智慧能源关键技术及应用

张素娟

上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海 200070

智慧能源是以用户思想为主导的新概念，也是建设智慧城市、智慧社区和美丽城镇的基础。目前，电力公司、互联网金融行业等对此进行了一些探索和开发。但是，仍然需要不断创新和突破，智慧能源概念正是因此而提出的设想。当前，我国的经济发展进入了新的高峰，各种互联网技术不断发展，智慧能源技术是经济发展、技术发展、能源需求、环境需求共同的产物。

1 智慧能源概述

1.1 智慧能源的概念

智慧能源是对各类能源和资源的整合，例如地热能、太阳能、空气能、水能、天然气、城市自来水、污水、工业废水和废热等。利用诸如冷热回收、能源存储、热量平衡和智能控制等新技术来平衡和调控各种能源流，从而实现能源和资源的综合利用。

智慧能源是将能源互联网化，综合利用高端存储电子技术、信息技术和智能管理技术联通新的电力网络，天然气网络和其他分布式能源网络、分布式能源存储设备和各种负载组成能源节点，连接这些能源节点形成网络可以实现能源双向流动的能源交互共享的网络。

1.2 发展智慧能源的意义

我国已经成为世界上最大的能源生产国和消费国，面临着巨大的能源需求压力、生态环保压力，急需从根本上革新传统的能源生产与消费方式，重塑能源生产、运输、消费、储存的链条，将生产者和消费者有机整合起来，把能源互联网化，让智慧能源的理念与技术贯穿能源生产与消费的全过程，从而成为我国实现碳中和的重要支撑。

2 智慧能源关键技术

2.1 区块链技术

区块链技术的应用可以为数据安全、多主体协调、信息集成和其他智能能源开发问题提供新的技术解决方案，为能源服务和电力市场构建智能交易系统提供新的可能性。依靠区块链技术的去中心化、信息共享、信息跟踪等技术特点，一方面，可以简化新能源电力交易流程，降低交易成本，并有效支持点对点传输，多个实体之间的点对点、实时、自主的微量余额交易；另一方面，区块链技术的去中心化会计技术可以为能源产品、能源金融等产品的交易构建新的商业模式，例如绿色能源认证和绿色认证交易，并促进能源和电力市场交易。这种创新的能源生产和服务模式，有助于大量消纳新能源。依托区块链技术的“多链”技术本质，实现电力网络、石油网络、天然气网络等异构能源系统中多个主题与相应设备的广泛互联，形成多能源互补的供能系统。基于垂直源网络、存储协调和集成可以实现集成能源系统中多个实体之间可靠的互联、信息公开和合作自治，显著提高集成能源服务的可追溯性和安全性，从而促进综合能源服务的发展。

2.2 大数据技术

能源大数据的特点是规模大、多态性强、速度快、值密度有限。大数据技术是一种以大规模数据收集为研究对象的综合技术。传感器技术、信息通信技术、计算机技术和数据分析技术和专业技能的结合是对传统数据挖掘和数据分析技能的继承和发展。大数据技术的应用可以实现能源生产整个链条数据收集和能源消耗分析，为能源系统的安全稳定运行、能源效率的提高和能源综合协调分配提供重要支持。

（1）源网络负载存储。使用大数据技术从能源和电力系统收集、传输、存储和合并数据可以有效地整合能源和电力系统中的多个异构数据，建立能源和电力系统的数字孪生模型，并进一步提高输出。识别和预测新能源和能源网络中的趋势分布和用户能源消耗行为，为异构能源的调度提供关键的决策支持，使能源系统更加安全、可靠、高效地运行。

（2）能源效率提高。依靠大数据技术了解用户能源消耗行为与能源实时价格、天气、时段等因素之间的隐含关系，建立用户能源使用类型、能源使用时间段、能源使用强度和能源使用灵活性等模型。实现对能源用户的多幅精确描述，制订能源消耗优化计划，定制能源消耗服务，就能源消耗对用户侧资源开发提供理论指导，促进能源消耗降低，实现综合能效的提高。

