
什么是“泛在电力物联网”?要建一个什么样的泛在电力物联网?
01
为什么要建泛在电力物联网?
国家电网公司在2019年两会报告中提出建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础是要建设运营好“两网”,这里所说“两网”分别是“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。泛在电力物联网这个名词首次出现在国家电网公司的两会报告中,成为和坚强智能电网相提并论的重点工作。
首先来看国网2019年1号文件是怎么说的:在2019年1月13日发布的国家电网有限公司2019年1号文件中,排在年度重点工作首位的就是:推动电网与互联网深度融合,着力构建能源互联网。具体内容是:“持之以恒地建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网……。充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术和先进通信技术,实现电力系统各个环节万物互联、人机交互,打造状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网,为电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量,以及培育发展战略性新兴产业,提供强有力的数据资源支撑。承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网,相辅相成、融合发展,形成强大的价值创造平台,共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。”
可以认为一号文件中对泛在电力物联网的定义以及在能源换联网中的重要地位作出了明确地官方解释。一号文件的重点工作之二是:培育壮大发展新动能,创新能源互联网业态。其具体内容是:研究探索利用变电站资源建设运营充换电(储能)站和数据中心站的新模式,积极推动公司通信光纤网络、无线专网和电力杆塔商业化运营,拓展服务客户新空间。大力开拓电动汽车、电子商务、智能芯片、储能、综合能源服务等新兴业务,促进新兴业务和电网业务互利共生、协同发展。一号文件的重点工作之三是:扩大开放合作共享,打造能源互联网生态圈。具体内容是:充分利用电网数据、技术、标准优势,加强与新经济和互联网企业合作,积极参与新能源、智能制造、智能家居、智慧城市等新兴业务领域的开拓建设,加快构建围绕能源互联网发展的产业链、生态圈。
从一号文件中可以看出国网未来将通过建设电力互联网发展与互联网经济相关的新业态,包括新能源、智能制造、智能家居、智慧城市等新业务。非传统领域的新业态已经和传统电网业务处于同等重要的地位,实际上,所谓所谓新能源、智能家居、智慧城市,都可以被囊括进“泛在电力物联网”。总地来看,“坚强智能电网”仍是国网业务的基本盘,坐稳输-变-配-用-售环节的既定业务范围,在增量配网试点和配售电侧改革不断深入的背景下坚守传统阵地,抵御“外部的野蛮人”,是国网今后工作的“拿分项”;而在国有企业改革走向深水区,电改大势倒逼,国网新一代领导层逐步稳定之际,提出“泛在电力物联网”概念,则是主动出击开拓新方向的求变之举,是国网今后工作的“发力点”。
国网内部对于公司发展和业务调整,有一定的共识和紧迫感,主要集中于以下几个方面:一是随着新能源发电占比升高,电网形态日趋复杂,电力潮流和电网故障演化机理不断由可预见向难以预见演变,这对电网的安全稳定运行提出了更高要求;二是电改推进、政府及社会对电价下调的要求,导致企业经营面临瓶颈;三是在互联网经济与数字经济的蓬勃发展下,社会经济形态发生着深刻变化,在改革即将进入深水区之际,如果没有做好未来这几年的发展转型,通信运营商现在面临的困境可能就是国网的明天。而借着“泛在电力物联网”的东风,继续在传统强电部门深耕,加强信息化,还是着力发展电动汽车、综合能源服务等新业务,需要一个有力的规划纲领作为指导。
02
什么是“泛在电力物联网”?要建一个什么样的泛在电力物联网?
