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區域智慧能源綜合服務平臺建設與應用

作者:劉曉靜等 來源:國網信息通信產業集團普迅公司 發布時間:2019-07-10 瀏覽:
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摘要:為了支撐泛在電力物聯網戰略發展,深化推進綜合能源服務,為智慧城市建設提供整體解決方案,研發了區域智慧能源綜合服務平臺并進行了應用探索。闡述了平臺的總體定位、服務對象和功能設計;按照能源物聯網感知層、網絡層、平臺層、應用層設計了平臺的4層架構,提出了“混合云”的架構模式;最后介紹了平臺支撐區域能源運營,開展電能質量監測、能耗分析、虛擬電廠、智能運維等,以及平臺在各省市區域內的實際應用情況,為智慧能源綜合服務平臺的設計、開發和應用提供了一種可行方案。

關鍵詞:智慧能源;綜合服務平臺;能源物聯網;綜合能源服務;能源生態圈

0 引言

物聯網、大數據和云計算等互聯網技術與信息技術、數字技術深度融合,引發了能源系統的深刻變革。電力體制改革的深化及多元化市場服務需求進一步推進能源企業向智慧能源綜合服務商轉型。國家電網有限公司提出“三型兩網”的戰略目標,以及泛在電力物聯網的戰略部署,對電力企業提出了新的挑戰。開展智慧能源綜合服務已成為提升能源效率、拓展新業務的增長點,成為促進競爭與合作的重要發展方向。

國外能源互聯網起步較早,歐洲重點在多種能源協同優化互補、能源系統間的協同方面有較多探索,如德國的E-Energy項目主要就是開展能源系統和通信信息系統間的集成,包括智能發電、智能電網、智能消費和智能儲能4個方面;美國比較典型的為綜合能源系統(IES)發展計劃,旨在提高清潔能源供應和利用比重,進一步提高社會供能系統的可靠性和經濟性;日本側重于實現能源結構優化和能效提升,同時促進可再生能源規模化開發。國內目前也加快了綜合能源服務的研究與應用,傳統能源企業和市場化能源企業等都紛紛布局,在交通、醫療、機場及大型工業園區、社區開展平臺搭建、商業模式探索等研究及應用。

本文在已有綜合能源運營監控平臺建設技術和應用經驗的基礎上,在平臺部署架構、能源智慧化服務、能源管理專業算法等方面進行了擴充與升級,研發了區域智慧能源綜合服務平臺,提出了平臺總體定位、架構設計、應用案例,為服務能源監管者、能源消費者、能源運營商、能源產品與服務商開展智慧能源綜合服務提供參考。

1 智慧能源綜合服務平臺總體定位

1.1 總體定位

區域智慧能源綜合服務平臺緊跟國家電網有限公司“三型兩網”發展戰略,融入泛在電力物聯網的建設思路,以能源物聯網和時空信息為基礎,集能源監控、能源分析、能源管理、能源服務、能源交易、能源生態“六位一體”,貫穿能源產業服務全過程,以時空智能分析能力提高能源管理效率和降低用能成本,構建能源管理的“大腦”和能源市場的“淘寶”,能夠為政府、能源消費者、能源運營商、能源產品與服務商等能源領域四大類用戶,提供綠色、安全、經濟、高效、增值的綜合能源信息化智慧服務,構建共贏、共享的能源生態圈。

1.2 服務對象

區域智慧能源綜合服務平臺面向政府、能源消費者、能源運營商、能源產品商4類用戶,針對不同用戶的差異化需求提供綜合能源服務。

1.2.1 能源監管者

通過構建智慧能源綜合服務平臺,為政府提供有效的能源監管手段,為政府相關政策制定及智慧城市建設提供可靠支撐,構建以電為中心的智慧應用能源生態圈。支持區域能源分析,掌控能源消費動態;提供能源結構優化,增加清潔能源配給;挖掘節能減排空間,推動綠色循環發展;優化高耗能企業消費配比,加快能源消費結構升級。

1.2.2 能源消費者

面向企業、公共服務機構等能源消費者,提供專業的能源管家服務、精準的能耗診斷分析、前期資源規劃配置等一站式綜合能源服務,提高能源利用效率,降低用能成本,提升能源服務體驗,為消費者提供高質量、多元化智慧能源綜合服務。

1.2.3 能源運營商

平臺具備能源監控、分析、管理、交易、運營等功能,通過監測能源運行狀態,實現全景動態展現;通過能源綜合調度,實現多能互補;通過構建客戶畫像,提供差異化服務策略;通過能源消費結算,滿足多類型能源消費需求,為能源生產、傳輸、銷售等能源運營商提供運營平臺與數據支撐。

1.2.4 能源產品商

在技術層面,平臺具備廣泛的開放性,提供標準的數據接口和協議及應用級的二次開發工具,為能源產品商提供企業級發展平臺,通過產品精準推送、客戶需求發布、產品質量評價等方式,構建企業聯盟,打造能源市場的“淘寶”。

