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脚踏实地:能源互联网落地七谏

  • 2020-05-22
  • 来源:能源杂志
自2015年7月国务院《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》以来,能源互联网的产业发展也已快5周年。本文尝试总结了信息流改造能源流理念下,我国能源互联网初级阶段的先行先试的现状,并从价值层-信息层-物理层等方面,提出几点经验建议,以为我国能源互联网下一步的健康发展提供参考。

能源行业的创新与新旧动能转换,关系到人类社会的发展之道。当前,能源供给侧的清洁替代、能源消费侧的电能替代,以及网侧能源技术的更新优化,以形成电为中心、清洁为主导的能源格局,是我国能源转型的未来趋势。

同时,以数字化为代表的科技革命和产业革命,正加速着能源行业的数字化转型。以能源、信息双向流动为特点的新型价值链和产业链——“互联网+智慧能源”(简称:能源互联网)的创新业态正在形成。

届时,能源系统可以根据市场能源价格,提前灵活开启设备或储存电能;能源系统可以源随荷动,也可以荷随源动;不同时空的能源系统之间的能流可以你来我往,互补共济;电动汽车可以兼职储能设备,向电网反送电、辅助削峰填谷;数据中心不光消费能源,其大量的余热也可以用来供暖;智慧路灯将承载十八般武艺,成为车路系统与城市大脑的重要载体;能源互联网插座将全面渗透家家户户,承载消费末端的电力感知、计量、交易;分布式能源、储能及电力现货市场高度发展,泛在的产消者将成就能源系统的需求侧响应和能源增值服务……

那时,人人都可以是能源互联网的直接参与者,能源可以像商品一样自由交易。总之,能源的供给会更加多样、能源的消费会更加精准,可再生能源消费比例会大大提高,系统能源利用效率、可靠性和韧性会大大增强,能源系统的经济性和环境社会效益也会明显改善。

脚踏实地:能源互联网落地七谏

图1 能源互联网泛在之墙的破解示意

能源互联网的“新陈代谢”价值生态

能源互联网,给冷、热、电、气等能源的商品化提供了广阔的舞台,其业态也已涵盖传统电力、输电配电、石油石化、电动汽车、新能源、城市燃气、信息通信等诸多行业,并呈现出“共建、共享、共治、共赢”的能源互联网生态。

2019年,我国首本《能源互联网发展白皮书》,从国家层面系统梳理我国能源互联网的评价指标体系以及产业生态现状;同年,国家自然科学基金也在电工学科突出了“能源互联网”及其相关方向的科学研究;同时,我国首批能源互联网示范项目进行了第一轮验收,一些项目在能源互联网的物理层、信息层和价值层实践可圈可点。2020年,全国共计300余支能源互联网相关股票的总市值已近4万亿元。

2016到2019年,包括多能互补集成优化、新能源微电网、增量配电网以及综合能源系统在内的能源互联网相关示范项目引起业界的广泛关注。

能源互联网相关示范项目的建设,除了物理层关键技术的重大突破外,也体现了信息流改造能源流的赋能生态,释放了信息物理融合的数字化价值,促进了能源互联网的先行先试,不仅带动了能源互联网相关领域的积极探索,也促进了能源互联网相关企业的广泛参与,能源互联网的神秘面纱已被揭开。

能源互联网落地的七大建议

我国能源互联网相关技术及产业目前还处于初级阶段,也是能源互联网初步发展的5周年,但能源互联网璀璨星空的实现需要不断地迭代,能源互联网“互联网+”的系统化思维及技术要求能源互联网的参与者需要全面、扎实的专业技术和创新知识。

在我国能源互联网信息流改造能源流的现有实践中,除了上述积极的成效外,也暴露出当前能源互联网“新陈代谢”价值生态构建过程的一些不足。为此,应进一步总结凝练,吸取经验,切中肯綮,以促进能源互联网“璀璨星空”的早日实现。因此,笔者提出以下建议,为下一步能源互联网的落地实践及理论发展提供参考。