物联网的概念由 MIT 的 Kevin Ashton在1998年首次提及,他指出将
RFID技术和其他传感器技术应用到日常物品中构造一个物联网。紧接着的第二年由 Kevin Ashton 带头建立的 Auto-ID center
对物联网的应用进行了更为清晰的描述:依靠全球 RFID 标签无线接入互联网,使得从剃须刀到欧元纸币再到汽车轮胎等数百万计的物品能够被持续地跟踪和审计。
电力行业对“物联网”的理解是:物联网是一个实现电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制的网络系统。其实质是实现各种信息传感设备与通信信息资源的(互联网、电信网甚至电力通信专网)结合,从而形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。实体之间的协同和互动,使得有关物体相互感知和反馈控制,形成一个更加智能的电力生产、生活体系。从而衍生出泛在智能电网——基于通信技术的全业务泛在电力物联网-泛在电力物联网概念。
各国在建设现代电网的过程中都用到了物联网,但对其应用的侧重点则各有不同。在欧洲,提升供电安全性、节能减排、发展低碳经济是各国积极发展智能电网的主要原因,在这种驱动力下,欧洲电力行业对物联网的应用更倾向于清洁能源和环保方向;在日本,可再生能源接入、节能降耗和需求响应是日本发展智能电网的主要驱动力,日本电力行业对于物联网的应用主要在于对新能源发电监控和预测、智能电表计量、微网系统监控等领域;在中国,物联网技术为提高电网效率、供电可靠性提供了技术支撑,RFID技术、各类传感器、定位技术、图像获取技术等使仓库管理、变电站监控、抢修定位与调度、巡检定位、故障识别等业务实现灵活、高效、可靠的智能化应用。
目前国网对泛在电力物联网的具体定义还未形成,将传统电力生产、传输、消费的所有环节信息化,都可以称为泛在电力物联网。就目前国网的技术储备而言,增强电网的感知、通信、计算和分析能力,是其可预见的发展方向。2018年的国网信通工作会议上就提出了“打造全业务泛在电力物联网,建设智慧企业,引领具有卓越竞争力的世界一流能源互联网企业建设”的工作目标,并提出了建设国网-电力物联网SG-eIoT
(electric Internet of Things)的技术规划。预计将综合运用“大云物移智”等信通新技术,与新一代电力系统相
互渗透和深度融合,实时在线连接能源电力生产和消费各环节的人、机、物,全面承载并贯通电网生产运行、企业经营管理和对外客服服务等业务。在终端层表现为万物互联的连接能力,在网络层表现为无处不在、无时不有的通信能力,在平台层表现为对全景设备和数据的管控能力。在2018年国网信通工作会议上制定的规划来看,整个“SG-eIoT”系统在技术上将分为终端、网络、平台、运维、安全等五大体系,打通输电业务、变电业务、配电业务、用电业务、经营管理等五大业务场景,通过统一的物联网平台来接入各业务板块的智能物联设备,制订各类电力终端接入系统的统一信道、数据模型、接入方式,以实现各类终端设备的即插即用。
有意思的是,国网一直以来虽然没有明确喊出电力物联网的口号,却已经有了相当的技术积累。国网的信息化水平近年来也不断提升,目前国网系统接入的终端设备超过5亿只(其中47亿只电表,各类保护、采集、控制设备几千万台),规划到2030年,接入SG-eIoT系统的设备数量将达到20亿,整个泛在电力物联网将是接入设备最大的物联网生态圈;经过D5000、调控云等系统改造和升级,国调中心在电网观测、控制水平已经称得上世界先进,输电网基本做到可观、可控、能控、在控;各地配电自动化系统建设也在推进当中,规划到2020年完成全网95%的配电自动化覆盖率,各种在线监测、智能预警系统比比皆是;基于PMS20系统,主要设备的全生命周期管理在近两年内也能基本完成;通信网络建设如火如荼,无线专网、保护专网陆续上马;国网智慧车联网平台目前已经连接全社会80%的公共充电桩以及4万多辆电动汽车。想要在近年内交一份能够写出足够多亮点的成绩单,问题应该不大。
