趙東元，高峰

(清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院，北京市 100084)

能源互聯(lián)網(wǎng)對電力需求側(cè)管理變革的影響

趙東元，高峰

(清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院，北京市 100084)

國家工業(yè)和信息化部發(fā)布《工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理專項行動計劃(2016-2020年)》，以促進(jìn)工業(yè)企業(yè)科學(xué)、安全、節(jié)約、智能用電，實現(xiàn)以較低電力消費(fèi)增長創(chuàng)造更多工業(yè)增加值產(chǎn)出。該文旨在研究能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展對電力需求側(cè)管理(power demand side management, DSM)的變革影響。首先分析了電力需求側(cè)管理的基本架構(gòu)，然后介紹了能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層3個層次的重要特征，并進(jìn)一步詳細(xì)分析了以上3個層次對電力需求側(cè)管理的影響。最后，給出了一種符合能源互聯(lián)網(wǎng)理念的工業(yè)園區(qū)電力需求側(cè)管理技術(shù)體系。

能源互聯(lián)網(wǎng);電力需求側(cè)管理(DSM);大數(shù)據(jù)技術(shù);云計算技術(shù);區(qū)塊鏈技術(shù)

0 引 言

為落實國家能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略以及推動“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”的工作部署，2016年9月1日，工業(yè)和信息化部辦公廳印發(fā)了《工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理專項行動計劃(2016-2020年)》[1](以下簡稱《行動計劃》)。計劃通過五年的時間，組織全國萬家工業(yè)企業(yè)參與專項行動，千家企業(yè)貫徹實施電力需求側(cè)管理(power demand side management, DSM)工作指南，打造百家電力需求側(cè)管理示范企業(yè)，進(jìn)一步優(yōu)化電力資源配置，提升工業(yè)能源消費(fèi)效率，到2020年，實現(xiàn)參與行動的工業(yè)企業(yè)單位增加值電耗平均水平下降10%以上。

電力需求側(cè)管理是指為提高電力資源利用效率，改進(jìn)用電方式，實現(xiàn)科學(xué)用電、節(jié)約用電和有序用電所開展的相關(guān)活動[2-3]。電力需求側(cè)管理信息平臺是電力需求側(cè)管理技術(shù)體系的重要環(huán)節(jié)，其主要作用是：基于計算機(jī)、自動控制、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過現(xiàn)場終端設(shè)備對電力用戶的用電情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集與深入分析，為電力市場營銷和客戶服務(wù)提供實用的信息服務(wù)與決策支持。一種傳統(tǒng)的電力需求側(cè)管理信息平臺架構(gòu)如圖1、2所示[4-5]。

電力需求側(cè)管理信息平臺能夠?qū)崿F(xiàn)供用電可靠性分析、線損統(tǒng)計與分析、負(fù)荷預(yù)測、異常用電分析、用電(負(fù)荷、電量等)情況分析、用戶側(cè)用電數(shù)據(jù)發(fā)布等，在電力生產(chǎn)經(jīng)營活動中發(fā)揮著重要的作用。伴隨新一輪能源領(lǐng)域科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的興起，“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”(以下簡稱能源互聯(lián)網(wǎng))對電力需求側(cè)管理技術(shù)產(chǎn)生巨大的變革影響。

圖1 DSM信息架構(gòu)Fig.1 DSM information structure

圖2 DSM物理架構(gòu)Fig.2 DSM physical structure

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平和交易開放等主要特征。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，能量可在電能、化學(xué)能和熱能等多種形式間相互轉(zhuǎn)化。電力系統(tǒng)是各類能源轉(zhuǎn)換的樞紐，將承擔(dān)核心的能量轉(zhuǎn)換作用。雖然能源互聯(lián)網(wǎng)有眾多的應(yīng)用場景模式，但是從物理層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層的基本模型中，可以總結(jié)出的特征如下詳述。

能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層主要含有分布式電源(光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等)、分布式儲能、電動汽車及充電設(shè)施和可調(diào)負(fù)荷。能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)層是基于高速信息網(wǎng)絡(luò)，融合智能終端、智能網(wǎng)卡等智能硬件構(gòu)建的信息物理系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層是基于云平臺和大數(shù)據(jù)平臺開展的清潔能源高效消納、智慧用能及增值服務(wù)、靈活性資源的互聯(lián)網(wǎng)化交易和市場化運(yùn)營。

國內(nèi)有學(xué)者陸續(xù)開展了低碳經(jīng)濟(jì)或能源互聯(lián)網(wǎng)下的智能需求側(cè)管理系統(tǒng)研究[6-7]，本文將針對行動計劃，重點(diǎn)圍繞著“工業(yè)園區(qū)清潔能源的高效消納”的核心目標(biāo)，從能源互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)對電力需求側(cè)管理提出更高控制目標(biāo)以及利用“互聯(lián)網(wǎng)+”豐富先進(jìn)的技術(shù)手段推進(jìn)電力需求側(cè)技術(shù)體系變革2個具體內(nèi)涵方面入手。

