泛在電力物聯(lián)網(wǎng)要以應用驅動為導向

　　泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念一經(jīng)提出，便受到了業(yè)界的廣泛關注，尤其是信息及其相關產(chǎn)業(yè)。其實，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)在電力行業(yè)的具體應用，它涉及到發(fā)電、輸電、配電、用電等方面的技術問題和經(jīng)濟問題，是電力設備、電力企業(yè)、電力用戶、科研機構等與電力系統(tǒng)相關的設備及人員之間的信息連接和交互。它將發(fā)電企業(yè)及其設備、電力用戶及設備、電網(wǎng)企業(yè)及設備、供應商及其設備、設計院、科研單位等人和物連接起來，產(chǎn)生數(shù)據(jù)共享，為發(fā)電、電網(wǎng)、用戶、設備供應商、科研、設計單位和政府提供服務；以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺和共享作用，為電力行業(yè)和更多市場主體發(fā)展創(chuàng)造機遇，提供價值服務。通過應用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計算等信息技術和智能技術，匯集各方面資源，為規(guī)劃建設、生產(chǎn)運行、經(jīng)營管理、綜合服務、新業(yè)務新模式發(fā)展、企業(yè)生態(tài)環(huán)境構建等各方面，提供有效的信息和數(shù)據(jù)支撐。可見，建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是社會和科技發(fā)展的必然要求。

　　泛在電力物聯(lián)網(wǎng)必須是應用驅動，根據(jù)應用需求，建立商業(yè)模式和價值回收路徑。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術創(chuàng)新，更是管理創(chuàng)新。建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知源網(wǎng)荷儲設備運行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場辦法引導用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過虛擬電廠和多能互補提高分布式新能源友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)容量占比，緩解棄風棄光，促進清潔能源消納。當前，常規(guī)發(fā)電廠、大型風電場、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接，調(diào)度可以直接控制；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要任務是連接負荷（尤其是可控負荷）和分散式發(fā)電。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制風電光電、可控負荷、分布式發(fā)電等，可以提高風電光電利用率，實現(xiàn)能源轉型目標。

　　能有效控制可控負荷

　　可控負荷是在供電部門要求下，按合同可以控制用電時間的特定用戶的負荷。電動汽車（EV）是一種非常特殊的負荷，因為電動汽車不僅可以作為負載，還可以作為發(fā)電機，對應充電（G2V）和放電（V2G）模式。2018年底，我國已有電動車達到200萬輛，預計2030年將達到8000萬輛。而海南省在規(guī)劃中提出“2030年起，全面禁止銷售燃油車”。大量的電動車接入電網(wǎng)，將對電網(wǎng)產(chǎn)生極大的沖擊。尤其是下班歸來的電動汽車集體充電帶來的負荷量更是非常巨大，而且電動汽車充電也如新能源發(fā)電一樣具有不確定性，無法精準地預測負荷。目前，家用充電樁的功率是7-10kW的，快充直流充電樁可以達到300kW，例如特斯拉的超快充。若1000萬輛車同時充電，其功率將達到1億kW，比江蘇省全省最大負荷還要高。對電動汽車充電和放電的優(yōu)化控制是必須的，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術是最優(yōu)控制電動汽車充放電的有力支撐。

　　電動汽車充放電控制有三個適用條件。首先，電動汽車屬于可控負荷，對其充電進行控制可以達到在時間上移動負荷，調(diào)整負荷曲線和響應新能源發(fā)電的目的。對于允許充電控制的汽車，給予電價優(yōu)惠；其次，使用上達不到最佳充放電周期的電動汽車或者長時間閑置不用時，也會減少電池的使用壽命，適當?shù)腣2G有助于維護電池的壽命，同時車主可以獲得收益，但是頻繁的V2G模式會降低電池壽命，技術和經(jīng)濟上都是不可行的；最后，在緊急情況下，電動汽車可以作為分布式儲能，保證就近的一級負荷供電，車主可以獲得應急支援的高額補償。

　　對電動汽車進行聚類分析，分類適當使用，將給電力系統(tǒng)和車主帶來雙贏。汽車的無線通訊和網(wǎng)絡功能已經(jīng)成熟并得到廣泛應用，基本具備控制條件。對電動汽車的充放電優(yōu)化控制，需對用戶的行為模式進行分析，也需電動汽車和局域電網(wǎng)調(diào)度或智能發(fā)電廠的信息互通，這些都是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)需要解決的問題。

