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这一情绪自然也蔓延到了能源领域,近期围绕互联网能源概念的论坛和会议轮番召开,与会者有时自说自话,有时争论不已,很明显,业界对这一概念尚未形成权威性的认知。但在较为一致的观点中,互联网能源被理解为是以智能电网为基础的开放、互联和能量交换的网络系统。
互联网能源之所以被能源界关注,肇始于美国未来学家里夫金对即将到来的“第三次工业革命”的判断,里夫金认为,把互联网技术与可再生能源相结合,在能源开采、配送和利用上从传统的集中式变为智能化的分散式,从而将全球的电网变成能源共享网络。在他看来,这种能源和通信技术相结合所推动的第三次工业革命,最终将使人类的商业模式和社会模式发生翻天覆地的变化。
里夫金所描述的这一前景非常诱人,逻辑上看也顺理成章,于是第三次工业革命在国内引起了强烈反响,一时间,里夫金本人也得到了各种头衔:经济学家、科学家、趋势学家等等,拥趸者众。
然而,人们似乎忽略了一个前提,即里夫金所描述的第三次工业革命发生的两个基本假设――传统能源价格的不断攀升和可再生能源价格的逐步下降,只有同时满足这两个条件,第三次工业革命才可能出现。
毫无疑问,可再生能源价格下降是一种趋势,但传统化石能源价格能否不断攀升,尤其是短期内能否上涨,还存在诸多不确定性。若传统能源价格不升反降,那么目前得出以互联网能源为基础的第三次工业革命即将发生的结论,就会出现逻辑错误。
传统化石能源主要指的是油气和煤炭。先看天然气的价格,自几年前美国页岩气被大量开采出来之后,国际天然气市场的基本面就发生了根本改变,美国气价大幅下跌并长期低迷。美国这个最大消费国的天然气自给,导致中东天然气处于相对富余状态,气价上涨乏力。
与天然气相比,国际油价长期处于高位运行,但受经济增长预期的影响,近期油价大幅下挫,即便是在中东产油国受到极端势力影响的背景下,国际油价依然出现了将近30%的跌幅。对于油价的走势,分歧较多,多数观点认为当前的价格只是短期现象,长期趋势依然看涨。
事实上,原油是否告别了低价时代,也应当辩证看待。自布雷顿森林体系(1944年)以来,若以美元计价,国际原油价格上涨了近50倍,但以黄金计价,这一价格仅上涨了不足20%。之所以当前90美元/桶的原油价格显得较高,很大程度上跟美元贬值有关。
关键词:能源互联网 特高压电网 清洁能源
中图分类号:TM75 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)11(c)-0008-02
全球能源互联网充分利用特高压输电网,大规模地输送清洁能源,是一个清洁能源的平台,就某一个国家或区域很难实现,各个国家能源资源不同,能源利用情况不同,只有实现能源合作才能达到共赢的目标。随着人们利用能源观念的逐步转变,优化现有能源利用结构,即逐步减少化石能源的消耗,增加以风电、光伏为主的清洁能源的利用率,是当前世界各国需要做的。建立全球能源互联网是当今世界发展的趋势,全球能源互联网有助于提高清洁能源利用率,通过建设特高压电网来改善现有电网,使清洁能源发展方向更加明确,“一极一道”等清洁能源富集区的能源利用成为可能,全球电网的联网规模逐步加大。
1 全球智能电网发展现状
美国西北太平洋智能电网项目:投资1.8亿美元,涉及6万用户,覆盖储能、需求响应、可再生能源并网等多个领域。
德国“E-Energy”计划:投资约1.4亿欧元,建设6个示范项目。
韩国济州岛智能电网项目:投资2.32亿美元,面积185 km2,7 000个家庭,最大负荷1.8万kW,可再生能源装机5~6 MW,占当地总装机30%。
1.1 世界清洁能源发展迅猛
(1)风电:风机技术不断突破,风功率预测精度大幅提升最大单机容量已达8 MW,低速风机最低年均风速降至5.2 m/s左右,智能风机发电效率提升15%~20%,风功率预测系统适用于多种地形和气候,精度达85%以上。1998―2013年风力发电机组主要指标变化情况如图1所示[1]。
