风能深周一 | 解码能源物联网
本周深度 | 解码能源物联网
当能源遇上物联网，物理世界的能源系统将在数字世界中被重构，能源将如风、光般自由来去，其释放的威力远超你我的想象。
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物联网：感知能源 触碰未来
物联网技术：让能源长出神经系统
商业模式：释放能源物联网价值的关键
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本文共5600字
阅读时间约15分钟
图文来源 |《风能》杂志2019年02期
作者 | 《风能》杂志 孙一琳 王芳 夏云峰
Part 1 | 物联网：感知能源 触碰未来
你能否想象数十年后的生活？
智能家居根据你的偏好营造舒适的居所 ；工作中你可以根据大数据分析给出的建议优化项目方案 ；出行、就医、购物、办理业务都无需等待，你的需求能迅速得到响应……总之，未来人类将生活在一个高度个性、智慧、开放的世界。全世界都在为实现这一目标不断探索。
物联网，作为新一代信息技术的高度集成和综合运用，电照风行般地出现在大家面前，成为当今经济发展的战略制高点，是各个国家构建社会新模式和提升国家长期竞争力的先导。2009 年，欧盟发布了《物联网——欧洲行动计划》，该计划描绘了欧洲物联网技术的应用前景。同年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。日本则通过各项减税政策刺激物联网产业的投资。
我国始终将物联网作为战略性新兴产业的一项重要组成部分予以高度重视，不断深化物联网在城市基础设施和生产经营中的应用。中国经济信息社发布的《2017—2018 年中国物联网发展年度报告》显示，2017 年全年物联网市场规模突破 1 万亿元，年复合增长率超过25％，预计2021年我国物联网平台支出将位居全球第一。
物联网的兴起证明了人类对世界的感知始终在不断进步，其中，对能源领域的感知极富意义。作为人类生存和发展的重要支撑因素，能源数千年来与人类的生活息息相关。历史上，每一次能源革命都伴随着人类科技的进步，如何在能源和社会生活之间建立顺畅、稳定、高效的联系是人类一直试图解决的问题。现在，能源物联网给出了很好的答案。
近年来，基于全球绿色环保低碳的共同愿景，各国都在积极发展可再生能源，其中分布式可再生能源由于清洁、高效、可靠等特点成为了发展的重点。但分布式能源系统在电网连接、电网安全、供电质量、能量储备等方面存在很多亟待解决的问题。
能源物联网将分布式能源发电、储能技术、电力电子技术和信息技术引入电力系统，可以实现能源的互联互通。同时把传统集中式的单向控制系统转变成小型分布式电网和大电网直接与消费者互动的能源系统，从而提高可再生能源的比重，实现多元能源的有效互联和高效利用。它涵盖了能源的生产、传输、变换、存储、运营、消费以及互联网大数据、人工智能等领域，是实现能源转型的重要手段。
能源物联网建设的意义和作用毋庸置疑，但由于基础设施条件尚不成熟，信息领域和能源领域之间的隔阂、部分技术支持不足以及网络信息安全存在潜在隐患等问题，其发展还存在一定限制。当前，能源物联网的应用尚处在起步阶段，大部分是试验性或小规模部署的，还在探索和尝试中。
比如欧盟推出的“智慧城市和社区计划”(Smart Cities and Communities Initiative)， 在 2012 年投入8100 万欧元用于支持交通和能源的试点项目，计划通过对能源的可持续利用和生产使温室气体排放量到 2020 年减少 40% ；今年 3 月，我国国家电网提出部署“泛在电力物联网”，计划到 2024 年基本建成泛在电力物联网。目前区域性大规模应用较少，物联网的优势也无法充分体现出来。
能源物联网的最终形态尚没有定论，但假以时日，物联网实现规模化、协同化发展，必将对人类生产生活产生革命性影响。物联网的应用无比广阔，唯一的限制就是你的想象。新一轮的变革早已开始，未来触手可及。
Part 2 | 物联网技术：让能源长出神经系统
从互联网到物联网，由低级到高级，由简单到复杂的地球神经网络，正在快速进化，地球将披上一层“电子皮肤”。它被凯文 · 凯利（Kevin Kelly，著名畅销书作家、科技思想家）称作第三代操作系统——The Mesh，万物网络化。作为一项技术手段，能源的物联网化也不例外，碎片化的能源将长出神经系统，将物理世界的能源系统在数字世界中重新统一融合。
现状 ：从互联网向智能化过渡
物联网技术是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。
