沈臻懿
由于能源互聯(lián)網(wǎng)中涉及各種新型數(shù)據(jù)的介入,科學(xué)家就需要將大數(shù)據(jù)分析引入智能信息技術(shù)之中,以使其能夠?qū)幽茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的運(yùn)行
人們通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng),可以自動(dòng)開啟分布式電源、家庭級(jí)儲(chǔ)能模塊以及電動(dòng)汽車充電樁等設(shè)施
傳統(tǒng)能源的不可再生性和不可持續(xù)性,倒逼人們不斷探索可再生能源的發(fā)展。據(jù)《2019全球可再生能源現(xiàn)狀報(bào)告》顯示,相較于傳統(tǒng)熱電,可再生能源的成本競(jìng)爭(zhēng)力在不斷增強(qiáng)。截至2019年底,可再生能源的發(fā)電量已占全球總發(fā)電量的26%左右。此外,各類可再生能源的發(fā)電成本也在持續(xù)下降。在日照尤為充足的迪拜等地,太陽(yáng)能價(jià)格僅僅只有全球太陽(yáng)能平均價(jià)格的50%。
有人不禁會(huì)問(wèn),“藍(lán)色星球”上的能源究竟是否緊張呢?答案居然是否定的!全球范圍內(nèi)的可再生清潔能源數(shù)量極為龐大,僅太陽(yáng)能資源就有著100萬(wàn)億之巨,此外還有豐富的風(fēng)能、水能、潮汐能等資源,其能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類社會(huì)所需的全部能源總和。但這其中卻有著一個(gè)極為棘手的問(wèn)題,就是這些資源的分布極為不均。
令人欣喜的是,智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái),帶來(lái)了一場(chǎng)新的能源領(lǐng)域革命。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度發(fā)達(dá),對(duì)于各類能源的利用已不再滿足于清潔、高效和低成本,而是朝著優(yōu)化控制、智能管理等網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。通過(guò)智能能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的打造,將能源和信息深度融合,并適應(yīng)分布式的能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò),從而推動(dòng)電網(wǎng)和發(fā)電側(cè)、需求側(cè)之間交互推進(jìn),化解資源分布不均帶來(lái)的問(wèn)題。
能源互聯(lián)網(wǎng)這一新興詞匯,最初始于美國(guó)未來(lái)學(xué)家杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)所著的《第三次工業(yè)革命》一書中。里夫金預(yù)言道,一種以新能源和信息技術(shù)的深入融合為特征的全新能源利用體系,會(huì)在未來(lái)誕生。里夫金將這種全新的能源體系稱之為“能源互聯(lián)網(wǎng)”(Energy Internet),即是一種基于可再生能源的、開放共享的、分布式的網(wǎng)絡(luò)體系。這一網(wǎng)絡(luò)體系聚焦電網(wǎng)系統(tǒng),將電力系統(tǒng)與供熱網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)以及交通網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)耦合形成了多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
能源互聯(lián)網(wǎng)體系,由上而下分別為應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和能源層。其以物聯(lián)網(wǎng)作為核心基礎(chǔ),通過(guò)控制程序、軟件應(yīng)用程序和傳感器,將能源生產(chǎn)端、傳送端和消費(fèi)端的巨量設(shè)備、系統(tǒng)相互連接,打造出作為核心的“物聯(lián)基礎(chǔ)”。大數(shù)據(jù)、深入學(xué)習(xí)、云計(jì)算和人工智能等,則為能源互聯(lián)網(wǎng)提供了重要技術(shù)保障。如此一來(lái),能源互聯(lián)網(wǎng)就能夠整合電網(wǎng)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、電力市場(chǎng)數(shù)據(jù)等,做出大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和相應(yīng)預(yù)測(cè),從而優(yōu)化能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)的運(yùn)行效率,并根據(jù)供需關(guān)系來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。