(2)太阳能发电。
晶硅电池:转化效率20%。
薄膜电池:转化效率15%。钙钛矿型太阳能电池转化效率19.6%,未来有望达到50%。
光热发电:超临界技术可将发电效率从25%提升到30%以上,配置储能装置可实现24 h连续发电。
1.2 大电网互联成为重要发展方向
中国互联电网实现除台湾外全国互联,2020年,将形成“三华”同步电网,目前“三华”地区:面积268万km2。
装机:6.7亿kW,GDP:7.7万亿美元。
总之,构建全球能源互联网符合人类共同利益和世界能源利用发展规律,其中的特高压输变电技术、智能电网技术和清洁能源利用技术已经得到了较快的发展,目前已经建成的和即将建成的欧亚大陆特高压输电网是全球能源互联网的重要组成部分,基于现有的工程实践,新技术的广泛应用,构建全球能源互联网是可行的。
能源的使用变革必须以更广阔的视野来看待,可持续发展是未来能源利用的基础。美国著名学者杰里米・里夫金在其新著《第三次工业革命》一书中,提出了能源互联的构想[2],关于能源互联的构想主要是从哲学和经济学层面提出的,只是一种新能源经济思维。“互联网技术与可再生能源融合”的提法是无可非议的,但具体的结合却必须由专业人员根据技术特性和实际需要确定。基于我国的实际能源结构和电网分布特点,刘振亚先生提出了“全球能源互联网”的发展构想,并结合我国特有的实际情况,发展了能源互联网概念,给出了全球能源互联网发展的科学方向。
2 构建全球能源互联网的必要性
能源利用的可持续性要求加快推进电能替代和清洁能源替代化石能源。要实现这“两个替代”,关键在于如何大规模输送清洁能源,合理建设特高压网络,随着“两个替代”的加快推进,越来越多的化石能源被清洁能源所代替,电能消耗越来越大,电网逐步成为能源利用的平台,这样能有效促进各国电网之间的互联,有利于逐步实现全球能源互联网,使清洁能源得到最广泛的应用。
3 全球能源互联网可行性分析
全球能源互联网的可行性分析如下:一方面,随着大气环境的逐步恶化,人们对清洁能源的开发越来越迫切,因此,清洁能源开发的相关技术会快速发展,未来世界将是以清洁能源为主的世界,化石能源只是作为备用而存在。另一方面,随着我国和世界各国大力发展智能电网技术,例如,美国大力发展智能电网技术,欧洲大力发展智能配电技术,尤其是特高压技术,必将使清洁能源的大规模转移成为可能[3]。
多年来,世界各国都不同程度地研发特高压和直流输电技术,目前特高压和直流输电是不同区域和国家之间电网能量传输的基本配置。前苏联研究了特高压输电技术,建立了从西伯利亚到莫斯科的1 000 kV特高压输电线,但是由于绝缘技术落后,降压到5 00 kV运行,但是该项目的投产为特高压的发展奠定了最初的基础,使人们意识到特高压绝缘技术是特高压发展的瓶颈,需投入大量的人力和物力进行相关研究。美国、日本等发达国家在特高压相关设备方面投入了大量的研究和开发。我国目前建设和投入运行了3条1 000 kV特高压输电线路,在运在建特高压输电线路长度近1.6万km,变电(换流)容量近1.6亿kW,建设和投入运行了4条正负800kV直流输电线路,而且和巴西签订了两条正负800 kV直流电线路建设合同,说明特高压在全球是可行的[4]。
4 结语
综上所述,全球能源互联网的发展是世界能源利用发展的必然结果,特高压技术是全球能源互联网发展的骨架和基础,现有的特高压建设实践证明了特高压电网建设和运行的可行性,也间接证明了建设全球能源互联网的可行性。
参考文献
[1] 刘振亚.全球能源互联网[M].北京:中国电力出版社,2015.
[2] (美)杰里米・里夫金.第三次工业革命[M].北京:中信出版社,2012.
[3] 刘振亚.中国电力与能源[M].北京:中国电力出版社,2012.
