Intel數(shù)字能源網(wǎng)絡(luò)：物聯(lián)網(wǎng)如何應(yīng)用在智能電網(wǎng)中

　　受到新的市場(chǎng)法規(guī)、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和國際能源轉(zhuǎn)型潮流的影響。為確保能源的可持續(xù)發(fā)展成為了如今政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的當(dāng)務(wù)之急。在當(dāng)前和未來技術(shù)發(fā)展的鼎力支持下，智能電網(wǎng)將更好地幫助企業(yè)滿足不斷增長的需求，提高供電的可靠性和質(zhì)量，改進(jìn)能源效率并將低碳能源整合到電網(wǎng)中。

　　本文從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)角度探討了智能電網(wǎng)的開發(fā)環(huán)境，以及互聯(lián)互通的新智能電網(wǎng)如何被視為物聯(lián)網(wǎng)的良好典范進(jìn)行闡述。

　　我們所熟知的英特爾

　　英特爾公司是世界上第二大的半導(dǎo)體公司，也是第一家推出x86架構(gòu)處理器的公司，總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉，以“集成電子”（IntegratedElectronics）之名在將高端芯片設(shè)計(jì)能力與領(lǐng)導(dǎo)業(yè)界的制造能力結(jié)合在一起。英特爾也有開發(fā)主板芯片組、網(wǎng)卡、閃存、繪圖芯片、嵌入式處理器，與對(duì)通信與運(yùn)算相關(guān)的產(chǎn)品等。

　　在1990年代時(shí)，英特爾在新的微處理器設(shè)計(jì)上做了相當(dāng)大的投資，培養(yǎng)出快速崛起的PC工業(yè)。在這段期間，英特爾成為PC微處理器的供應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)者，而且占領(lǐng)著主導(dǎo)的市場(chǎng)地位，就像是微軟公司一樣支配著PC工業(yè)的發(fā)展方向。

　　瞬息萬變的環(huán)境

　　但同時(shí)，隨著英特爾的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD，NVIDIA，Samsung及TSMC的快速發(fā)展，不斷的擠壓其原來的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。英特爾也將其企業(yè)的價(jià)值鏈拓展到了其他行業(yè)；其中，能源行業(yè)的數(shù)據(jù)能源管理與物聯(lián)網(wǎng)成為了英特爾下一個(gè)亟需征服的領(lǐng)域。

　　根據(jù)英特爾的物聯(lián)網(wǎng)白皮書中所提及的，隨著低碳技術(shù)的采用，能源系統(tǒng)正經(jīng)歷著從需求驅(qū)動(dòng)到供應(yīng)依賴型的轉(zhuǎn)變，電網(wǎng)已經(jīng)從本質(zhì)上開始進(jìn)行轉(zhuǎn)變：

　　1.可再生能源的影響

　　隨著太陽能，陸上與海上風(fēng)電，生物質(zhì)能，熱電聯(lián)產(chǎn)等一系列的可持續(xù)能源接入電網(wǎng)，這種不可預(yù)測(cè)的間歇供電需求的增長正在打亂微妙的供需關(guān)系平衡，給如今的用電限制和需求響應(yīng)能力帶來了新的壓力。間歇供電需求的增長也意味著，某些電網(wǎng)區(qū)域在一天中特定時(shí)間所吸收的可再生能源發(fā)電量可能會(huì)大于其實(shí)際消耗量。

　　2.生產(chǎn)消費(fèi)者去中心化現(xiàn)象

　　電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商和公用事業(yè)企業(yè)正在失去其能源生產(chǎn)的壟斷地位。傳統(tǒng)的住宅、商業(yè)或工業(yè)級(jí)的能源消費(fèi)者，如今也逐漸滲透到發(fā)電環(huán)節(jié)，挑戰(zhàn)著從發(fā)電者到消費(fèi)者的舊單向關(guān)系。無論是使用太陽能電池板給一個(gè)家庭供暖，還是使用商業(yè)風(fēng)電場(chǎng)給整個(gè)超市供電，生產(chǎn)消費(fèi)者都在創(chuàng)造一個(gè)由出于經(jīng)濟(jì)動(dòng)機(jī)的實(shí)體組成的金字塔，這些實(shí)體運(yùn)營或擁有一個(gè)包含發(fā)電負(fù)荷甚至能量存儲(chǔ)的電力系統(tǒng)。