1 綜合能源品質(zhì)與效率是電力需求側(cè)管理的更高目標(biāo)

能源互聯(lián)網(wǎng)是推動我國能源革命的重要戰(zhàn)略支撐，旨在提高可再生能源比重，促進(jìn)化石能源清潔高效利用，提升能源綜合效率，推動能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級。一方面，從能源供應(yīng)來看，長期以來我國能源供應(yīng)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)以煤炭為主。這種粗放式的能源供應(yīng)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是客觀上造成我國能源利用效率相對低下和大氣污染等問題的根本性原因。在《國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020)》[8]中，提出了明確的煤炭消費(fèi)總量控制目標(biāo)。另一方面，從電力供需關(guān)系來看，歷史上電力供需矛盾主要是由發(fā)電裝機(jī)容量不足造成的，屬于“硬缺電”。然而，進(jìn)入“十二五”時期后，風(fēng)力和光伏發(fā)電等新能源超常建設(shè)。風(fēng)電、光電等新能源的分布性、間歇性、隨機(jī)性等固有特性，使得電力系統(tǒng)的可靠性下降，電力供需不平衡問題呈現(xiàn)出新的特征，即所謂“軟缺電”[9]。而且在未來相當(dāng)長時期里，預(yù)期我國新能源電力建設(shè)仍將處于快車道，新能源電力裝機(jī)容量占全國發(fā)電裝機(jī)容量的比重將快速上升，由此帶來的電力供需不平衡問題有可能越來越突出。

能源品質(zhì)呈現(xiàn)多樣化趨勢。作為一種商品，品質(zhì)成為供用雙方關(guān)注的焦點(diǎn)。原來的電力需求側(cè)管理只是局限于供電公司與用戶之間電力的供應(yīng)。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的深入建設(shè)，以電能為核心，化學(xué)能與熱能等多種形式能源類型已經(jīng)越來越多地參與到供用關(guān)系中。單一的“電能品質(zhì)”必然需要擴(kuò)展到“電-水-氣綜合品質(zhì)”。從物理、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多領(lǐng)域，全面客觀地評價能源品質(zhì)至關(guān)重要，這是能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計與運(yùn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)。

能源品質(zhì)呈現(xiàn)復(fù)雜化趨勢。光伏和風(fēng)力發(fā)電具有功率波動的自然特性。這種隨機(jī)的、波動的功率注入電網(wǎng)，將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響。小規(guī)模新能源并網(wǎng)會引起電能質(zhì)量、電壓問題，而大規(guī)模新能源并網(wǎng)則會引起電網(wǎng)穩(wěn)定性和調(diào)峰、調(diào)頻等問題。隨著新能源發(fā)電規(guī)模的不斷增大，其接入電網(wǎng)系統(tǒng)后引起的電能質(zhì)量問題必將越來越嚴(yán)重，電能質(zhì)量已經(jīng)成為制約新能源發(fā)展的重要因素。電動汽車以綠色環(huán)保、節(jié)能高效的特點(diǎn)已取代傳統(tǒng)燃油汽車成為低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。隨著推廣普及，規(guī)模化的電動汽車無序充電會給電網(wǎng)帶來功率沖擊，也對電網(wǎng)擴(kuò)容及規(guī)劃、調(diào)度及運(yùn)行提出更高要求。

能源品質(zhì)呈現(xiàn)嚴(yán)格化趨勢。電力系統(tǒng)一直承受著用電需求快速增長的壓力。目前配電網(wǎng)的現(xiàn)狀是“以架空線為主；以35 kV、10 kV、0.4 kV電壓供電為主；以直饋方式為主”的方式。這種供電模式，雖然能夠滿足居民用電和普通工業(yè)用戶的需求，但不能滿足高新企業(yè)對供電品質(zhì)極為苛刻的電能質(zhì)量要求，尤其是暫態(tài)電能質(zhì)量要求。例如，對于采用微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制的自動化生產(chǎn)線的敏感用戶來說，現(xiàn)代自動化生產(chǎn)線完全依賴于數(shù)字信息，對于各種電磁干擾都極為敏感，原本對電動機(jī)負(fù)載沒有影響的微小電壓波動，都可能影響到電子控制系統(tǒng)的正常工作，甚至導(dǎo)致掉閘或生產(chǎn)停頓，嚴(yán)重時造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。例如，某半導(dǎo)體制造廠，供電可靠性計算指標(biāo)很高，一直滿足供電協(xié)議規(guī)定，但1次幅值低于90%，持續(xù)時間超過35 ms的電壓跌落可造成半導(dǎo)體芯片工廠的直接損失約為100萬美元。對于敏感用戶，提高傳統(tǒng)定義上的供電可靠性已經(jīng)遠(yuǎn)不能夠滿足用戶需求[10]。