2015年7月初,国务院对外了《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,提出了基于互联网的新经济业态发展目标,并将“智慧能源”作为11个“互联网+”具体行动之一,首次将智慧能源提升至战略高度。“互联网+”智慧能源,其实质就是“能源互联网”,即依托互联网、新能源和可再生能源技术的融合,借助能源物理网和互联网平台,实现整个能源系统效率的最优化。
“互联网+”智慧能源对电力公司推进智能电网发展具有积极的推动作用,其在分布式电源及微电网、工业用电需求侧管理、家庭智能用能、电动汽车充换电等智能用电领域将对电力公司产生积极影响。
一是鼓励数据挖掘与预测,有利于智能用电功能拓展
《指导意见》鼓励能源企业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,有利于电网公司构建强大的基础数据资源池,通过对客户端电能负载的实时采集、分析挖掘和大数据分析,借助现有多业务应用平台,开展综合性智能用电功能拓展,提高能源利用效率。
二是建设分布式能源网络,有利于公司智能配网创新
《指导意见》要求建设多能源协调互补的能源互联网,将有利于电网公司发挥分布式发电、储能智能微网、主动配电网等关键技术上的领先优势,构建电力设备和用电终端双向通信和智能调控,逐步建成开放共享的能源网络,实现科技创新和清洁发展,实现互联网、新能源和可再生能源技术的融合与创新。
三是探索能源消费新模式,有利于电能替代技术发展
《指导意见》进一步认可电能替念,要求推进电动汽车、港口岸电等电能替代技术的应用,推广电力需求侧管理,开展绿色电力交易服务区域试点,提高能源利用效率。将有利于电力公司加强能源生产和消费协调匹配,必将推动电网公司电动汽车和电能替代技术应用和产业发展,提升企业竞争力,并促进节能减排。
四是客户平台业务创新,有利于创新项目运营模式
《指导意见》明确提出能源系统扁平化、用电设施智能化改造的产业转型目标。用电设备数字化、网络化、智能化的发展,以及云计算、多维度数据采集技术的广泛应用,有利于电网公司充分利用开放性、互动性、实时性平台进一步创新和拓展业务模式,发展家庭能效管理等新型业务,创新个性化定制服务和能效管理新模式,构建共建共享的智能电网运营新模式。
五是推进光纤到户工程,有利于提升盈利增长预期
《指导意见》要求发展基于电网的通信设施和新型业务,推进电力光纤到户工程,实现同缆传输和多网融合。有利于电网公司打破行业壁垒,树立互联网创新思维,将智能运维、电力服务、数据信息和电子商务等要素资源进行融合创新,打造新的盈利增长点。但在多网融合、共建共享、通信质量等方面将面临巨大挑战。
互联网经济孕育了新型经济业态,为企业、个人提供了大众创新创业的平台,同时对传统经济进行渗透、变革,带动传统产业转型升级。电网公司在工作中,应以价值创造为主线,统筹各方资源,全面推动“电网企业”向“现代能源综合服务企业”转型,承载能源革命,促进产业革命,支撑国家经济社会转型发展。
一是要加快关键技术研究,支撑智能用电科学发展。实施创新驱动发展战略,抓住国家推进智慧能源建设的新机遇,开展电力光纤同缆传输、一体化公共服务网络、分布式发电、智能微网、主动配电网、用户终端智能化等关键技术研究,开展“互联网+”领域标准创新和升档工作,超前决策、超前谋划,占领“互联网+”在智能用电领域实用化应用新高地。
二是要深化终端用能管理,创新家庭能效管理模式。以庞大的用户群为先机,推进大数据、云平台的应用,提高能效评估和智能控制手段,以网络化、智能化、协同化为重点,创新运营模式,拓展业务发展,进一步提升客户能源消费体验。
著名网络资讯网站Cisco的网络世界(Network World)为此列出了肯定不会有太大失误的10大预测,能够让我们看到10年后的互联网会是什么样。
1.互联网的用户将会大增至50亿
根据Internet World Stats的统计,今天的互联网有17亿用户。而目前的全球人口为67亿,到2020年毫无疑问会有更多的人使用互联网。美国国家科学基金会预计,到那时互联网的用户数量将接近50亿。这样的规模扩张对于未来任何一种互联网架构来说都是一个巨大挑战。
2.互联网将扩散到全球各个角落
在未来10年间,互联网的大规模扩张将主要出自发展中国家。根据Internet World Stats的统计,目前互联网普及率最低的地区是非洲(6.8%)、亚洲(19.4%)和中东(28.3%),而北美地区的普及率则为74.2%。这个趋势表明,2020年的互联网不仅将到达全球更遥远的地方,而且还将支持更多种语言和非ASCII脚本。
3.互联网将成为物联网,而不是计算机网络