　　因此，傳統(tǒng)的整體電網(wǎng)正在變?yōu)橐幌盗谢ヂ?lián)系統(tǒng)，包括超高壓電網(wǎng)和區(qū)域電網(wǎng)和乃至微電網(wǎng)。隨著電動(dòng)車和混合動(dòng)力車的融入，電網(wǎng)的邊界將變得更加模糊。

　　智能電網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用

　　從根本上說，智能電網(wǎng)是一種通過數(shù)字化控制、監(jiān)控和通信能力增強(qiáng)的發(fā)電、輸電和配電網(wǎng)絡(luò)。除了提供實(shí)時(shí)、雙向的電力流之外，智能電網(wǎng)還支持自動(dòng)化的雙向信息流。為了給現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)增加智能特性，需要戰(zhàn)略性部署新的數(shù)字設(shè)備和裝置，這種新的數(shù)字設(shè)備層能夠?qū)⑵浞Q為‘能耗互聯(lián)網(wǎng)’。并從設(shè)備中提取有價(jià)值、切實(shí)可用的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。物聯(lián)網(wǎng)的真正價(jià)值在于它能夠使無關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)中的數(shù)據(jù)發(fā)揮價(jià)值，收集關(guān)于電力供應(yīng)鏈每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)運(yùn)營商可以使用強(qiáng)大的分析、仿真模型和假設(shè)場(chǎng)景更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)從電網(wǎng)狀態(tài)到天氣條件的各種因素對(duì)其產(chǎn)生的影響。

　　與負(fù)荷預(yù)測(cè)分析相關(guān)的可能性和從被動(dòng)運(yùn)營到主動(dòng)運(yùn)營的轉(zhuǎn)變是智能電網(wǎng)最典型、最重要的特性之一。它可幫助電力公司和電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商：

　　降低資本支出。通過智能電網(wǎng)，可更準(zhǔn)確地匹配整個(gè)電網(wǎng)的供應(yīng)和需求。公用事業(yè)企業(yè)可以通過負(fù)荷預(yù)測(cè)減少不必要的發(fā)電容量，滿足高峰需求，并確保最高效的分配方案，從而最大限度降低傳輸成本并獲取運(yùn)營的最優(yōu)解。

　　管理需求。借助對(duì)消費(fèi)模式的精細(xì)了解和更精確的預(yù)測(cè)能力，企業(yè)可以實(shí)施更多的節(jié)能計(jì)劃，包括需求響應(yīng)、時(shí)段使用費(fèi)和動(dòng)態(tài)定價(jià)。這可幫助平衡供需，最大限度減少過度配置基本負(fù)載或峰值負(fù)載所導(dǎo)致的浪費(fèi)。

　　提高可再生能力。能源結(jié)構(gòu)中可納入更多的陸上和海上可再生能源發(fā)電。公用事業(yè)企業(yè)能夠更有效地響應(yīng)大規(guī)?？稍偕茉吹拈g歇性問題和較小規(guī)模的分布式發(fā)電，同時(shí)仍確保供應(yīng)安全。

　　降低維護(hù)成本。通過數(shù)據(jù)監(jiān)控各種發(fā)電、輸電和配電資產(chǎn)的活動(dòng)可幫助企業(yè)執(zhí)行遠(yuǎn)程故障診斷，最大限度減少現(xiàn)場(chǎng)訪問，提高預(yù)測(cè)維護(hù)能力，從而更高效地提供技術(shù)支持，使工程團(tuán)隊(duì)專注于專業(yè)領(lǐng)域。

　　增強(qiáng)客戶參與。由于在放開管制的市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)，并滿足特定監(jiān)管市場(chǎng)的節(jié)能目標(biāo)，電力企業(yè)可以利用洞察來準(zhǔn)確地了解客戶的使用模式，從而提供更有針對(duì)性、更有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和服務(wù)。

　　技術(shù)路線

　　隨著電網(wǎng)從模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)變，幾乎每一個(gè)設(shè)備和設(shè)備部件都需要內(nèi)置安全且互聯(lián)的智能特性。此外，還需要對(duì)支持性的云和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行增強(qiáng)，以保護(hù)數(shù)據(jù)，管理設(shè)備并執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。

　　若要實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的承諾，必須滿足四大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

　　1.安全性

　　安全性是關(guān)鍵：如果不具備安全性，智能電網(wǎng)將和所有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一樣，無法正常工作。電網(wǎng)是需要提供保護(hù)以防范網(wǎng)絡(luò)威脅的重要目標(biāo)。作為一個(gè)大型分布式和互聯(lián)系統(tǒng)，智能電網(wǎng)成為了一個(gè)非常大的攻擊面，對(duì)關(guān)鍵元件的任何成功攻擊都會(huì)危害電網(wǎng)安全，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)斷電。

