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清华大学曹军威:能源互联网关键技术研究

光伏系统工程  来源:北极星太阳能光伏网    2019/6/5 15:39:25  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:6月3日,SNEC第十三届(2019)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)论坛在上海开幕。在6月4日进行的第三届能源互联网技术与应用高峰论坛上,清华大学信息技术研究院副院长,北京智中能源互联网研究院首席科学家曹军威研究员带来演讲报告,题目是“能源互联网关键技术研究”。

以下为发言实录:

曹军威:我来自清华大学信息技术研究院,也是担任北京智中能源互联网研究院的首席科学家。围绕最近几年能源互联网开展的研究的具体技术跟大家交流。

理解能源互联网更多从互联网的角度理解,互联网是自下而上构建网络信息基础设施的过程,未来能源互联网是不是也有这样的过程,我们有一些分布式的能源、可再生能源、储能,最近几年产业化发展也比较迅速。在这个基础是,能不能互联成为能源微网,进一步形成能源互联网,国际电网公司也提出全球能源互联网的理念,在这个基础上有这样一个自下而上的构建的能源基础设施,再来实现类似能源互联网上的一些模式创新和新的应用。

从技术的角度,我们把能源互联网的发展分为四个层面,最底层是物理系统,在多种能源形式、多能互补,包括跟用户侧的需求侧响应。上面是信息物理融合系统,各种传感、物联网的技术。再往上具体的业务,我们也是分成两层,核心的是能量管理和控制,再往上是能量交易。随着我们国家电力体制改革,电力,包括售电的开放,我们有交易的层面。下面我简单结合这四个层面介绍一下我们开展的一些工作。

第一个层面的工作,我们在北京市科委的支持下开展了能量路由器的研制,在能源互联网物理层关键的装备,理念很简单,在信息的互联网网络里面,路由器是担任信息分发的角色,它主要的工作原理是存储、转发,信息来到路由器再分发出去,形成分散式的信息的转发机制。

能量是不是也能够形成这样的机制?我们也是探索在一些不同的接入,比如分布式的光伏,包括微网的接入,包括本地负荷的接入,跟电网的接入,如果都接入到这样一个能量路由器上面,我们通过电力电子的技术、储能技术,再加信息技术的融合,能够形成一个能量路由器的装置,它有即插即用的功能,不仅仅在用户侧,在源、网,不同的层面都能形成即插即用的功能。这方面我们也参与了能源互联网能量路由器标准的制定。

我们开发能量路由器的样机已经通过了北京科委的验收,我们是多端口的设备,不仅仅是在电网某一个点上单输入、单输出解决电能质量问题、潮流控制的问题,而是一个多端口的装置。我们的设计理念是模块化,可以扩展,端口数可以扩展,它接入的类型可以扩大。我们尽最大可能把不同类型的,无论是负载还是源接口标准化,这样才能实现即插即用。两个层面,一个是端口的即插即用,另一方面外接可以即插即用,甚至容量可以动态的调节,所有这些都是技术上的要求。

在实现途径上,我们希望类似互联网路由器的发展,在成本逐渐下降以后,它做到了硬件的逐渐通用化。无论是交换机起来路由器,在不同层面上都是以一种标准化统一的路由器的方式出现,这样硬件便宜到一定程度,就是达到通用化的目标。现在信息路由器,尤其在边缘,大家坏了都不会去修,直接替换了。我们现在还是以专用式的变流器为主,光伏、储能,包括并网、充电,都是一些专用的变流器,未来能不能做到通用,即插即用跟软件的对接,是软件的定制化。通过信息物理的手段,解决这样的问题。某种程度上替代变电站的功能,或者做备用的功能。电能质量调节方面,是一个交质交的转换,本质上可以调节电能转换。

信息管理方面,本身自带能量管理,可以自身成为能量管理的执行终端,甚至交易的计量终端,也可以跟数据中新信息基础设施结合,提供信息的服务。现在我们做的样机主要是电力路由器的样机,现在也有很多人把冷热基础设施也跟电力的路由器结合在一起,变成能源站的模式。这个我们认为能量路由器是未来能源互联网发展底层的关键设备,我们也在跟一些厂家进行合作、产业化。这是第一个层面,能量层面做的工作。

