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推进互联网与能源融合,引领能源生产和消费革命
崔颖
2015-07-31  来源:泰尔网

 

  能源是国民经济的基础产业,是经济社会发展命脉,事关国家经济社会发展全局。互联网与能源融合是重塑全球能源竞争新格局的重要契机,是实现能源绿色可持续发展的内在要求,是推动能源生产和消费革命的强劲引擎。

   一、互联网为推进能源革命提供必要支撑

  《指导意见》从能源生产、运输、消费各个环节,与互联网进行深度融合,实现从生产到消费的全方位变革,对我国能源发展具有重大意义。互联网为解决能源利用效率不高、供需不匹配、产业活力不足等问题提供了必要的技术支撑。

  (一)适应全球能源发展环境和发展模式变化的战略抉择

  当前全球经济快速发展,能源需求日趋增加,要素和环境约束趋紧,高耗能高污染的生产和消费对生态环境破坏严重,环境承载能力接近极限,传统能源生产和消费模式难以为继,全球能源发展方式需要从粗放式发展向可持续发展转变。我国是全球雾霾影响最严重、温室气体排放最多的国家,面临的调整结构、提高能效、改善环境和保障能源安全的压力进一步加大,形势极其紧迫。互联网为能源转型发展提供技术支撑,从生产、传输、消费各环节进行变革,顺应了能源发展的趋势。

  (二)解决我国能源总量和能源结构问题的重要手段

  我国能源发展面临总量失衡、结构矛盾、效率偏低、体制障碍等一系列问题,矛盾突出,形势非常紧迫。第一,能源供需总量失衡,对外依存度高。我国能源生产和消费总量均为全球第一,石油对外依存度已超过60%,天然气对外依存度超过30%。第二,能源结构性矛盾突出,我国能源以煤炭为主,占比高达64.2%,比世界平均水平高出32个百分点,同时,可再生能源利用率偏低,弃水、弃风、弃光现象时有发生,2014年,我国非化石能源占一次能源消费比重仅为11.1%,而美国已经达到14.3%,德国更是高达25.8%。第三,能源利用效率偏低,2013年单位GDP能耗我国是世界平均水平的1.8倍,是美国的2.3倍,日本的3.8倍。第四,市场化机制不足,目前能源价格以政府定价为主,市场化定价机制尚未形成,供需难以有效对接,能源产业活力没有释放。互联网与能源融合,一方面可以基于互联网进行能源监测、调度和管理,提高可再生能源的入网比例,实现供能方式多元化,优化能源结构;另一方面可以基于互联网进行能源的公平交易、高效管理和精准服务,促使供需对接,实现能源按需流动,促进资源的节约和高效利用,降低能源消耗总量。

  (三)能源体制机制市场化改革的突破口

  当前能源领域市场化不足,价格关系没有理顺,市场化定价机制尚未完全形成。现行电价管理仍以政府定价为主,电价调整往往滞后于成本变化,难以及时并合理反映用电成本、市场供求状况、资源稀缺程度和环境保护支出。售电侧有效竞争机制尚未建立,发电企业和用户之间市场交易有限。2014年,国务院办公厅发布《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》,提出要重点发展清洁能源,推进电力体制改革。2015年3月,国务院发布9号文《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,提出要放开管制、打破垄断、实现发电侧和售电侧的主体多元化。系列文件的出台标志着我国能源体制机制改革跨入历史新起点,“互联网+”智慧能源将是能源体制机制市场化的突破口,搭建基于互联网的能源交易平台,实现能源市场主体多元化,能源价格通过协商、市场竞价等方式自主确定。

  二、“互联网+”智慧能源重点聚焦四大方向

  “互联网+”智慧能源行动的重点任务可概括为四个“新”:一是打造能源生产新手段,二是建设分布式能源新网络,三是探索能源消费新模式,四是统筹部署电网和通信网深度融合的新基础设施。

  (一)打造能源生产新手段,实现能源高效智能生产

  能源产业链上下游企业信息共享不足,一些地区电厂生产与电网规划信息不共享,导致电厂生产能力超过电网输送能力,出现窝电现象。因此,《指导意见》提出要“建立能源生产运行的监测、管理和调度信息公共服务网络,加强能源产业链上下游企业的信息对接。”通过建立基于互联网的能源生产调度信息公共平台,可促进电厂之间、电厂与电网信息对接,有效支撑电厂生产和电网规划决策,实现能源高效资源配置和供应多元化,减少弃水弃风弃光和窝电现象,提高能源生产和利用效率。

  能源生产智能化可大幅提高能源生产效率和安全稳定运行水平。因此鼓励能源企业建设智能工厂,运用大数据技术对设备状态、电能负载等数据进行分析挖掘与预测,开展精准调度、故障判断和预测性维护,提高能源利用效率和安全稳定运行水平。例如,南京金陵电厂采用GE的大数据解决方案,内嵌了60种分析模块,对燃机性能进行全生命周期预测,实现故障判断和预测性维护。远景能源公司每天处理将近TB的数据,通过风功率预测、风机亚健康诊断、在线振动监测等功能,减少风电场发电量损失15%以上,提升投资收益20%以上。

