智慧能源體系架構(gòu)圖

　　智慧能源這一概念已經(jīng)提出很多年，這是一種全新的能源形式，包括符合生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展要求的相關(guān)能源技術(shù)和能源制度體系。智慧能源是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以電力系統(tǒng)為中心，將電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)、供熱網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)、交通、建筑系統(tǒng)等緊密耦合，橫向?qū)崿F(xiàn)電、氣、熱、可再生能源等“多源互補(bǔ)”，縱向?qū)崿F(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)高度協(xié)調(diào)，生產(chǎn)和消費(fèi)雙向互動(dòng)，集中與分布相結(jié)合的能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。其依托互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)對(duì)能源的生產(chǎn)、存儲(chǔ)和使用進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化處理，并通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化手段，實(shí)現(xiàn)能源的安全、高效、綠色、智慧應(yīng)用。

　　智慧能源已經(jīng)是我國(guó)重要的戰(zhàn)略方向。國(guó)家在近年發(fā)布了一系列相關(guān)政策，明確提出提高可再生能源的利用率，都在指向新型、更智慧化的能源體系建設(shè)。大數(shù)據(jù)、人工智能在行業(yè)轉(zhuǎn)型過程中至關(guān)重要，值得深入研究、重點(diǎn)把握。截至去年底，我國(guó)能源行業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)8.29億元人民幣，近5年投資規(guī)模都有較大增長(zhǎng)。

智慧能源體系的架構(gòu)

　　智慧能源體系由下至上可以分為能源層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖所示。

　　其中，能源層主要是進(jìn)行能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸和利用，包括化石燃料的發(fā)電、清潔可再生能源的多能轉(zhuǎn)化、電力利用等；網(wǎng)絡(luò)層主要是通過廣域布局的智能傳感進(jìn)行能源相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取海量數(shù)據(jù)；應(yīng)用層主要是利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)進(jìn)行能量信息的數(shù)據(jù)共享，主要包括能源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和各能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等，主要實(shí)現(xiàn)途徑是對(duì)海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，從而搭建能源交易平臺(tái)來對(duì)各種能源交易進(jìn)行數(shù)據(jù)支撐，承擔(dān)能源互聯(lián)網(wǎng)的信息采集、管理方案、能源交易等方面的運(yùn)行工作。

大數(shù)據(jù)在能源生產(chǎn)端的應(yīng)用

　　能源生產(chǎn)端主要是指煤炭、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿纫淮文茉春碗娏?、汽油等二次能源。隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式發(fā)電方式不斷接入，打破了原有電網(wǎng)運(yùn)行管理的模式，不但需要考慮負(fù)荷側(cè)的波動(dòng)，還要考慮新能源出力的間歇性。在此背景下，智慧能源中大數(shù)據(jù)應(yīng)用眾多，涉及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能經(jīng)濟(jì)調(diào)度、供電可靠性、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展分析等諸多方面。

　　以光伏發(fā)電方式為例，光伏大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要集中在在線預(yù)測(cè)、發(fā)電量模擬、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、設(shè)備預(yù)警和診斷、資源調(diào)度、電力交易以及需求響應(yīng)等方面。對(duì)光伏行業(yè)來說，大數(shù)據(jù)分析是貫穿始終的。從前期規(guī)劃到電站投資建設(shè)、后期運(yùn)營(yíng)，以及整個(gè)資產(chǎn)全生命周期的管理都可以通過數(shù)據(jù)分析、數(shù)字化的模型為各個(gè)環(huán)節(jié)提供量化的分析和決策服務(wù)，服務(wù)于投資商、生產(chǎn)商、運(yùn)營(yíng)公司等各類角色。

　　另外，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電類似，都具有波動(dòng)性和間歇性，大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，而且在高風(fēng)力等級(jí)條件下還可能造成風(fēng)機(jī)損壞，所以以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)、電站運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等，通過大數(shù)據(jù)建模分析可大幅提高電站運(yùn)行的安全性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

大數(shù)據(jù)在能源消費(fèi)端的應(yīng)用

　　能源消費(fèi)端主要包括所有的電力用戶，電力改革及電力產(chǎn)業(yè)鏈的細(xì)化推動(dòng)著電力交易品種、交易周期、交易方式、競(jìng)爭(zhēng)格局等因素發(fā)生了顯著變化，電力用戶需求更加多樣，同時(shí)也對(duì)發(fā)電企業(yè)、售電公司的能力提出新的要求：如何適應(yīng)這些變化，細(xì)分用戶，提出差異化的服務(wù)；如何規(guī)避交易風(fēng)險(xiǎn)，提升服務(wù)能力等，這些是目前普遍關(guān)注的問題。