（3）源网络负载存储协作。通过使用大数据技术分析能源和电力系统中积累的大量数据，可以准确了解负荷和电网之间的能源流、业务流和信息流的流向和交互方式，提高异构能源网络的可靠性和经济性，并支持能源和电力系统的安全可靠运行。

2.3 云平台技术

云平台是一个逻辑上统一的数据中心，由连接不同类型的数据并整合依赖于存储、交换和虚拟化组件的多种计算资源组成。与传统服务器相比，云平台可以通过将物理资源虚拟化为虚拟机资源池来灵活地调用软件和硬件资源，从而为用户提供各种服务。云平台根据客户需求为用户提供三种类型的服务：基础架构即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）。云平台利用虚拟化的资源管理技术，对全面存储的数据信息进行抽象和关联，形成应用间、部门间和系统间的信息，构建具有通用资源共享、动态管理和数据可视化特征的智慧能源管理系统，为用户提供实时在线的能源服务，并根据用户的能耗特征定制相应的节能技术改造方案、能源合同管理、能耗效率弱点诊断和识别，以及其他服务解决方案。基于能源大数据不仅可实现对能源服务的复杂管理，还可实现对能源服务的精细化管理。依靠云平台的开放和全面的技术特性，可以访问多个主题和设备，打破物理结构之间的技术和体制障碍，并在此基础上构建数据驱动的功能库、模型库和算法库，实现各种终端的监视、远程控制和远程控制，有助于能源和电力系统的多功能动态优化。

3 智慧能源关键技术的应用

3.1 能源路由器

根据能源形式，可以将储能技术分为物理储能、电化储能、液流电池储能、化学储能等。能源互联网需要3个层面的储能设备，即能源路由器中需配备中等容量的储存设备；能源互联网传输层中需配备容量较大的储存设备；分布式能源单元中所配置的储能设备。能源路由器由固态变压器、储能设备等基础设备构成，主要用于数据采集装置、复杂的优化计算模块、能源负荷实时预测系统、信息物理系统等云计算技术互联网架构体系。

3.2 能源互联网

能源互联网综合应用服务平台的建立主要依靠技术支撑、顶层设计、行动计划等。能源互联网的应用需要建立能源市场交易平台。随着国家对传统能源企业经营模式的改革，国家能源局及发改委颁发了体制改革配套文件，引入民营资本。短期内国家售电方式不变，但售电竞争力变大。

国家在石油能源行业也做了初步的改革，例如水及天然气采用垄断政策。能源互联网的发展需要有国家政策的支持，建立能源交易平台。能源互联网的应用还需要建立需求响应管理平台，以平衡能源互联网中供需区域为目标，将能源管理系统中的能源进行合理分配。此外，能源互联网的综合应用还需要建立用户服务系统、营销系统等。

4 智慧能源发展趋势

首先，在新电改政策的推动下，传统的能源公司为了谋求生路，开始向综合服务商转型，开始成立区域性售电公司，为开展后续能源服务做准备。目前，很多资源大省对电改充满热情，相对于市场更注重降电价红利，但实质改革速度较慢，导致各方面策略无法顺利实施。

其次，传统的能源企业和互联网企业开始合作，将传统能源企业向互联网企业转变。例如光伏行业就是与互联网相结合，从而达到整合能源的目的。传统的能源企业与能源互联网企业合作，可以通过用户大数据找出更有价值的信息，分析典型耗能用户的需求，做好科学的能源预测，从而使发电战略布局更加完善。

最后，传统能源公司开始向互联网金融拓展。金融行业是实现能源互联网的重要手段，从基础设施的建设到商业模式，都离不开金融资本的深度介入与助推。目前，互联网金融对传统能源企业起着重要的作用。能源互联网金融服务平台的建立，在不断壮大民营资本构建的能源互联网金融体系的同时，还带动了国有能源企业进军互联网金融。

5 结束语

随着碳中和目标的提出，能源利用格局在悄然发生巨变，急需整合分散的能源生产、传输、使用等全链条技术的出现，故智慧能源技术应运而生。越来越多的能源公司正在重塑能源价值链，创造各种新的技术和新的商业模式。智慧能源是未来能源发展的方向，将能源互联网化，通过综合利用、综合调配，达到总体节能，实现生态化发展、绿色发展。