其中，传感器、RFID、嵌入式系统技术是较为关键的技术。如果把物联网用人体做一个简单的比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等器官，网络就是用来传递信息的神经系统，嵌入式系统则要接收到信息后进行分类处理，相当于人的大脑。
事实上，能源物联网依托的仍然是互联网技术，它通过大数据、云计算、人工智能等，为解决系统协同、实现可再生能源高比例开发、大幅度提高能源利用效率，提供有力的技术支持。
中国科学院院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信强调，能源物联网促进能源和信息的深度融合，在技术之外，理念和思维方式的融合也很重要。需要学习互联网的思维方式，来改造传统的电力系统。
中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南认为，我国能源物联网正处于互联网向智能化过渡阶段。有专业人士认为，物联网技术的突破正从垂直与水平两个维度展开，不同解决方案应对不同的行业需求，联通垂直产业链和构建横向平台，解决端到端的技术网络。
重点 ：电力系统成为主题
“电力系统越来越成为能源物联网的主题，由于新能源的不可控性和分散性，能量流和信息流的交互形成一条控制的系统，构建低功耗、快速响应的网络，能源物联网就应运而生。”长沙理工大学、长江学者特聘教授曾祥君表示，这一网络对电力系统的“塑形”表现在：一方面，电源的技术，多种分布式能源协同控制，电力电子变换，能源存储，微电网建设等；另一方面，电网技术需要考虑伴随着能源转型的新一代电力系统，即高比例可再生能源接入，高比例电力电子设备接入，多能互补，形成信息物理高度融合的电力系统设计。
说到人工智能技术在电力系统方面的应用，周孝信表示，这需要价格非常低、能耗非常小、安装非常方便的传感器。这个传感器本身是带模块的，今后可用成熟的 5G 技术参数，将广泛的信息收集起来，建设一个包括大数据分析、云计算、人工智能算法的应用平台，在此基础上，实现各种各样的应用。
中车株洲所电器技术与材料工程研究院副院长陈高华认为 ：未来的电网应该更加坚强和安全。一是得益于互联网中央自动调度系统，二是每个发电单位或者用电单元，在电网系统里面应该有一个自律的小系统控制技术，具有低电压穿越、零电压穿越，甚至孤岛等基本技术。“未来，电网要够安全、够灵活，电网需要供电的时候供电方就会供电，需要有功（电量）就能提供有功，需要无功（电量）就能提供无功，这些通过网络可以实现，万一网络断掉了，小单元要能够在自律控制下保证电网的安全。”
中国工程院院士、中车株洲所首席科学家丁荣军表示，大电网和分布式发电系统相结合将成为今后的趋势。“比如地铁就可以做成一个小型物联网。把电梯、通风、照明等系统设计成有机的整体，通过对地铁制动等产生的能量加以利用，可能会做到很节能。”
清华大学能源互联网研究院博士、助理研究员蔡元纪在接受《风能》记者采访时表示，我国电力系统的科研实力是国际一流的，尤其是在大电网方面，但对于分布式能源，如何集群、如何通信、如何调控，还没有形成技术优势 ；此外，对于储能、材料等关键技术，我国还处在模仿、试点的阶段，缺乏相关的基础性研究。
难点 ：应用取决于多方因素
物联网本身是技术手段，相比于 PC 时代，产业链更长、更广，能否在能源行业得到应用，也面临更多技术挑战。
“能源物联网是未来大能源系统技术体系重构的变革，但当前在具体实物层面还存在一定困难。由于行业割裂、基础设施条件以及部分技术支持不成熟等问题，能源物联网发展不可能一蹴而就。”中车株洲电力机车研究所有限公司董事、副总经理兼总工程师冯江华表示。
首先要求数据自动化程度要高。包括设备、生产线、工艺等方面的数据都能放到物联网上 ；二是数据化基础要做好，外部行业的数据能够接入，只有在打通各个环节的数据后，才能进入智能化。”在北京大学页岩油气研究所副所长陈学义看来，智能化就是一个系统，如果不把数据流打通，短路肯定智慧不了。
此外，能源物联网的规模化发展还存在许多非技术因素。冯江华表示，技术的创新与推广涉及环境方面的问题，也涉及各个方面的利益。
从市场角度看，世界知名的通信技术专家、Enigmaltics 顾问公司董事长丹尼尔 · 道金（Daniel Dobkin）博士认为，物联网面临的技术挑战主要是由经济问题造成的。他说 ：“监测对象的价值决定了你可以为其监测投入的成本。创造和获取内容的成本很低，当无须考虑投资回报的问题时，物联网才会迅速发展。”他举了一个例子，人们为获得手机中的信息而忽略为手机充电的花费。
从学术角度讲，“在市场化的环境下，日本、丹麦、德国等能够较容易地将单品种、单接点、单领域连接成为一个复杂的系统，而我国行业领域学科越分越细，越来越苛刻，其实阻碍了前沿技术的交叉和行业的融合。除此之外，现存的专业人才极其缺乏，人才只存在于大学、实验室和少量非常尖端的公司。”陈学义对此表示。
安全 ：需要特别重视
