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尽管对信息熵和热力学熵,目前尚难以具有共识的权重和方法进行量化、统一,但对信息物理融合系统,可看做是在利用泛在电力物联网的信息流“负熵”理念和技术,去进一步降低坚强智能电网中的热力学“熵增”,使其熵增过程尽可能减慢,甚至追求能量系统熵的增速接近到零。
因此,可以认为,泛在电力物理网,就是要实现不同综合能源系统内外部能源信息的联通和共享,以有效支撑能量的供需互动与有序配置;并且信息流将贯穿于能源互联网的全生命周期,包括其规划、设计、建设、运营、监控、维护、资产管理和资产评估与交易,等等。
具体来说,需要将没有连接的设备、客户都连接起来,没有贯通的业务都贯通起来,没有共享的数据都即时共享出来,形成跨专业数据的共享共用生态,将过去没有用好的数据价值都挖掘出来。
因此,能源互联网信息层的“热响应”,即,要看到坚强智能电网和泛在电力物联网的互补性。除了物理层基于能的梯级利用、能的因地制宜、能的多能互补和能的互联互济等技术实现综合能源系统熵增的降低外,借助信息层“云大物移智”技术,构建“源-网-荷-储”全链条交互的“泛在电力物联网”甚至“泛在能源物联网”,将是现阶段及未来能源互联网“熵增降速”的关键一环。
而能源互联网信息层的“冷思考”,即看到能源互联网与信息物理融合系统的统一性。能源互联网可看作是坚强智能电网与泛在电力物联网的合集,而能源界的信息物理融合系统,则可理解为坚强智能电网与泛在电力物联网的交集。
同时,当信息物理融合系统的能量流与信息流实现高度融合且物理空间边界不断扩大,在特定的能源系统时空尺度下,信息物理融合系统或与能源互联网收敛到统一,即形成具备自我“新陈代谢”的能源生态。
能源物联网应用层:技术与机制的“热响应”与“冷思考”
2016起,国家发改委、国家能源局等部门,陆续批准了4批增量配电网项目、首批23个多能互补集成优化示范工程、28个新能源微电网示范项目、首批55个“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目,遍布全国31个省、直辖市和自治区,标志着能源互联网已进入先行先试的发展阶段。
其中,作为撬动新一轮能源革命的重要支点,首批55个“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目引起了全社会的广泛关注。
2019年3月,我国《国家能源互联网发展白皮书2018》发布,从国家层面系统构建了我国能源互联网发展的指标体系,梳理了能源互联网的产业生态现状。2019年6月,由央企集团(公司)牵头的首批能源互联网示范项目也通过验收。
整体来看,首批落地的能源互联网示范项目,在关键技术与市场机制、综合能源服务与大众参与等方面开展了探索性工作,有力推动了能源互联网新技术、新模式和新业态的发展,这些,都是对能源互联网应用层“热响应”的积极体现。
关键设备及系统方面:“支持能源消费革命城市园区双级‘互联网+’智慧能源示范项目”,启动的多端交直流混合柔性配网互联工程,通过采用世界最大容量±10千伏等级中压柔直换流阀、首创应用三端口直流断路器、世界最大容量±10千伏三端口直流变压器,实现了供电区域互联互济,促进分布式可再生能源的友好接入,提升电网资源使用效率和电能质量,如图4所示;“‘互联网+’在智能供热系统中的应用研究及工程示范项目”,研发了新型凝抽背供热技术、“一站一优化曲线”智能调节技术,并与热电联产、吸收式热泵、电蓄热技术耦合,形成“源-网-荷”一体化集中智慧供热系统。
关键机制及策略方面:“大规模源网荷友好互动系统示范工程”,基于“互联网+”市场化模式的源网荷储运营机制,实现了非工业柔性负荷调控、工业刚性负荷调控以及主动需求响应的接入。并通过需求侧响应激励机制,构建了可中断负荷商业化运营机制,积极引导电力市场主体积极参与产业链上下游的互动;“基于电力大数据的能源公共服务建设与应用工程”示范项目,通过开放服务的方式为政府和社会各方提供基于电力大数据的价值信息,实现将电网数据转化为社会公共价值的新模式,实现了电网基础数据资源的整合。
同时,首批能源互联网示范项目的先行先试,催生了一批综合能源服务新业态的出现,打破了项目承担单位、地方政府、通信运营商、供能企业、用能客户、汽车公司、市政企业等不同业态之间的壁垒,探索了“共建、共享、共治、共赢”的理念、方式及模式。
如:电网、电信网、广电网、互联网的“四网融合”;通信塔、输电塔的“多塔合一”;变压站、储能站、数据中心的“多站合一”;路灯、监视、交通、广播的“多杆合一”;水、电、气、热的“多表合一”;“能源互联网的微通道——能源互联网插座”;“基站闲散储能模式”;“退役电池梯次利用”等等。
再如,基于“面向特大城市电网能源互联网示范项目”研发出的“智慧路灯”,集照明、监控、信息发布(广播与道路指示牌)、充电桩(手机充电与电动车充电)、微基站、井盖防护等十多种功能于一体,整合后的道路杆件,由原来的52杆缩减至35杆;清华大学能源互联网创新研究院研发的“基于能源互联网插座”的精细化用电管理模式及平台,以能源的泛在通道——“插座”为抓手,将用电服务、计量和管理等功能下沉到能源系统最普遍的最底层——插座,并采用物联网手段与大数据后端结合,在能解决公共用场所充电难问题的同时,设置出多样化的套餐服务,精细化管理用户的用电行为、提高充电设备的利用率,也能够服务于社区及其区域能源系统的“削峰填谷”和“需求侧响应”。
最后,为确保能源互联网生态的健康发展,也应注重能源互联网应用层的“冷思考”,如:
1. 跨界融合、加强能源互联网关键技术的集成优化:能源互联网内涵外延,涉及众多相关技术的突破(如中低品位能源转换技术、高效低成本的储能技术、灵活柔性的低压直流技术等等),而如何发挥多种技术之间的梯级利用、网络耦合、多元互补以及热电耦合与解耦,进而打破各种技术之间的局部优化壁垒,实现能源互联网各元素的“多元互动、集成优化”,充分释放能源互联网的“跨界”潜力;
2. 数字驱动、深化能源互联网的信息物理融合:物联化已成为能源转型的重要趋势,通过物联化技术实现能源系统“源网荷储”各环节信息流的贯通,进而以信息流改造能源流,充分挖掘能源的数字化价值,已是泛在电力物联网建设的必然趋势;
3. 因地制宜、重视政府对能源互联网项目的落地协调作用:政府在能源互联网示范项目的建设审批、机制设计和运维管理方面,特别是在不同门类工业园区能源系统基础设施建设以及“能源数字矿产”上具很大的挖掘空间;
4. 科学组织、加快能源互联网技术相关标准的制定:能源互联网的落地涉及到物理层、信息层和应用层诸多创新技术的规模化应用。进而,要实现能源互联网项目的高质量可推广落地,各类技术须有统一的设计规范、路径接口及评价指标;
5. 统筹谋划、倡导能源互联网的大众参与多元化市场机制:坚持以惠民利民为中心和坚持创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,就是发展能源互联网的指导方针。某种程度上,“轻资产”市场机制设计的创新效益大于技术创新的“重资产”高投入回报。因此,要切实有效提升大众参与程度,可加快形成以开放、共享为主要特征的能源产业发展新形态。
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