1.3 平臺主要功能

1.3.1 能源監控

能源監控是平臺的基礎功能模塊,通過對“冷熱電氣”橫向貫通、能源“產–輸–儲–用”縱向延伸,實現可度量的多維實時全景能源監測;掌握能源生產側與終端消費側的實時運行狀態,平臺提供科學、詳實的能源數據,基于區域地理信息與可視化技術,實現對區域內能流全景監控、區域多能供需監控、區域能耗能效監測、企業/用戶能耗監測、告警預警等,支撐政府部門精準決策;支撐企業全面監管自身能耗,提高能源使用經濟性和有效性。

1.3.2 能源分析

能源分析基于云平臺獲取的海量能源數據資產,利用大數據和人工智能技術,結合專家團隊,提供專業化、可視化、智能化的能源分析報告,開展區域能源智能分析、企業能源智能分析、綜合能耗能效分析、異常用能智能分析,為政府未來能源布局、產業規劃等重大決策提供支撐,幫助用戶節約用能成本、提高能源利用效率。

1.3.3 能源管理

實現對區域內多種能源的接入管理和優化管理,進一步開展多種能源協調互補,實現多能聯動,綜合展現區域微電網運行場景;構建虛擬電廠,引入多能聯動和市場調節機制,引導用戶開展需求側響應,最終實現多能互補和綜合能源梯級利用。

1.3.4 能源服務

能源服務為滿足終端客戶多元化能源生產與消費的能源服務方式,就是由單一售電模式轉為電、氣、冷、熱等的多元化能源供應和多樣化增值服務模式。包括能源接入服務、能源定制服務、客戶畫像服務、設備代維服務、能源訊息推送等。

1.3.5 能源交易

能源交易是在一定的門檻準入條件和輔助服務機制下,為區域內分布式能源(儲能)和能源用戶在統一平臺上提供冷、熱、電等多種能源的一站式交易服務,支持基于區塊鏈技術的交易模式,體現能源交易公正透明、有序協同的特征。主要包括能源結算、電能交易和區域能源配額交易等功能。

1.3.6 能源生態

打造一個能源市場的“淘寶”,發揮用戶發布需求,市場服務對接的紐帶作用,吸引全社會能源用戶和各類能源服務商在此開展服務,使能源用戶能夠快速找到能源服務商,能源服務商也能精準定位目標客戶;包括產品發布、上下游廠商管理、資訊發布、智庫咨詢平臺等功能模塊。

2 智慧能源綜合服務平臺建設內容

2.1 平臺總體架構

智慧能源綜合服務平臺架構按照感知層、網絡層、平臺層、應用層4層總體設計,以標準規范體系為基礎,以安全防護體系為保障,集成對接內外部相關系統,架構柔性可靠易擴展,滿足不用用戶差異化需求。智慧能源綜合服務平臺總體架構見圖。

智慧能源綜合服務平臺總體架構

感知層適配冷熱氣電等多種能源智能終端,實現能源信息標準采集與智能控制。網絡層應用標準化通信規約和多類型網絡傳輸技術實現設備、平臺、服務間的互聯互通。平臺層構建智慧能源數據中臺,支撐智慧能源服務。在應用層,以PC端、移動應用端和大屏幕系統等設備為系統展現層,為政府、能源消費者、能源運營商、能源產品與服務商提供滿足業務需求的應用系統。系統功能包含能源監控、能源分析、能源服務、能源管理、能源交易、能源生態六大功能。

標準規范體系結合國家行業規范,健全完善模型標準、接入標準、通信規范,確保平臺建設的標準化,實現平臺泛在接入、智能適配、靈活擴展、互聯互通。安全防護方面,應用公司泛在電力物聯網相關安全防護策略,保障平臺安全穩定運行。系統集成方面,集成企業能效服務共享平臺、車聯網平臺、電商平臺等業務系統,對接政府機構、銀行金融等外部系統,實現能源信息及服務的交互。

2.2 “混合云”的架構模式

近年來,隨著大數據應用產業化規模在我國的快速增長,作為IT基礎支撐平臺的“混合云”技術也迎來了井噴式發展,越來越多的企業和政府部門認識到采用混合云的IT基礎架構能更好地支撐業務的數字化轉型,加快業務創新發展。公有云彈性靈活,按需付費;私有云安全可控可定制;混合云可將兩者的優勢靈活地結合起來,實現傳統業務與互聯網業務的協同發展,成為“云計算”領域的主要構建模式和發展方向。智慧能源綜合服務平臺“混合云”架構模式見圖。

智慧能源綜合服務平臺“混合云”架構模式

平臺采用“混合云”的架構模式,主要包括2個部分:①開放、高吞吐量的實時數據處理及資源調配區域(俗稱為“公有云”),采用租賃社會上安全可靠的云服務資源,具體內容包括彈性云主機服務、云硬盤服務、虛擬私有云服務及安全保障等;②為保證核心數據安全而設置的加密數據存儲及計算區域(俗稱為“私有云”),私有云建設通過購買云平臺所需軟硬件設備,按照私有云要求進行虛擬化,并對云平臺進行安全保障。所需內容包括服務器、堡壘機、存儲設備、交換機、路由器、網絡防火墻(含IPS)、Web應用防火墻(WAF)、數據庫審計工具、APT攻擊檢測系統、綜合日志審計平臺、邏輯強隔離裝置、負載均衡等。