当有更多的关键性基础设施挂到互联网上时,互联网预计将成为一个设备网络而不再只是一个计算机网络。根据CIA World Factbook 2009的统计,今天全球的互联网拥有大约5.75亿台主机电脑。而美国国家科学基金会则预计未来会有数十亿个传感器连接到互联网,用于电力和安全监控。到2020年,连接互联网的传感器数量将会比用户数量大好几个数量级。
4.互联网的数据流量将达到艾字节或者皆字节
(zettabyte,1012GB)
研究人员已经杜撰出了术语“数字洪水”(exaflood)来描绘互联网上迅猛增长的数据流量(尤其是高清图像和高清视频流量)。思科预计,到2012年,互联网每个月的流量将会增加44艾字节(exabyte,109GB),仅这个每月的增量就是今天互联网流量的一倍多。这些迅猛增加的流量不是像传统的Tier 1等ISP所产生的,而是像Google这样的内容提供商所产生的。这种转移,激发了人们将互联网重新设计为内容网络而不是传输网络的兴趣。
5.互联网将成为无线网络
根据Informa公司的统计,2009年第二季度,全球移动宽带的用户数已突破2.57亿。这表示3G、WiMAX和其他更高速的数据网络技术的年增长率在85%左右。近年来,亚洲是无线宽带用户数最多的地区,而拉美是用户数增长最快的地区。Informa估计,到2014年,全球将有25亿人会成为移动宽带的用户。
6.更多服务将进入云中
专家们一致同意,会有更多的计算服务成为云服务。电信趋势国际协会最新的预测表明,到2015年,云计算将会产生超过455亿美元的收入。所以美国国家科学基金会积极鼓励研究人员研究更好的办法,将用户和应用映射到云计算基础架构中去。它还鼓励研究人员思考云服务中关于时延和性能等指标的衡量尺度问题。
7.互联网更绿色
今天,互联网的运营消耗了太多的能源。根据劳伦斯伯克利国家实验室的计算,在2000年到2006年间,互联网所消耗的能量翻了一番。专家们一致认为,未来的互联网架构需要更注重能源效率。然而,当网络技术变得越来越节能时,互联网的能量密集度的增长却落后于数据流量的增长。因此,当能源价格越来越高的时候,互联网向更为绿色的方向发展的趋势将会加速。
8.网络管理更加自动化
除了安全性的弱点之外,今天的互联网的最大弱点就是缺乏内置的网络管理技术。美国国家科学基金会正在启动一个雄心勃勃的项目,准备研发新的网络管理工具。已经在考虑中的概念有系统重启、自诊断协议、颗粒度更细的数据收集和更好的事件追踪等的自动化。所有这些概念都将提供更多的关于网络健康状况的信息。
9.互联网将不再依靠永远在线的连接
未来,会有更多的用户在远程场所办公,更多的用户将依靠无线上网,所以互联网的底层架构就不可能再假定用户是永远在线的。相反地,研究人员需要寻找一些通信技巧,尤其对移动应用来说,能够容忍延迟,或者以一种机会主义的方式进行转发。有一些研究项目甚至在研究跨星际的互联网协议,这类协议会给容忍延迟的网络带来全新的意义。
10.互联网将吸引更多黑客
关键词:互联网;智能建筑;设备能源;管理系统
1节能建筑是社会发展的需要
我国在《智能建筑设计标准》GB/T50314—2006中对智能建筑的定义是“以建筑物为平台,兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等,集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体,向人们提供安全、高新、便捷、节能、环保、健康的建筑环境”。建筑能耗占整个社会的能源消耗的较大份额,而其中建筑信息系统、建筑设备(空调、照明、电梯等)、建筑安防系统是建筑能源消耗中的主要部分。随着社会的进步,人类生活水平的提高,节能意识的增强,舒适、节能及安全的智能建筑是未来社会发展的必然选择与趋势。新兴发展的互联网技术正是一种可以适应建筑智能化的发展趋势,与建筑信息、设备、安防系统相融合的技术手段,能够大幅提高建筑的能源管理水平,降低能源消耗。
2智能建筑能源管理的目标