笔者认为,国家电网作为世界五百强第2的旗帜性央企,应该有更高要求拿出真正的可以定义行业发展方向的技术方案,要么具备成熟的、可复制的海外技术输出能力,被海外能源企业接纳,例如华为通信解决方案,支付宝/微信移动支付;要么具备强烈提升用户体验、能直接让用户感受代际差异的新服务水平,如高铁。就供电可靠性、电网安全稳定性等方面而言,进一步提升的空间和产生的社会效应都已有限。泛在电力物联网应该向着智慧小区/智慧城市整体能源解决方案、智慧交通整体能源供给方案、智慧能源套餐及交易模式、用户能效分析及用户画像、智能家居与用能管理等方面延伸。虽然国家电网是国内每年电气专业研究生就业的首选单位,是每年获取专利数最多的企业,甚至超越了华为,但国家电网作为一家科技公司的形象在公众心中依然没有建立起来,电力用户期待获得更多的知情权和参与感,例如得到用电诊断、科学用电方案、差异化电价信息等增值服务。在前有堵截后有追兵的行业背景下,要“建成世界一流的能源互联网企业”,只有深刻改变用户习惯,才能进一步赢得发展的先机。
03
建设泛在电力物联网应规划先行
一般情况下,抛出一个战略性概念后,国网公司会在组织机构、科技研发、重点工程等方面共同发力,并使之成为今后3-5年的主要方向。按以往规律,国网的新概念往往由相关利益部门主张并提出,上升形成公司战略后由原提出部门出主力班底进行战略规划、科研投入和工程运作。新战略的实施情况,有时受制于公司其他利益部门对该战略的支持和配合力度。国网领导班子对新成立部门的支持力度、其他利益部门对新成立部门的配合力度往往关系着新战略的整体推进效果。相对于我国政府和企业过往一些实施相对成功的战略,国网的风格还有些遵循丛林法则,主要由强势部门和地方公司利益驱动,在领导层取得首肯后立即上马项目,一定程度上缺乏规划引领的顶层设计,导致重复建设、技术路线多样,虽然每年都涌现出数量众多“世界一流”的技术或工程,却难以形成合力,在国际上和社会上缺乏“中国高铁”这样的名片技术。
物联网技术虽然在电网有着广阔的应用和前景,但也面临一些发展问题。从技术上来看,感知层的传感器数据准确性、传感器在复杂环境下的故障率、数据传输的及时性、无线传输的安全性等都是亟待解决的问题。受到可靠性、成本、原有管理制度等多种因素的制约,物联网产业一直推进缓慢。制定合理的长期规划,对指导物联网在电网发展具有重要意义。
因此,国网应组织科研单位牵头,遵循目标导向,按照我国不同地区电网技术基础及资源禀赋,设定泛在电力物联网近期目标及中长期技术规划,尽快明确重点项目及技术攻关方向,集中力量突破既定关键技术。此外,利用好自身科研人才和科研力量,必要时与外部企业及科研力量联合,突破传统电力生产-科研-设备研发利益窠臼,走出电网成熟技术的舒适区,从微创新转变为模式创新,真正成长为具备全球影响、全民感受的科技巨头。
能力强、创新能力强、服务能力强,人才优秀、业绩优秀。建设泛在电力物联网是国家电网有限公司当前最紧迫、最重要的任务。国网节能公司全面贯彻公司决策部署,以建设泛在电力物联网为主攻方向,加快建设“三强两优”(引领能力强、创新能力强、服务能力强,人才优秀、业绩优秀)世界一流综合能源服务提供商和平台运营商,为泛在电力物联网“生根、引流、赋能”提供坚强支撑,奋力开创高质量发展新局面。 现在最热门的 5G、物联网、云计算、大数据、人工智能,都属于信息通信(ICT)领域,都服务于上述目标。因此,信息通信一定会继续是未来的热门方向。信息通信背后的计算机科学、电子电气工程、通信工程、网络工程等专业,也将继续保持热门。
法律分析:电力行业是国民经济的基础产业、支柱产业和战略产业,而发展电力信息化、智能电网及电力物联网等产业是实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段。为此,发改委、国家能源局等部门颁布了多项意见规划。2019年3月国家电网颁发《泛在电力物联网建设大纲》,明确“三型两网、世界一流”的战略目标;提出要抓住2019年至2021年这一战略突破期,通过三年攻坚,到2021年初步建成泛在电力物联网;再通过三年攻坚,到2024年基本建成泛在电力物联网。
法律依据:《中华人民共和国电力法》 第五条 电力建设、生产、供应和使用应当依法保护环境,采用新技术,减少有害物质排放,防治污染和其他公害。