在美國，需求響應(yīng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要目標(biāo)。美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會每年向國會提交需求響應(yīng)實施報告，系統(tǒng)分析需求響應(yīng)實施的狀況及對系統(tǒng)的影響，2010年《需求響應(yīng)國家行動計劃》的發(fā)布更將需求響應(yīng)上升到國家層面[11]。在歐洲，歐盟歷時4年的大型研發(fā)項目ADDRESS的技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計劃旨在有效地為廣大電力用戶提供參與實時電價響應(yīng)的手段，并充分利用需求側(cè)資源為歐洲電網(wǎng)提供高效、靈活、可靠和高質(zhì)量的解決方案[12]。在日本，基于ECHONET 技術(shù)的家庭能量管理系統(tǒng)已經(jīng)完成開發(fā)，該系統(tǒng)可對無人區(qū)域的空調(diào)及照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，并對用戶用電信息進(jìn)行采集，使用戶詳細(xì)了解其電力使用情況并給出和同類用戶的比較，測試結(jié)果說明該系統(tǒng)可使得電力使用最高節(jié)約13%。澳大利亞頒布實施了有關(guān)居民電器參與需求響應(yīng)的系列標(biāo)準(zhǔn)，取得了良好的效果。

能源效率呈現(xiàn)多目標(biāo)趨勢。傳統(tǒng)上，電力需求側(cè)管理只是提高電力資源利用效率，改進(jìn)用電方式，實現(xiàn)科學(xué)用電、節(jié)約用電、有序用電，但是隨著多種型式能源的協(xié)同發(fā)展以及物理層上的深度融合，需要重新考慮綜合能源效率的定義。同時，必須平衡綜合能源效率與清潔能源高效消納之間的關(guān)系。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)推動電力需求側(cè)管理的技術(shù)變革

電力需求側(cè)管理是指在政府法規(guī)和政策支持下，采取有效的激勵和引導(dǎo)措施以及適宜的運(yùn)作方式，通過電網(wǎng)企業(yè)、能源服務(wù)企業(yè)、電力用戶等協(xié)力，提高終端用電效率和改變用電方式，在滿足同樣用電功能的同時減少電力消耗和電力需求，為達(dá)到節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境，實現(xiàn)社會效益最優(yōu)、各方受益、成本最低的能源服務(wù)所進(jìn)行的管理活動。在大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)和可調(diào)度的靈活負(fù)荷等能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)核推動下，電力需求側(cè)管理的技術(shù)體系架構(gòu)、綜合目標(biāo)、實現(xiàn)手段將產(chǎn)生重要變革。

2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)來自于互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等信息系統(tǒng)，通過對這些數(shù)據(jù)的收集準(zhǔn)備、存儲管理、計算處理、數(shù)據(jù)分析、和知識展現(xiàn)共5個基本環(huán)節(jié)，來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理并產(chǎn)生新的知識用以支撐決策或業(yè)務(wù)的自動智能化運(yùn)轉(zhuǎn)[13]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)在電力需求側(cè)管理的應(yīng)用，首先是需要解決多種能源、多種終端類型、海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合的問題。其次，實現(xiàn)分布式存儲海量數(shù)據(jù)，以提高吞吐效率、降低故障率。所有數(shù)據(jù)分布于多個存儲設(shè)備，采用副本機(jī)制數(shù)據(jù)互備，分別放置于不同的存儲設(shè)備，存儲設(shè)備通過高速網(wǎng)絡(luò)互連。然后，根據(jù)處理的數(shù)據(jù)類型和分析目標(biāo)，采用分布式計算來快速處理數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)從紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律提取新的知識。例如大數(shù)據(jù)下的電力系統(tǒng)狀態(tài)辨識、電能質(zhì)量定位溯源技術(shù)；利用隨機(jī)優(yōu)化模型提取用戶用電行為特征，基于用戶與電網(wǎng)互動模型，評估需求響應(yīng)潛力[14-17]。最后，通過直觀的方式將分析結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，服務(wù)于決策支撐。

2.2 云平臺技術(shù)

云計算的基本模型就是遠(yuǎn)程計算資源和計算服務(wù)，即用戶通過網(wǎng)絡(luò)連接到計算機(jī)上，獲取計算資源和計算服務(wù)。而遠(yuǎn)程計算機(jī)，因為規(guī)模效應(yīng)，可以提供比個人計算機(jī)強(qiáng)大若干個數(shù)量級的計算能力，可以根據(jù)用戶需求提供彈性伸縮的計算資源，可以大大降低用戶獲取相同計算結(jié)果花費(fèi)的成本。