安全性一直是悬在物联网发展头顶的达摩克利斯之剑，而这把剑对于能源物联网同样具有很大的威胁。
有专家介绍，我国节能装备国产化率不到 20%，有些材料完全是国外的，电子设计自动化（EDA）的设计工具、大工业终端设备用到的操作系统，工业软件、硬件平台几乎全是国外的，整个芯片产业制造工艺非常薄弱。对此，倪光南强调，“尽可能用自主可控的技术，我国网络的信息系统才能可靠，要不别人卡你。”曾祥君也表示 ：“能源物联网建起来之后，所有的终端用户、电动汽车、光伏、风电随时能接入电网，信息流、能量流之间耦合并同时使用，整个电网能量供应体系都将存在安全风险。”
对此，周孝信也呼吁，关键技术一定得掌握在自己手里，比如指导电力系统运行的分析软件就非常重要。“今后一段时期，加快推进国产自主可控替代计划、构建安全可控的信息技术体系，将会成为一个常态，逐步实现操作系统和高端服务器、数据、关键模块在关键领域的替代。”
Part 3 | 商业模式：释放能源物联网价值的关键
公开资料显示，到 2020 年，中国物联网产业的市场规模将达到 2 万亿元。其中，能源物联网核心产业的规模有望超过 3000 亿元。然而，这些价值要真正得以转化，离不开多元化的商业模式作为支撑，它也是任何新的应用和解决方案走向成熟的重要标志之一。
目前，从全球范围来看，随着软硬件设施的快速发展，能源物联网的应用正在从示范运营走向规模化推广，具体项目在世界各地不断涌现，催生出一系列全新的商业模式。中国也在这方面开展了很多探索，并取得初步成果。尤其是电力体制改革的加速推进以及分布式能源的爆发，为能源物联网应用的商业模式创新提供了巨大空间。
售卖硬件产品。在能源物联网的世界中，一些传统的商业模式被彻底颠覆，一个尝试是将硬件产品的付费方和使用方分离，前者着眼于挖掘数据资源，后者则免费使用该产品。这方面的典型案例是 Google 旗下的智能家居公司 NestLabs 曾与电力公司合作推出商业方案，如果消费者与该电力公司签署两年合约，就可以免费得到 NestLabs 的温度控制产品。NestLabs 的硬件产品付费方由消费者转变成电力公司，而后者看重的是 NestLabs使用者的用电大数据，NestLabs 的价值则转移到数据资源上。
提供一体化解决方案。这也是目前发展较快的能源物联网商业模式之一，主要针对工业、商业以及家庭等用户，基于人工智能、区块链、大数据等技术，打通能源发电、储能、配网、用能环节，使能源流、信息流、价值流，以及能源设备在互动、共享的智慧能源网络中高度互连，实现能源互联一体化管控，帮助用户提升能源利用效率。这方面比较有代表性的案例是天合光能股份有限公司推出的能源物联网解决方案，包括多能互补合作模式、光伏 + 储能合作模式、智能微网合作模式等。多能互补合作模式是结合地区资源禀赋，整合三联供、地源水源热泵和相变储能等技术，因地制宜提供能源一体化解决方案，结合相变储能系统，充分利用能源价格的峰谷差，最大限度提高能源消费的经济性。光伏 + 储能合作模式立足于为发电侧提供调频、调压、调峰、备用容量等辅助服务，为用户侧进行削峰填谷、电能质量保障、备用能源服务，同时也能够保障分布式发电系统平滑输出，以确保出力稳定。依托智能微网合作模式，能够根据项目特点定制化设计基于“发－储－配－用－云”的整体解决方案，使区域内的用户获得高效、稳定、优惠的能源供应。
进行能源产品交易，包括电力的批发和零售、虚拟电厂、售气、供暖、电动汽车的购电等。随着我国售电环节的逐步放开，这部分业务规模有望迅速扩大，不仅涵盖现货和期货交易，还会延伸至金融交易。
提供能源资产服务，包括能源资产的代理、运营服务，能源资产的开发和交易、能源资产证券化的互联网金融，能源资产的电子商务等。例如，国内的远景能源就通过其开发的EnOS™ 平台，管理着包括美国最大的独立新能源运营商 Pattern 能源、Orion 能源、美国大西洋电力公司等在内的大量全球新能源资产。
提供能源增值服务。这类模式主要是结合用户的用能情况、生产生活规律等信息，进行模式识别、特征提取、行为分析等，建立客户行为档案，提供精准服务，包括基于大数据的用能咨询、能效产品销售、节能解决方案、O2O 商业消费等。比如，智能电网大数据技术公司 AutoGrid 开发了一套能源数据平台（EDP），借助它，社区、企业以及家庭可以使用大数据和基于云的软件来优化能源消耗和成本。
同时，它还能够帮助电网各端匹配电力的供应和需求，从而降低用电成本。从以上的梳理可以看出，当前，能源物联网的应用在广度和深度上都有待进一步深挖，已有的商业模式还较为单薄，难以支撑整个市场的长期繁荣。要改变这种局面，既需要业界加大创新力度，探索更多可能的发展方向，政府部门也必须加快改革步伐，在政策层面提供更多支持措施。
／End.
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