能源互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)應(yīng)用,有賴于各類關(guān)鍵技術(shù)的保駕護(hù)航,這些技術(shù)貫穿于能源尤其是可再生能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、消費(fèi)、服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。
一提及能源,絕大部分人腦海中的第一反應(yīng)就是石油、煤炭等傳統(tǒng)能源。隨著石油、煤炭能源的日趨緊張及其導(dǎo)致的環(huán)境污染,直接影響到人類的生存與社會(huì)的發(fā)展。針對(duì)傳統(tǒng)能源的“不可承受之殤”,能源互聯(lián)網(wǎng)一經(jīng)問(wèn)世,就直接依托于各類可再生能源,并在其能源生產(chǎn)端引入了新型能源發(fā)電技術(shù)。新型能源并不僅僅只有太陽(yáng)能、風(fēng)力、生物能等可再生能源,還包括了海洋能、地?zé)?、?yè)巖氣和核電小堆等新型能源或資源??茖W(xué)家在推動(dòng)新型能源發(fā)電技術(shù)前行時(shí),需要不斷攻克高效發(fā)電、能量轉(zhuǎn)化以及運(yùn)行控制等難關(guān),著力探索能源電力系統(tǒng)的保護(hù)、動(dòng)力與能源的轉(zhuǎn)化、資源的深度利用以及智能控制優(yōu)化等諸多方面。
遠(yuǎn)距離、大容量輸電,不僅是全球能源革命的一大標(biāo)志,更是實(shí)現(xiàn)大型能源基地可再生能源外送的重要保障。遠(yuǎn)距離大容量輸電技術(shù),包括直流輸電、直流電網(wǎng)、海底電纜、運(yùn)行控制等技術(shù)。考慮到能源分布不均衡所帶來(lái)的電能遠(yuǎn)距離大容量輸送、電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定等問(wèn)題,采用特高壓直流輸電技術(shù)可以有效解決前述問(wèn)題,并提升供電的互補(bǔ)性、可靠性和安全性。該技術(shù)以特高壓電網(wǎng)作為基礎(chǔ),借助于特高壓直流輸電來(lái)對(duì)可再生能源基地進(jìn)行互聯(lián),以實(shí)現(xiàn)交直流混合電網(wǎng)的覆蓋。
可再生能源的發(fā)展,在某些方面仍受困于儲(chǔ)能電池等技術(shù)的限制。尤其是在風(fēng)力或者太陽(yáng)能不足之時(shí),儲(chǔ)能電池就顯得更為重要。不過(guò)高昂的儲(chǔ)能電池成本,卻讓能源行業(yè)的發(fā)展遭遇瓶頸。這就使得能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中,還必須解決能源儲(chǔ)存關(guān)鍵技術(shù)。具體來(lái)說(shuō),能源儲(chǔ)存技術(shù)包括了電池儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等方面。譬如,對(duì)于光伏、風(fēng)電等可再生能源而言,由于發(fā)電設(shè)備的輸出功率會(huì)隨環(huán)境發(fā)生改變,因此,儲(chǔ)能技術(shù)的介入,能夠及時(shí)儲(chǔ)存和釋放能源,以保障供電的可靠性和持續(xù)性。這些儲(chǔ)能技術(shù),不僅可用在電網(wǎng)調(diào)峰的儲(chǔ)能設(shè)備,也同時(shí)涵蓋了園區(qū)、樓宇和家庭級(jí)的儲(chǔ)能模塊。
能源互聯(lián)網(wǎng)的一大特色,就是能源領(lǐng)域的智能信息技術(shù)。其利用大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算等建構(gòu)起的管理服務(wù)網(wǎng)絡(luò),不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、管理和互動(dòng)等目的,還可支持能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模式的多種新型能源業(yè)務(wù)。具體來(lái)說(shuō),智能信息技術(shù)由智能感知技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)所共同組成。
智能感知技術(shù)的智能傳感器,能夠采集并感知能源互聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息和參數(shù)。通過(guò)對(duì)于這些數(shù)據(jù)的匯集、處理和分析,能夠?yàn)槟茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的優(yōu)化提供改進(jìn)方向。此外,智能感知技術(shù)支持端對(duì)端業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)與電網(wǎng)間的互動(dòng),并支持各類智能設(shè)備的無(wú)縫聯(lián)入和即插即用。