　　保護(hù)智能電網(wǎng)所需的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和最佳實(shí)踐包括：防病毒、防火墻、入侵防御系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)，深度防護(hù)和系統(tǒng)強(qiáng)化。

　　此外，應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的高級(jí)持續(xù)性威脅（APT）需要先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，包括安全信息和事件管理（SIEM）系統(tǒng)、應(yīng)用白名單和嵌入在處理器級(jí)別的安全功能等。

　　2.通信

　　和任何其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一樣，智能電網(wǎng)的最終成功取決于各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)安全、可靠地互聯(lián)并相互共享信息的能力。

　　在智能電網(wǎng)中，通信分為兩類：在相對(duì)封閉的環(huán)境（如家庭局域網(wǎng)絡(luò)或工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)）中傳輸數(shù)據(jù)所需的協(xié)議；從外部將數(shù)據(jù)傳輸回中心位置所需的協(xié)議。這將涉及各種協(xié)議，包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和 WAN，并需要專業(yè)電信服務(wù)提供商、硬件和軟件公司的參與。

　　這需要基于開放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通用框架，以便電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商無需將其電網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)與一家公司的解決方案相關(guān)聯(lián)便可確?？苫ゲ僮鞯倪B接性。

　　3.分析

　　電網(wǎng)中可收集各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括可提高維護(hù)計(jì)劃效率的實(shí)時(shí)運(yùn)營可視化，以及可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)發(fā)電計(jì)劃和負(fù)載平衡的預(yù)測(cè)分析。從這些數(shù)百萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中獲取切實(shí)可行的信息。

　　在能源生產(chǎn)中，可再生能源電廠可使用計(jì)算密集型仿真模型來更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)能源需求，考慮天氣條件并優(yōu)化容量。例如，分析風(fēng)型可預(yù)測(cè)可能的發(fā)電量，在高風(fēng)速運(yùn)行下何時(shí)能完全切斷發(fā)電。這些信息可用來解決間歇性問題并減少旋轉(zhuǎn)備用。同樣，分析可幫助配電服務(wù)運(yùn)營商（DSO）、輸電服務(wù)運(yùn)營商（TSO） 和垂直整合的公用事業(yè)企業(yè)，實(shí)時(shí)優(yōu)化變電站的供電電壓和相機(jī)，從而提高能源效率。

　　隨著電網(wǎng)的復(fù)雜性不斷增加，公用事業(yè)運(yùn)營商將需要分布在整個(gè)電網(wǎng)中的智能電表來做出直接影響運(yùn)營效率的實(shí)時(shí)決策。這種分布式智能及其支持的機(jī)器對(duì)機(jī)器通信對(duì)于提高未來智能電網(wǎng)的能力至關(guān)重要。

　　4.可管理性

　　有了延伸數(shù)千公里的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)、最終用戶場(chǎng)所的各種設(shè)備（包括大型渦輪機(jī)和智能電表等）以及涵蓋各種軟件和硬件類型的技術(shù)，設(shè)備和通信的可管理性是打造成功智能電網(wǎng)的第四個(gè)關(guān)鍵要素?？晒芾硇院w三大領(lǐng)域：設(shè)備、軟件和安全性，并且可以一直延伸到管理現(xiàn)場(chǎng)員工的移動(dòng)電腦和平板電腦的升級(jí)和維修上。

　　遠(yuǎn)程診斷、控制和維修能力可顯著提高設(shè)備可用性，提升維護(hù)和運(yùn)營效率，特別是當(dāng)資產(chǎn)分散在各地或難以訪問時(shí)（比如在地下、水下時(shí)）。

　　數(shù)據(jù)模型還必須反映出復(fù)雜技術(shù)和運(yùn)營挑戰(zhàn)的難題。虛擬化執(zhí)行環(huán)境可幫助開發(fā)人員隔離不同的工作負(fù)載，運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)并防止它們之間互相干擾，從而保護(hù)數(shù)百萬行計(jì)算代碼并提高控制系統(tǒng)可靠性。

　　最后，使用內(nèi)建到計(jì)算系統(tǒng)中的基于硬件的安全特性可創(chuàng)造一個(gè)可信執(zhí)行環(huán)境，這個(gè)環(huán)境中只能添加經(jīng)過驗(yàn)證的軟件，以防止黑客在控制網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行惡意軟件，避免造成安全問題。