  (二)建设分布式能源新网络,最大限度接入可再生能源

  可再生能源存在地理上分散,发电具有不连续、随机性、波动性和不可控等特点,传统电力网络集中统一的管理方式,难于适应可再生能源大规模利用的要求。当前风能、太阳能等可再生能源接入电网的比例不足3%,存在严重的弃风弃光现象。对于可再生能源的有效利用方式是“就地收集,就地存储,就地使用”,因此建设太阳能、风能等可再生能源为主体的多能源协调互补的能源互联网,提高可再生能源入网比例,对优化我国能源结构具有极大促进作用。例如,天津中新生态城综合利用风、光、地热、冰蓄冷等多种能源,建设“光伏、风力、储能”三合一的实时协调控制的智能微电网系统,分布式清洁能源每月上网的发电量达到130万度,基本满足了生态城所有居民的用电量,清洁能源就地消纳率达100%。

  能源互联网最大的特征是能源网络的民主化和去中心化,未来每个微型能源网络都将成为能源互联网的一个节点,能量可以在任意节点之间流动。在这个过程中,需突破分布式发电、储能、智能微网、主动配电网等关键技术。在传统电网的基础上,能源互联网重点发展分布式微型能源网络,将分布式发电、储能、智能变电和智能用电等设备组成的微型能源网络设备互联起来,且每个微网可以并网运行或离网运行。为此,需要构建智能化电力运行监测、管理技术平台,使电力设备和用电终端基于互联网进行双向通信和智能调控,从而实现分布式电源的及时有效接入。例如,特斯拉2015年5月发布了一款全新的产品,名为“电力墙”的电池系统。能源墙是一款可充放式锂电池,家用电力墙持续电量2KW,峰值电量3kW,充放电能效大于92%。这套用电系统通过两种方式给自己充电,一是离网运行,通过屋顶的太阳能电池板,作为电力墙的电力来源;二是并网运行,通过接入普通电网给电力墙充电。能源墙一方面停电时可作为备用供电系统来使用,另一方面用户可参与削峰填谷,在白天、夜晚等用电高峰期使用该电池的电能,而在深夜的用电低谷期对电池充电,从而更多使用低电价时段的电能,降低家庭用能成本。

  (三) 探索能源消费新模式,发展能源交易与需求侧管理

  当前能源市场化定价机制尚未完全形成,发电企业和用户之间市场交易有限,因此《指导意见》提出要“开展绿色电力交易服务区域试点”,使能源供应方和需求方可在能源交易服务平台进行交易,用户根据自身用能需求选择供应方直接购电,协定购电量和购电价格。在此过程中,智能电网作为配送平台,电子商务作为交易平台,可同时结合碳交易市场于一体,实现能源实时配送和补贴结算。供需双方通过能源交易服务平台,实时发布能源供应和消费信息,实现能源供给侧与需求侧数据对接,形成开放化竞争性市场,推进能源生产和消费协调匹配,极大提高能源配置效率。例如,德国部分地区消费者能够将多余的能源在交易平台上出售,用户从消费者变为既是生产者又是消费者,目前已有15%的电能交易是在电力交易平台上完成的,而我国交易模式还较为单一。

  推进电能替代技术的应用,推广电力需求侧管理,能够大幅提高能源利用效率。因此要推广具有数据采集、联网互动、远程控制等功能的智能家电、储能设施、电动汽车、港口岸电以及其他智能设备。例如,一艘中型集装箱船靠港期间排放的PM2.5污染物,相当于50万辆重型货车的排放量,接入港口岸电,能使船舶每次靠港减少95%的污染物。推广电力需求侧管理,根据电价高低实时调整充放电方案,在用电低谷期给设备充电,在用电高峰期将多余电能输送给其他设备,从而实现削峰填谷。

  (四) 统筹部署电网和通信网深度融合的新基础设施

  电网和通信网分别建设可能造成一些资源浪费,发展基于电网的通信设施,能够实现电网和通信网的同缆传输、共建共享,避免重复建设。北京开展10万户电力光纤到户建设,实现能源流与信息流同步传输,用户可实时查询用电量、重要电器使用情况,可节能20%。

  电力光纤能够满足多业务需求,通过智能电表和智能用电设备,依托智能电网,可以发展家庭能效管理等多种新型业务,实现家庭能效分析评估、能源使用可视化管理、用能情况分析、家电运行控制、节能目标预测与控制、用能优化策略和能源管理决策支持。例如,美国售电市场中50家最大的售电公司中,有27家都是Opower的用户,Opower拥有37%美国家庭的能源消费数据,通过数据分析为售电公司和用户提供节能分析报告。

  作者简介

  崔颖:中国信息通信研究院泰尔规划研究所工程师,主要从事智慧城市、物联网、信息化应用等领域相关政策规划及产业研究工作。




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