由于能源互聯(lián)網(wǎng)中涉及各種新型數(shù)據(jù)的介入,其數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超智能電能表的數(shù)據(jù),因此無(wú)法使用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)工具對(duì)其進(jìn)行管理和處理。為此,科學(xué)家就需要將大數(shù)據(jù)分析引入智能信息技術(shù)之中,以使其能夠?qū)幽茉椿ヂ?lián)網(wǎng)的運(yùn)行。
云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)在于,其能夠輕松獲取計(jì)算資源,實(shí)現(xiàn)高性能的計(jì)算,從而提升資源的可用性。這一特性顯然為能源互聯(lián)網(wǎng)所重視。通過(guò)云計(jì)算的“加持”,能源互聯(lián)網(wǎng)得以利用自身強(qiáng)大的互聯(lián)功能,支持能源生產(chǎn)端、消費(fèi)端、批發(fā)零售端、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)端在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)的交易。
能源互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展,對(duì)于我們這顆“藍(lán)色星球”上的社會(huì)、生活、環(huán)境等方方面面而言,將會(huì)帶來(lái)巨大甚至是顛覆性的變革。
能源互聯(lián)網(wǎng)的交互性特點(diǎn),能夠讓未來(lái)的社會(huì)生產(chǎn)方式更為協(xié)同。其與智能化、數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的親密相融,也讓整個(gè)社會(huì)體系的運(yùn)作更為智慧。在商品物流領(lǐng)域,能源互聯(lián)網(wǎng)得以讓物流系統(tǒng)、銷售系統(tǒng)無(wú)縫結(jié)合,從而帶來(lái)了無(wú)人交通工具“送貨上門”的便利體驗(yàn);在醫(yī)療健康領(lǐng)域,由于有了能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行,人體傳感器和網(wǎng)絡(luò)醫(yī)生之間能夠?qū)崟r(shí)互聯(lián),甚至還可第一時(shí)間通過(guò)遠(yuǎn)程操控來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急診療。
能源互聯(lián)網(wǎng)的推進(jìn),能讓人們享受到智能生活帶來(lái)的無(wú)限樂(lè)趣。人們?nèi)粘I畹狞c(diǎn)點(diǎn)滴滴中,都會(huì)有著能源互聯(lián)網(wǎng)的身影。無(wú)論是出行的列車、汽車,還是家用的冰箱、空調(diào)等,都可通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行。同時(shí),在未來(lái)的某一天,人們不再只是能源的消費(fèi)者,同時(shí)還將成為能源的供應(yīng)者。人們通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng),就可以自動(dòng)開啟分布式電源、家庭級(jí)儲(chǔ)能模塊以及電動(dòng)汽車充電樁等設(shè)施。最令人感到愉悅的是,有了能源互聯(lián)網(wǎng)后,那些枯燥、無(wú)趣的工作基本都可由智能網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備所代勞,人們終于可以騰出手來(lái)做自己喜歡的事情。
能源互聯(lián)網(wǎng)的一大核心,即是清潔可再生能源的使用。隨著全球范圍內(nèi)的清潔能源使用比例大幅提升,各類溫室氣體和污染物的排放也將顯著減少。前述應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)生態(tài)環(huán)境而言的好處顯而易見。由于溫室氣體排放量的減少,全球氣候變暖問(wèn)題將得以有效控制。同時(shí),能源互聯(lián)網(wǎng)還將促使生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù)。清潔可再生能源的迅猛發(fā)展,意味著傳統(tǒng)化石能源應(yīng)用量的萎縮,這也使得我們的“藍(lán)色星球”不再需要為傳統(tǒng)化石能源產(chǎn)生的環(huán)境污染埋單。
編輯:黃靈? yeshzhwu@foxmail.com