第二个层面的工作,在平台层面。我们更强调物联化思维,不仅仅把物理层面的配网、微网,用户信息采集上来,做管理控制,现在很多厂家做到云平台,信息能源数据的采集和管理。同时我们强调,互联网强调用户的介入,就是人的连接,同时要强调进来,人和物之间的连接。从人的连接来讲,我们叫多元主体接入,这样的平台不仅仅是给供能商用,也不仅仅给用户用,应该是一个多种主体都接入这样的平台,源网,还有用户,还有中间的运营商、中间商、售电商、服务商,都能接入这样的平台,这样的平台从互联网的角度就有平台效应。全景数据的接入以后,在一些能量的售电交易在这个平台上发生,就会产生价值闭环,就会从互联网的角度驱动能量流、信息流的流动。

有这样的平台可以做很多大数据的分析,这个大数据分析基本上是全景的大数据,不仅仅只有用户数据、电网数据,这个价值就比较大。基于人和物的信息都获取的平台,可以实现全产业链的整合。这样的平台强调用户的体验要好,移动互联网的思维用户可以上面看到各种各样的售电方案,可以在上面买电,售电商,包括很多专业的运营商可以在上面做各种各样的监控。在能量管理平台方面,我们也是参与了中电联的能源互联网专项的制定,而且跟李老师合作,把能量管理平台的标准做出来。

第三个层面工作,在平台的基础上进行大数据平台的分析,在算法上我们采取新一代的人工智能,比如深度学习。我们认为深度学习本身在一些图像、医学、金融、游戏等领域都取得了一定成功,本质上是一个对特定任务、特定目标有超出人类的优势。在能源互联网的能量管理层面上也可以看到,它也是一个特定目标下任务的解决,它也应该有它的优势。而且我们也是非常希望从数据驱动的角度开展大数据的分析,我把电网也好,综合能源服务的小的区域里面可以做到电流、电压,基本量的采集,形成一般化的数据平台,无论是做负荷的建模也好,做电能质量的分析也好,做风险研判,还是感知,能量管理层面的高级应用也好,都有统一的基础,而不是每一个应用都来构建一套基础设施。

第四个层面的工作,我们跟国家电网公司科技项目,浙江电网合作做区块链的前沿技术,跟能源互联网相结合的场景。从区块链的技术框架,在底层的共识机制和上层的智能合约都跟能源互联网分布式的初衷比较切合。我们也研究了能源区块链的适应性和差异化,从能源区块链的角度到底哪些可以应用,哪些可以进行拓展、创新,在这方面我们认为大规模分散式的交易在目前的情况下还不成熟,但是我们在基础的区块链底层,基础架构上可以做一些研究。如何把能量的数据能够跟区块链的底层架构结合在一起,可以无缝衔接能源基础设施的数据采集跟区块链上链的数据之间,这样一个衔接。我们也在开展一些示范工程,希望从良侧端直接接入区块链的底层设计,就把数据的管理,甚至到上层的交易,通过区块链的技术打通,这是我们做的一个尝试。

最后一个示范工程,我们也是推动了一些示范工程方案的建设,特点我就不讲了。在这样的一个方案里面,我们一般是结合冷热电多种能源形式的互补,还有需求侧管理和响应基本的用户侧的要素,另外就是风光储、电动汽车、微网的要素,结合在一起,形成综合能源服务的区域化能源运营和管理,这方面也有它的现实意义和经济效益,可以做出一定的贡献。

总结,我们从关键技术方面主要在四个层面,能源交换和管理平台、大数据分析、区块链做了探索。最后我们认为要示范工程驱动,把技术应用到里面去,这样技术可以成熟,真正实现产业化的产品和服务。谢谢大家!

(发言根据速记整理,未经本人审核)

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