“混合云”模式,是在保障信息安全的前提下,供云平臺參與各方進行數據共享的重要基礎和保障。

3 智慧能源綜合服務平臺應用探索

3.1 區域能源運營

3.1.1 電能質量監測

電力需求側管理的快速發展,也促使電力需求側需要實現獨立的電能質量檢測,滿足自身需求與完善電力需求側管理。通過平臺在需求側開展電能質量監測,通過對能源數據的監測、采集和處理,并生成各種電能及電能質量報表、分析曲線、圖形等,便于電能質量分析、研究和預警。

3.1.2 能耗分析

通過平臺對用戶的用電、用水、用氣等能源數據開展實時監測,利用大數據分析技術,開展區域能耗分析,對區域總體能耗、各行業能耗、各類型用戶能耗、企業能耗開展監測分析、對比,及時幫助政府掌握區域能源供需動態,支撐政府部門開展區域節能降耗、優化能源結構等監管工作;幫助企業了解自身用能特點,提高用能效率。

3.1.3 虛擬電廠

基于區域內分布式能源、可控負荷、儲能等主體的聚合和協調優化,配置相應的市場機制,建設虛擬電廠體系,通過調節特定的虛擬電廠出力,實現區域電力削峰填谷,減少城市用電對電網投資的依賴,實現區域能源優化調度、平衡負荷、多能互補,體現智慧能源調度的特點。

3.1.4 智能運維

通過平臺為用戶提供智能代運維服務,通過對客戶能源網的測量,使平臺匯集客戶能源數據,以此為媒介為客戶提供智能化的運維托管服務,對客戶電網及能源系統進行優化協調控制。滿足電力用戶的2個根本需求:“省心”,用電保障安全可靠;“省錢”,用電經濟高效。

3.2 區域應用案例

目前,智慧能源綜合服務平臺已經在天津、上海等規則引擎地開展建設和應用,服務政府、園區、企業等多種用戶,能夠支撐能源監管、能源托管、代運維服務、電能替代、需求相應、園區客戶集群服務、能源咨詢等多種應用場景。

該平臺應用于天津城市能源互聯網建設,匯集區域內各類用戶群體的多元化能源數據,貫穿能源產業服務全過程,為能源互聯網的參與主體提供綜合能源智慧服務,突出了能源分析及其結果應用,并建立面向能源互聯網的多方參與、利益共贏的運營模式,與政府、消費者、上下游企業等相關方實現共商、共建、共享、共贏,初步建立起智慧能源生態圈。

該平臺應用于以張江科學城為試點的上海智慧城市建設,打造了一體化的智慧城市能源大腦,構建了一個多方共贏的價值體系,以政府為主導、市場為導向、客戶為中心,實現政府監管手段多樣、客戶用能節約靈活、能源市場開放共贏、能源企業提質轉型。

4 結語

本文在智慧能源、綜合能源服務、能源互聯網等理論的指導下,在研究國內外能源互聯網和綜合能源服務實踐的基礎上,開展了智慧能源綜合服務平臺的建設及應用,提出了平臺的總體定位、服務對象,設計和開發了能源監控、能源分析、能源管理、能源服務、能源交易、能源生態六大功能模塊;按照感知層、網絡層、平臺層、應用層的物聯網架構設計了平臺的總體架構,采用“混合云”的架構模式解決電網企業內網數據安全和外網數據共享問題;通過該平臺的區域能源運營實踐應用,證明該平臺在智慧能源服務領域經濟效益和社會效益都十分明顯,為智慧能源綜合服務平臺的設計、開發和應用提供了一種可行方案。

未來平臺還將在數據接入標準、能源大數據分析、能源交易、移動應用等方面繼續完善,做好基礎通用功能組件的提煉和優化,在此基礎上針對不同用戶需求開發個性化功能,提升平臺的穩定性與靈活性,助力智慧城市建設。

作者簡介:國網信息通信產業集團普迅公司

劉曉靜(1987—),女,碩士,經濟師,從事電力企業管理咨詢及綜合能源服務相關業務工作。

王汝英(1970—),男,碩士,高級工程師,從事電力信息化、能源物聯網、電力系統、綜合能源業務工作。

魏偉(1983—),女,碩士,工程師,從事能源互聯網商業模式研究工作。

閆松(1980—),男,碩士,工程師,從事綜合能源業務工作。

張立(1982—),男,本科,工程師,從事電力信息化、地理信息工程、能源物聯網、綜合能源業務應用等工作。

張海濤(1975—),男,碩士,經濟師,從事電力信息化、車聯網、能源物聯網、綜合能源應用設計研發工作。

劉萬龍(1976—),男,本科,助理工程師,從事電力信息化、能源物聯網、地理信息系統、綜合能源業務工作。

關鍵字:智慧能源綜合服務平臺

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