　　促進實現(xiàn)分布式發(fā)電

　　隨著光伏和風電成本的降低，分散式發(fā)電逐步興起。分布式發(fā)電通常由電力用戶建設，接入配電網(wǎng)。配電網(wǎng)將由原來的無源網(wǎng)絡變成有源網(wǎng)絡，線路的潮流方向可能隨著電源出力發(fā)生變化，供電計劃方法也將發(fā)生變化，主動配電網(wǎng)及智能發(fā)電廠等需要依托泛在電力互聯(lián)網(wǎng)的相關技術來實現(xiàn)，合理優(yōu)化的調(diào)配分布式能源和可控負荷。

　　用戶可以從消費者變成產(chǎn)消者，自己安裝分布式發(fā)電，例如屋頂光伏、自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，參與到電力市場中來。

　　大量的分布式發(fā)電接入到配電網(wǎng)中，將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來更大的挑戰(zhàn)，市場模式也要作出相應的調(diào)整，以適應更多隨機分布式能源。智能發(fā)電廠是把一個區(qū)域內(nèi)常規(guī)電廠與分散式發(fā)電集合成一個利益體，總體協(xié)調(diào)規(guī)劃的一種技術，將減少分布式發(fā)電給電網(wǎng)帶來的沖擊與調(diào)度困難問題。

　　綜合能源系統(tǒng)也是分布式發(fā)電的一種協(xié)調(diào)控制手段，把燃氣輪機、制冷制熱等發(fā)電及可控負荷結合在一起協(xié)調(diào)控制。綜合能源系統(tǒng)是指一定區(qū)域內(nèi)利用先進的物理信息技術和創(chuàng)新管理模式，整合區(qū)域內(nèi)煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實現(xiàn)多種異質(zhì)能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃，它可以有效地提升能源利用效率，促進能源可持續(xù)發(fā)展。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的輔助，是該系統(tǒng)實現(xiàn)運行的必要條件。

　　可減少棄風棄光

　　《巴黎協(xié)定》簽署之后，我國向國際社會鄭重承諾：到2030年前后，單位GDP二氧化碳排放較2005年下降60%-65%，碳排放于2025年前后達峰并力爭盡早實現(xiàn)。為此，我國發(fā)布《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016—2030)》，提高新能源占比，力爭非化石能源占比達到50%。

　　目前，風電和光電裝機容量分別占總裝機容量的10.6%和7.3%，發(fā)電量分別是3057kW·h和1182億kW·h，占總發(fā)電量的4.8%和1.8%。而我國棄風棄光現(xiàn)象頻發(fā)，2016年我國棄風率達到17%，棄光率達到了11%，2018年由于我國省間交易壁壘消融，棄風棄光都有所減少，分別為277億kW·h和54.9億kW·h，各占發(fā)電量的7%和3%，但當新能源占比達到一定的時候，棄風現(xiàn)象仍將存在。預計到2030年，風電和光電裝機分別達到4.78億kW和5.73億kW，分別占總裝機容量的17%和20%，發(fā)電量各占10% ，此時，新能源的裝機容量接近電力系統(tǒng)的平均負荷。除非大規(guī)模儲能技術及廢舊電池處理在經(jīng)濟上與技術上有實質(zhì)性的突破，否則，棄風和棄光將難以避免。

　　實現(xiàn)能源轉型目標，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要解決的一大問題。風電場、光電站、火電廠、水電廠和大型用戶等已經(jīng)和調(diào)度連接，通過智能電網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)同運行技術，讓大規(guī)模能源間協(xié)調(diào)互補平抑隨機能源波動，改善電能質(zhì)量。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)連接用戶和分散發(fā)電，尤其是可控負荷用戶。把可控負荷和分布式發(fā)電有效控制起來，以實現(xiàn)源網(wǎng)荷協(xié)同，減少棄風棄光。當棄風棄光出現(xiàn)時，調(diào)動可控負荷吸納新能源，當新能源功率出現(xiàn)缺口時，緊急情況下可短時間暫停慢充電動汽車的充電，暫停一些可停機的可控負荷，同時調(diào)動參與V2G的電動汽車與分布式儲能向電網(wǎng)輸送電能。

　　泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的初心是實現(xiàn)能源及社會的可持續(xù)發(fā)展。以需求為驅動，以技術為依托，培養(yǎng)可行性商業(yè)模式，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)潛力巨大，未來可期。(陳麒宇　作者供職于中國電力科學研究院有限公司)