智能建筑能源管理的目标首先就是要提高建筑通信系统、建筑设备(空调、照明、电梯等)、建筑安防系统的能源消耗水平,通过自动控制,将不必要运行的设备、通道、线路及时置于休眠状态,并提高现有运行设备的运行效率。而智能建筑与以往的旧有建筑相比的主要优势在于通过基于数字技术为基础的互联网系统将以往各自为战、互不相同的通信、设备、安防系统集成起来,形成一个共有的平台,并通过互联网技术实现建筑内的各系统的远程操控。互联网技术在此提供强大的数据传输、计算及处理功能,打通了传统的不同自动控制系统间信息交流和集成的诸多障碍。依托于互联网技术的智能建筑能源管理系统集成节能特点具体体现在对智能建筑BAS控制方案的优化与融合,目标是为了对建筑的能耗实现精确的计量,进行能耗分类归纳汇总,计算单位平均能耗,查找高耗能点和挖掘节能潜力。对于智能建筑能耗集成管理的重点主要有两方面:(1)对能源消耗信息的集中采集与监测;(2)通过互联网技术对建筑中各系统的集中的远程监控,在保证建筑功能服务水平的前提下提高智能建筑能耗水平。在能源消耗信息的集中采集与监测方面,通过采用与互联网兼容的数据收集单元全面采集对室内外的温度、湿度、CO2浓度等环境信息。在远程监控方面,在考虑了收集上来的不断变化的室内和室外环境信息,在允许的范围内系统的确定变量的控制,寻找最小的能耗输入,远程地控制照明、风机、水泵、空调机组,从而来满足室内舒适度和健康环境。
3智能建筑节能技术与互联网技术的融合发展
互联网技术应用在智能建筑的能源管理系统中通常可以划分为3个层次:感知层、网络层和应用层,如图1所示。感知层主要就是完成采集数据的任务。通过各种传感器、控制器等智能装置自动采集物体的各种信息,实现物体识别、信息采集、数据上传的功能。智能建筑能源管理系统运用系统集成的方法和手段,借助楼宇自动化系统(BuildingAutomationSystem,BAS),完成各个子系统的关键数据的采集和存储。这类代表性的信息比如设备用电信息、环境信息、空间信息、时间信息等,从而建立智能建筑较完整的系统运行数据库,为下一步的设备运行管理分析和能源管理分析作数据储备。网络层主要就是实现数据信息的处理、传输和控制。网络层作为互联网体系架构的中间层,是互联网的中心环节,包括Internet,3G/4G,WiFi等有线和无线的通信网络,同时还有基于以太网TCP/IP等的通信控制网络。应用层的主要任务是对于已经上传的数据进行分析,并利用经过分析处理的数据实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的功能。应用层对于基础的数据分析是根据智能建筑能源管理系统采集到的数据完成设备查询分析。应用层软件将基于数据模型,并根据数据统计结果,分析能源消耗数据与用能结构,通过对能量消耗状况的掌握,能准确找到建筑物中能耗可能的控制点。根据事先建立的全国的同类建筑运行状态和行业规定标准的能耗数据库,建立标准的数据节能特征数模曲线,通过对比分析,找出能耗偏高的症结所在,并给出科学的、合理的、可行的一套基本的优化节能管理方案,从而达到节能的效果。互联网技术除了可以收集、分析能耗情况、远程控制高能耗设备,还可以进行建筑设备的故障诊断、维护管理及自动调试。传统的设备维护管理是按照维护计划进行执行,不能够及时地发现问题、解决问题,设备无故障时也浪费了人力。而通过互联网技术收集到的设备数据信息,可以有效地、有针对性地对可能产生问题数据的设备及时地进行维护,大幅提高了设备的维护水平,降低了维护成本,同时对于由于设备故障产生的高能耗问题预先进行解决。通过互联网系统采集到的基础数据也可以用于对智能建筑的节能效果进行分析。通过实际能耗情况和节能计划对比分析可以得到实际的节能效果。通过这种分析可以帮助用能单位后期更加详细地制定能源消耗指标,并实时地加以监督,及时地制定改进措施。最终通过节能分析,可以记录并各项节能措施的节能量,并能够清晰了解、展示节能改造的实际效果。
4智能建筑节能技术与互联网技术融合发展实例
互联网系统应用于智能建筑能源管理系统中,能够让建筑内的通风空调系统运行在全自动状态。智能控制方式可以预先设定若干基本工作状态,根据天气情况、房间内的人员情况,自动地调整房间内的供热、供冷及通风量。例如,在上班时间到来前,可以根据预先设定的时间,提前开启通风空调系统,使建筑物内的污染物(如甲醛、CO2,Rn等)提前稀释,达到人能够正常工作的安全状态。在下班后或人变少后能够自动地降低通风量或关闭通风系统。再如,互联网智能控制系统能够时时控制房间内的温度、湿度,使房间内的环境根据天气预报,及时地调整空调系统的运行状态和方式,从而达到节能降耗的作用。除此之外,互联网系统的加入,能够使房间内的环境信息及时地传递给远程的控制室,通过对于房间环境的掌握,从而可以远程地对房间环境做出精准调节。当采用精确调节方式后,智能建筑的空调系统可以在过渡季节充分利用外界自然的冷暖空气,减少机组的运行时间及负荷,最终达到节能降耗的目的。通过互联网技术+智能建筑,可以提高智能建筑的管理水平,减少建筑的维护费用。智能建筑智能通风空调控制系统将普通通风空调人为地控制空调系统转换为智能化管理,不仅使大楼的管理者提高其管理意识和管理素质,而且将大大减少大楼的运行维护费用,并带来巨大的投资回报。
5结语