国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电。
1、泛在电力物联网目前行业龙头有:国电南自600268(国家电网旗下上市公司,拥有直流充电桩、交流充电桩、充电监控平台等)。2、人气龙头目前有:中元股份300018(电力系统智能化记录分析和时间同步);力源信息300184(全资子公司提供能源互联网技术解决方案提供商);金冠股份300510(国内智能电网、泛在电力物联网的主流供应商)。
碰撞数字经济时代火花 倾听“十四五”能源电力声音
2020年中国电力发展论坛关键词搜索
记者 赵冉
9月22日是距离“十四五”开局100天的日子,能源电力行业对“十四五”的谋划已到了最后梳理阶段。9月22日至23日,2020年中国电力发展论坛在北京召开,以“助力电力数字化转型 促进行业高质量发展”为主题,重点围绕电力“十四五”规划发展中涉及的热点、难点问题进行深入交流,“新基建”如何发力和能源结构如何转型成为与会代表谈论较多的话题。
“数字新基建助力电网数字化转型”、“大规模海上风电发展对电网影响及应对措施”、“新能源高比例情景下储能的发展机遇”、“氢能产业发展形势与实践”……这些话题让人们对“十四五”能源电力可以有更多的预知。
“新基建”蕴藏勃勃生机
“新基建的时代已开启,工业互联网的时代已到来,电力行业已经迎来了数字化变革的新蓝海,更灵活、更高效、更具竞争力的电网形态将是未来发展的必然趋势,数字转型、智能升级、融合创新也将成为解锁能源电力行业转型升级的密码。” 在2020年中国电力发展论坛做主题发言时,国网信息通信产业集团公司副总经理辛永如是说。
据辛永介绍,国家电网公司“新基建”涉及除铁路和轨道交通之外的其余六个领域,其中,以大数据中心、工业互联网、5G、人工智能等为代表的新型数字基础设施建设(简称“数字新基建”)是新基建的重要组成部分。6月15日,国网公司向 社会 发布“数字新基建”十大重点建设任务,分别是电网数字化平台、能源大数据中心、电力大数据应用、电力物联网、能源工业云网、智慧能源综合服务、能源互联网5G应用、电力人工智能应用、能源区块链应用、电力北斗应用。
“技术创新是数字新基建的重要驱动力,综合考虑国网公司数字新基建重点建设任务及信息通信产业发展需求,结合近几年战略 科技 发展趋势,我们认为,在电力行业建设数字新基建中,芯片技术、5G+北斗关键技术、智能感知技术、电力人工智能技术等将成为引领未来发展的关键技术及推动产业升级的源动力。” 辛永谈表示。
作为新能源领域新基建的核心组成部分,国网新能源云目前累计注册用户142万人,入住企业9206家,8月访问量4278万次,日均访问人数614人。国家电网发展部副主任王劲松介绍了国网新能源云的建设目标是——建设中国特色国际领先的新能源数字经济平台,建立“横向协同、纵向贯通”和“全环节、全贯通、全覆盖、全生态、全场景”的新能源开放服务体系。
“数字经济是一种高级经济形态。数字经济开启了对传统工业经济的裂变式改造,成为各国在新一轮市场竞争中对的重要砝码。” 国网大数据中心副主任沈亮指出,我国工业现代化的特征是传统工业+数字化、网络化、智能化。与发达国家不同,我国在工业化过程中,遇到了信息化的机遇,决定了我国的工业化可以不必完成工业化再去走信息化之路,而是走工业化和信息化深度融合之路。随着我国数字技术工具和商业模式的不断发展和完善,以及“新基建”的大力推进,数字经济将成为我国在新一轮产业革命中弯道超车的机会。
在新基建的热潮下,许多电力企业都在进行工业互联网 探索 与实践。与会的华能信息技术公司总经理范伟宁介绍说,华能工业互联网项目分为集团侧、区域侧和电厂侧三个层面。“华能Aidustry工业互联网有五大核心点,分别是IT基础设施云化,提供强大存储与计算力;工厂设备数据上云,海量工业数据,挖掘数据价值;业务SAAS(通过网络提供软件服务)化,以中台为基础,构架企业运营中心;智能应用是核心,以IT为工具,为生产赋能;众创共赢,打造全流程企业生态。” 他说。
