網(wǎng)總能效的提升。
圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)的仰望星空與腳踏實地
“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”的建設(shè),就是信息流改造能源流的過程,也是一個多學(xué)科深度交叉融合的過程。過去幾年來,我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的百花齊放的初級階段,已經(jīng)給我們積累了能源互聯(lián)網(wǎng)先行先試的豐富經(jīng)驗。
仰望星空,看未來已來;士不可不弘毅,應(yīng)腳踏實地。謹以此文獻給清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院成立5周年,也為能源互聯(lián)網(wǎng)迷霧中的砥礪前行的從業(yè)者提供一點參考。
評論