深化能源互联网的市场体制改革,培育技术优化到实际落地的健康生态。

能源互联网,在技术理论上具备优良的技术经济性,但是能源互联网的理论计算往往基于诸多假设,包括隔墙售电的博弈、能源价格博弈、光伏指标竞争等体制机制的自由。同时,理论设计也不会涉及到实际落地过程中因政策变化带来的资本变动及撤离、过高用户容量或能源负荷的风险。进而,上述任一环节出现问题,能源互联网多主体之间的博弈将失衡,就会导致项目回报率的降低、延误甚至失败。

因此,要因时制宜,从国家层面要创造能源互联网技术优化到实际落地的体制机制,企业层面则要深度把握放管服、新电改、电力现货市场、碳市场等能源市场机制向好趋势;因地制宜,要充分基于项目地资源禀赋、负荷特征及体制机制,做好能源互联网落地前的顶层规划和市场设计,才能推动能源互联网项目的健康落地。

积极倡导能源互联网的大众参与,共筑能源互联网共建共赢的创新沃土。

“创新、协调、绿色、开放、共享”是能源互联网的指导方针。能源互联网作为能源产业发展的新形态,能源互联网具有集中式与分散式的架构特征,相关运营技术、商业模式还处于探索发展阶段。

因此,能源互联网的建设不光是国有企业或“重资产”的垄断,也有“轻资产”和民营企业的积极参与,要辩证好物理层重资产和信息层数据增值服务的价值关系;同时,能源互联网业态也不一定都是“大而全”的面面观,也完全可以做到“小而精”的立竿见影,需要能源互联网企业量体裁衣,区域级、城市级、园区级、楼宇级能源互联网各有价值所在。

因此,需要解放思想,充分理解“互联网+智慧能源”理念,探索多元化、面向用户对象的能源互联网场景范式及商业模式,创新能源互联网“产学研用政金”共建共赢生态,积极鼓励和倡导各类主体的广泛参与和差异化竞争,切实有效提升大众参与程度,进而搭建能源互联网的创新创业的健康生态。

抓好能源互联网关键技术的集成优化,释放不同行业技术跨界融合潜能。

能源互联网内涵与外延,涉及众多能源获取、传输、转化、存储与消费等相关技术的融合与交叉。

因此,首先要充分认识能源互联网中不同能源设备的运行机制、能效水平及营运模式,避免简单粗暴的“拿来主义”和“加减求和”。

其次,要基于总能系统“分配得当、各得其所、温度对口、梯级利用”的方法论,并充分考虑能源互联网各设备的运行约束,坚持集中式与分布式相结合,坚持设备容量、台数和运行策略的协调优化,做好多种异质能源与多类消费的多能互补、梯级利用、网络耦合、多元互动。

最后,应基于多目标、多属性的全局优化及综合评价方法,统筹协调,系统做好能源互联网项目的顶层设计,进而让理论成果尽可能地真正应用到实际工程的设计和运行,避免设备利用率低和不能灵活调度的诟病,进而充分释放能源互联网各元素“1+1+……+1>N”的优化潜力,真正提升能源互联网的能量-经济-环境-社会效益。

以能源互联网规划与运维平台为抓手,服务能源互联网的设计与运维。

各能源互联网企业应根据自身业务板块,切实掌握能源互联网及综合能源用户的需求,进而以能源互联网规划与运维平台为抓手,通过数字化技术实现能源系统“源网荷储”各环节能量流的贯通,打造信息物理“软实力”,增强多主体用户的互动粘性。

应切实做好能源互联网规划与运维平台“分析、挖掘、调控”的可操控性,避免平台仅停留在感知展示层面。

因此,需要在物理因果模型的创新基础上,结合大数据的相关分析技术,优选感知和操控变量,避免所有数据的冗余感知带来的计算代价。

其次,也应创新冷热电气等能源系统的标准化能源枢纽快速建模方法、短中长期负荷预测与功率预测技术、系统动态优化调控方法及策略和边缘计算技术。

最后,合理构建基于集中式与分布式的能源系统规划与运维平台,真正有效地做好信息流改造能源流的价值理念,充分挖掘多能互补集成优化系统、综合能源系统和能源互联网能源的数字化价值。