　　消費(fèi)端管理伴隨著行業(yè)轉(zhuǎn)型的壓力而來，無論是電源端還是電網(wǎng)端，其核心就是如何利用負(fù)荷資源化進(jìn)行有效管理，反饋給電源和電網(wǎng)端，達(dá)到供需匹配靈活的目的。屆時(shí)售電公司的綜合服務(wù)除了滿足用戶的能源需求，還需要為用戶提供降低能耗、提高能效等解決方案，通過智能終端，及時(shí)為用戶推送電價(jià)信息、節(jié)能貼士、當(dāng)?shù)靥鞖饧敖煌ㄇ闆r等附加服務(wù)，拉近與用戶的距離。借助大數(shù)據(jù)，售電公司可以根據(jù)用戶的生活習(xí)慣作出更優(yōu)的電力調(diào)配計(jì)劃。

　　負(fù)荷預(yù)測(cè)作為電網(wǎng)電量管理系統(tǒng)的重要組成部分，其預(yù)測(cè)誤差的大小直接影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全性及可靠性，較大的預(yù)測(cè)誤差會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來較高的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)階段負(fù)荷預(yù)測(cè)主要是通過負(fù)荷歷史數(shù)據(jù)，利用相似日或者其他算法預(yù)測(cè)負(fù)荷的大小，短期預(yù)測(cè)精度較高，中長(zhǎng)期精度較差。隨著電網(wǎng)采集數(shù)據(jù)范圍的增加，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以將氣象信息、用戶作息規(guī)律、宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等不同種類的數(shù)據(jù)，通過抽象的量化指標(biāo)表征與負(fù)荷之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷變化趨勢(shì)更為精確的感知，提高預(yù)測(cè)精度。如果新能源預(yù)測(cè)誤差較大，則需要在新能源設(shè)施周邊建立配套的常規(guī)能源作為備用，以彌補(bǔ)新能源預(yù)測(cè)精度方面的不足。作為備用的常規(guī)電源，長(zhǎng)期不能工作在最佳運(yùn)行點(diǎn)，將造成其發(fā)電效率低以及能源的浪費(fèi)。

大數(shù)據(jù)促進(jìn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同調(diào)度

　　在電力市場(chǎng)不斷完善的背景下，可以不通過調(diào)節(jié)常規(guī)電源的出力，而是利用市場(chǎng)手段，使得一部分用戶主動(dòng)削減或者增加一部分負(fù)荷去平衡發(fā)電側(cè)出力的變化，即通過需求側(cè)管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電量平衡。若要達(dá)到“網(wǎng)源荷”協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度需要大量的輔助信息，如新能源出力波動(dòng)大小、電網(wǎng)線路輸送能力、負(fù)荷削減電量的范圍、實(shí)時(shí)電價(jià)等，其中每個(gè)因素又受很多條件的影響，因此是一個(gè)非常復(fù)雜的電力交易過程，此時(shí)必須利用大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)掘數(shù)據(jù)內(nèi)部之間的聯(lián)系，從而制定出最佳調(diào)度方案。智能電網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)最大的區(qū)別在于“網(wǎng)源荷”三者之間信息流動(dòng)的雙向性，三者之間的信息在一個(gè)框架內(nèi)可以順暢地進(jìn)行交互，極大地提升電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

大數(shù)據(jù)將深刻影響智慧能源發(fā)展

　　隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，能源結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變革，傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃方法往往與實(shí)際需求差別較大，需要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)綜合考慮多種因素，如分布式能源的接入、電動(dòng)汽車的增長(zhǎng)趨勢(shì)、電力市場(chǎng)環(huán)境下為用戶提供個(gè)性化用電服務(wù)等。多類型、海量數(shù)據(jù)的引入，可以有效減少電網(wǎng)規(guī)劃過程中的不確定性，使得整個(gè)規(guī)劃更加合理、有序。

　　“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重點(diǎn)任務(wù)概括為：打造能源生產(chǎn)新手段，建設(shè)分布式能源新網(wǎng)絡(luò)，探索能源消費(fèi)新模式，統(tǒng)籌部署電網(wǎng)和通信網(wǎng)深度融合的新基礎(chǔ)設(shè)施。智慧能源發(fā)展方向已經(jīng)明確，能源行業(yè)怎樣將互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)更好地運(yùn)用到能源產(chǎn)業(yè)中，賦予能源新的數(shù)字化屬性和互聯(lián)網(wǎng)思維，實(shí)現(xiàn)提高效率、節(jié)能減排、能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)目標(biāo)，成為能源行業(yè)目前必須認(rèn)真研究解決的問題。