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当前物联网在能源行业的应用主要集中在智能电网、智能家居、智慧能源管理系统、智能合约（智能电表）和智慧能源环保等方面。而智能电表是物联网流行的应用之一，可以实现远程抄表、监测，提升利用效率，减少能源损耗等。可以节省运营成本，能够快速、准确地收集电力消耗的数据。 欧盟委员会提出，到2020年，欧洲80%的家庭必须安装智能电表。美国、德国等发达国家正在积极安装智能电表，这是因为智能电表的部署将改善向消费者提供的公用事业服务，同时也将帮助政府实现能效目标并减少碳排放。“德国高科技策略”2006年颁布并实施，然而这一政策不断更新变化。德国智能基础设施的大规模发展始于2016年，当时采用的德国能源数字化法案，其主要目的是向分布式数字电网过渡。2014年，德国联邦经济和能源部计算出，使用智能电网可以将该国的电力传输成本降低40%。 日本东京电力公司委托瑞士电表厂商Landis+Gyr架设的智能电网已是目前全世界规模最大的公用事业物联网工程，这项电网工程预定于2020年完工。负责架设东京电力公司智能电网工程的Landis+Gyr目前已完成1000万套智能电表与装置的安装。当电网部署完成后，将涵盖超过2700万套电表以及其他物联网装置。这套电网系统使用了Landis+Gyr的IPv6多重技术网络，并透过RFMesh、G3PLC以及蜂巢式网络通讯技术所提供的Wi-SUN联机，连接公用事业及消费者装置。目前东京电力公司智能电网每天可传输5.13亿笔读取数据，并且还在向13亿笔的目标迈进，而这所有的信息都会通过Landis+Gyr的前端（head-end）系统以及电网数据管理解决方案进行处理。 （四）信息通信技术实现分散电源的协调和管理 虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统，在欧美国家已经相当的成熟。 基于虚拟电厂的理论研究，国外相继开展了一系列虚拟电厂工程示范项目。2005～2009年，在欧盟第6框架计划下，由来自欧盟8个国家的20个研究机构和组织合作实施和开展了FENIX项目，旨在将大量的分布式电源聚合成虚拟电厂并使未来欧盟的供电系统具有更高的稳定性、安全性和可持续性。 在解决由新能源的分散性所带来的发电量不可控的问题上，利用信息技术可以将分散的新能源发电单元协调组织起来，形成一个大型的虚拟电场。德国初创公司Next Kraftwerke运营着一个集中控制的“虚拟发电厂”，目前已经接入4000多个新能源发电单元，总体发电功率已经达到2.7吉瓦，相当于几个核电站。其运行模式是在每个发电单元上安装一个叫作“Next Box”的通信和控制组件，Next Box通过一个专门的加密GPRS（通用分组无线服务）信道与中央服务器相连，一方面将发电单元的实时数据传送到中央服务器，另一方面接收服务器的控制指令，这样就可以对电网以及电力市场进行实时响应。2017年Next公司三分之一的股份被荷兰公用事业公司Eneco收购。Eneco公司正在为虚拟发电厂开发家用电池网络，采用CrowdNett家用电池产品平台，此平台可以作为一个基于云计算的虚拟电厂管理系统，该系统可以将其太阳能优化器和逆变器机群变成分布式能源控制平台的节点。 03结语 近年来，移动互联网、大数据、云计算、物联网等数字信息技术得到迅猛发展，能源数字技术成为引领能源产业变革、实现创新驱动发展的源动力，综观国际能源数字化格局，能源将逐步向低碳化、清洁化、分散化和智能化转型。对此，欧盟、美国、日本都提出了高比例发展非化石能源的战略目标，大力发展低碳能源领域的新材料、新工艺、新技术，特别是与信息技术与数字技术的深度融合，抢占未来能源科技的战略制高点。例如在欧盟科研创新资助计划“地平线2020”2018～2020年度支出方案中，“低碳和适应气候变化的未来”领域将获33亿欧元预算，按年度工作计划，可再生能源、能效建筑、电动运输和储存方案4个清洁能源领域的项目将获22亿欧元拨款。英国投入2800万英镑资助可再生能源创新、低碳工业创新、核能创新等能源创新项目，作为能源创新计划(2016～2021年)的一部分。 随着数字化技术与能源行业的高度融合，能源发展也日趋分散化和智能化。智能化发展可以基于海量大数据分析和人工智能为能源行业提供技术、经验和有价值的信息，大幅提高能源各领域的效率、降低成本，提高能源行业的竞争力。例如，在石油勘探领域智能机器人的应用，将解禁全球之前大量无法开采或者高成本开采的油气田，全球能源可开采量将发生巨大变化。同时，智能化电网系统的应用发展将可以实现对电力系统实时监测、分析、分配和决策等，实现电力分配、使用的效率最大化。 此外，分布式能源具有利用效率高、环境负面影响小、经济效益好以及功能可靠性高等特点，是未来能源发展的重要方向，将在电力系统转型发展中发挥重要的作用。特别是发展移动（或固定）分布式的低碳能源网络，如建筑、人、车、包等既是能源的消耗者，又可成为能源的生产者，与集中式的智能能源网（集成电、热、冷、水、气象网）结合并互动，以大数据等信息技术管理，实现横向的多能互补与纵向的“源—网—荷—储—用”优化结合，提供多样化的电能服务并提高能源利用的综合效率。 参考文献： [1]杜祥琬.能源科技发展前沿及未来方向[J].科学通报,2017,62(08):780-784. [2]引领新ICT，共建全球能源互联网[EB/OL]. [3]Microgrids and the blockchain are powering our energy future [EB/OL]. https://www.wired.co.uk/article/microgrids-wired-energy. [4]ARTIFICIAL INTELLIGENCE IN RENEWABLE ENERGY SYSTEMS MODELLING AND PREDICTION. [EB/OL].https://pdfs.semanticscholar.org/03b8/41188867d4fdbaee5ccb056901f506dcf70e. [5]Передавать с умом[EB/OL]. [6]Цифровизация энергетики:международ ный опыт и взгляд в будущее[EB/OL]. 原文首发于《电力决策与舆情参考》2019年9月13日第34、35期 |