电动 汽车 充电设施是“新基建”的重点内容之一。据国网电动 汽车 服务公司副总经理阙诗丰介绍,2025年,全 社会 专用桩充电量将达到423亿千瓦时,公共桩充电量365亿千瓦时;预计“十四五”期间,全 社会 专用桩和公共桩共计产生充电量2532亿千瓦时,全 社会 单位桩和私人桩共计产生充电量272亿千瓦时。
“电动 汽车 与电网互动市场前景广阔。”他表示,2030年电动 汽车 与电网互动的功率总理论潜力将超过10亿千瓦,相当于50个三峡电站;电动 汽车 与电网互动的电量总理论潜力将超过2万亿千瓦时,电动 汽车 与电网互动服务按005元/千瓦时估计,总市场规模将超过1000亿元。“要加强充电设施规划布局,推进科学互联、有序互通,强化充电安全监管,提升可持续能力。” 他建议道。
南网能源发展研究院电力规划中心主任黄豫从实践中分析了电力规划研究数字化的难点:在多源异构的数据环境中,数据来源多、口径不一,往往混杂不完整、不正确或不相关的脏数据;能源行业数据获取难度大,电力行业数据分散在各省及地市,分工收集困难;在当前电力规划研究中各环节的一些主流应用软件相对独立,封装性强等等。
“在信息化水平日益完善的同时,随之而来的是更多的应用系统、软硬件平台和设备等需要维护和管理,如何建立高效协同的网、省、地协同管理体系、统一管理权限、建立起稳定和规范的平台运维机制,已经成为了平台信息化管理的一个重要的难题。”他表示。
能源转型加快踩油门
“发挥我国在清洁能源、特高压、智能电网等方面的优势,坚持‘自主创新、示范先行、中国引领’的思路,聚焦能源清洁化、电气化、智能化、集成化等事关能源转型发展全局的方向,推动能源开发、转换、配置、使用等领域技术和装备创新,促进产业化发展,抢占全球能源技术制高点。”全球能源互联网发展合作组织经济技术研究院副院长李隽在畅谈电力“十四五”规划时表示。
她指出,能源转型总体路径可分为三个阶段。“十四五”是增量替代,煤电踩刹车、清洁能源踩油门,煤电从主力电源向调节性电源转变,新增需求由风光储输满足,清洁能源装机和发电量比重持续提升,比分别达到57%和45%。能源系统实现碳排放达峰。2025~2035年是存量替代,煤电加速退出,加快向调节性电源转变,清洁能源和电能分别成为生产侧和消费侧第一大能源。2035~2050年是全面转型,全面建成中国能源互联网,煤电转变为季节性备用电源,清洁能源实现对化石能源的全面替代。
作为“有分量”的清洁能源,核能被预计在“十四五”将会加速发展。中国电力发展促进会副会长兼核能分会会长邱建刚介绍说,到“十四五”末,在运和在建核电机组按低位和高位预计将分别达到9000万千瓦和11000万千瓦。“初步预测,2025年核电机组在运规模达到7000万千瓦以上,约占全国总装机容量的3%;核发电占比6%;相对高效燃煤发电,年度可实现碳减排45亿吨左右;在建规模4000万千瓦。”“‘十四五’期间,力争在电力负荷较大、电网安全运行枢纽地位重要以及可再生能源资源匮乏且成本较高的华中地区,适时启动内陆核电建设。”他同时表示。
中国华电集团战略规划部副主任罗锦华在分享了“新能源高比例情境下储能的发展机遇”。他建议,重视储能定位,做好储能在各环节的布局;强化产业扶持,促进储能在各领域的发展;推进市场建设,加快储能参与电力市场进程;提升技术水平,促进储能行业高质量发展;完善标准体系,引领储能技术标准推广。
国家能源投资集团国华投资公司(氢能公司)总经济师梅竞谊对氢能在“十四五”的发展非常看好。她指出,全球氢能发展大趋势已确立并一日千里,国内氢能的上下互动和横向竞争日趋频密。“我国政府高度重视氢能发展,各地纷纷依托自身产业基础和资源禀赋发布氢能发展规划。今年9月16日,五部委正式发布《关于开展燃料电池 汽车 示范应用的通知》,提出‘以奖代补’,将有力推动氢能及燃料电池指出产业链的形成。”
但同时,梅竞谊也指出当前氢能存在的问题:氢能全链条关键技术性能差距明显,装备和关键材料依赖进口、设备价格高,加氢站初始投资高昂;氢能人才缺乏,产业配套体系缺乏,在制氢、储运、加注方面都缺少技术标准体系。“需要政府明确市场预期与技术攻关规划,氢能发展的国家战略,形成各方合力,推动行业 健康 可持续地发展。”她建议说。
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