加快能源互联网相关标准的报批与制定,指导项目的规范设计与运行。

能源互联网物理层、信息层和价值层的新元素众多,如“能源路由器、虚拟电厂、虚拟储能、需求侧响应、电力现货市场”等等。

因此,不仅需要统一的表达方法,如名词术语、图形符号、单位及其文字符号等,去规范能源互联网的新技术,也需要严谨清晰描述“源网荷储”的能量设备及技术的计算方法和准入条件,还需要系统层次的设计规范、路径接口及评价指标等,才能更好推动能源互联网的规模化可持续发展。

国家标准化管理委员会和国家能源局非常关注能源互联网标准化工作,截止目前,能源互联网相关标准申报涵盖基础通用、系统平台、规划设计、运行互动、核心装备、评价监测和泛在互联等多个门类。但目前申报和批准数量还不能有力支撑能源互联网工程的建设。因此,应重视标准制定工作组的知识体系构成、编制效率和质量、编制门类多样竞争,进一步加强能源互联网的标准化工作效率,更好地服务能源互联网的规范设计与运行。

积极完善能源互联网的综合评价体系,量化信息流改造能源流的效益。

熵视域下,能量不仅是守恒的,而且存在能级匹配规律及特性的。同时,系统运行过程能源流将产生海量的信息流,因此,能源互联网可以看做是用信息的“负熵流”去改造、降低能源流的“正熵增”。

进而,如何构建以能源互联网的评价及优化体系,并科学量化能源互联网信息物理融合下不同环节的“信息熵”对“热力学熵”的改进优化程度,进而绘制能源互联网信息物理系系统以及管控平台的能流图、㶲流图以及系统运行状态图等,进而逐级精细、分块分层挖掘和展示能源互联网熵增熵减的环节及潜力,从而避免现有能源互联网能源管控系统能效指标停留在能量“数量”层次的问题,以及系统调度过程“能级匹配”优化空间不能挖掘及动态直观显示的短板。

从而更精准地搭建信息物理融合系统,优化能源系统架构及指导能源互联网相关项目的运行调度,将对能源互联网的全局优化、动态调度起到重要作用。

创新能源与信息融合的应用新模式,优化能源数字化手段及能效模式。

能源互联网信息流在改造物理层次能量流的过程中,信息化的过程涉及海量数据的感知、传输、存储、挖掘和交易,对信息化系统来讲,伴随着能源的消耗,以驱动信息化设备的计算和冷却计算过程释放的热量。

而随着高速、高频计算的能源互联网“源荷互动”需要以及能源互联网业态向数字经济下其它行业的快速融合,承载信息流计算及挖掘的数据中心、基站、CPU、能量路由器等等设备的数量和能耗将快速增长。

因此,为避免信息流改造能量流过程中附加能耗与物理层次能量流优化的矛盾,有必要研究能源互联网发展过程中,物理系统的高效感知、传输、挖掘、交易的数字化手段、设备及其能源供应模式,以尽可能地降低数字化附加能耗的增益,使其尽可能的小于其改造能量流的能效收益,最终才能有助于能源互联网总能效的提升。

脚踏实地:能源互联网落地七谏

图2 能源互联网的仰望星空与脚踏实地

“互联网+智慧能源”的建设,就是信息流改造能源流的过程,也是一个多学科深度交叉融合的过程。过去几年来,我国能源互联网发展的百花齐放的初级阶段,已经给我们积累了能源互联网先行先试的丰富经验。

仰望星空,看未来已来;士不可不弘毅,应脚踏实地。谨以此文献给清华大学能源互联网创新研究院成立5周年,也为能源互联网迷雾中的砥砺前行的从业者提供一点参考。

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