電力需求側(cè)管理云平臺需要實現(xiàn)將應(yīng)用的“前端(智能終端)”和“后端(控制中心)”分離，即將各種復(fù)雜的高級計算從智能終端后移到控制中心。在云平臺的頂層設(shè)計中，需要從硬件、數(shù)據(jù)模型、連接、網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)和數(shù)據(jù)存儲與分析處理等方面，提煉平臺所需的技術(shù)需求和特性。智能終端將定位于數(shù)據(jù)采集、適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)壓縮和網(wǎng)絡(luò)傳輸。云平臺將作為統(tǒng)一的、開放的、分布式的“后端”服務(wù)平臺[18]。

2.3 區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈?zhǔn)桥c比特幣相關(guān)的一個重要概念，作為比特幣的底層支撐技術(shù)，它實現(xiàn)的是一個去中心化數(shù)據(jù)庫。區(qū)塊鏈按照時間順序記錄和鏈接每一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的交易數(shù)據(jù)(區(qū)塊)，使得交易變得更加安全。點(diǎn)對點(diǎn)交易區(qū)塊鏈技術(shù)本質(zhì)是交易各方建立信任機(jī)制的一個解決方案，是多中心化且基于分布式結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)存儲、傳輸與證明的方法。通過數(shù)據(jù)區(qū)塊取代目前對中心服務(wù)的依賴，使得所有數(shù)據(jù)變更或者交易都記錄在網(wǎng)絡(luò)體系之中。區(qū)塊鏈最大的特點(diǎn)是能夠存儲各種各樣的數(shù)據(jù)，并且在上面添加同步時鐘信息。區(qū)塊鏈技術(shù)具有分布式多中心化、自治度高，高度市場化與智能合約化的特點(diǎn)。這些性質(zhì)與能源互聯(lián)網(wǎng)具備天然的內(nèi)在一致性[19]。未來的能源系統(tǒng)將由億萬個終端鏈接，并且與微電網(wǎng)、太陽能系統(tǒng)、分布式風(fēng)電、儲能、冷熱電聯(lián)供、智能家電、分布式計算和能源管理軟件相互作用，創(chuàng)造一個安全、經(jīng)濟(jì)、高效、智慧的能源系統(tǒng)，從而瞬間完成分布式、自動化的控制運(yùn)行與市場交易。能源區(qū)塊鏈技術(shù)將會在其中發(fā)揮更大的作用。

2.4 可調(diào)度的靈活負(fù)荷

2.4.1 大型數(shù)據(jù)中心負(fù)荷的靈活調(diào)度

能效改善是數(shù)據(jù)中心發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的報告，數(shù)據(jù)中心的能源消耗每5年翻一番。我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛，總量已超過40萬個，年耗電量超過全社會用電量的1.5%，已經(jīng)達(dá)到三峽的年發(fā)電量。依據(jù)對我國全國范圍內(nèi)多家數(shù)據(jù)中心的耗電量的調(diào)研，不考慮規(guī)模前提下，數(shù)據(jù)中心單體年均耗電量超過100 萬kW·h。我國數(shù)據(jù)中心能源利用效率水平整體偏低。當(dāng)前一般采用平均電能使用效率(power usage effectiveness，PUE)來表征數(shù)據(jù)中心的能效水平。PUE是數(shù)據(jù)中心總電耗與IT 設(shè)備總電耗之比。PUE值越高，意味著數(shù)據(jù)中心能效水平越低。目前，美國數(shù)據(jù)中心PUE平均值為1.8，谷歌、雅虎、微軟等大型用戶的最先進(jìn)數(shù)據(jù)中心的PUE據(jù)稱可低于1.3。我國數(shù)據(jù)中心PUE普遍在在2.0～2.5，并且還有大量PUE高于3的數(shù)據(jù)中心存在[20-21]。

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，通過利用基于能量信息化的分布式電池能量管控技術(shù)，能夠重構(gòu)數(shù)據(jù)中心的電源形態(tài)，如圖3所示?；谏鲜黾夹g(shù)研發(fā)的數(shù)據(jù)中心直流電源系統(tǒng)，將網(wǎng)絡(luò)化的鋰電池儲能節(jié)點(diǎn)嵌入到服務(wù)器機(jī)架，在實現(xiàn)直流電源儲能系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)調(diào)度下，不僅可以提高數(shù)據(jù)中心的PUE和可靠性，而且還能靈活地利用峰谷電價差進(jìn)行充放電管理。當(dāng)數(shù)據(jù)中心擴(kuò)容時，能夠方便地與服務(wù)器同步擴(kuò)容。此方案已在國內(nèi)聯(lián)通基站和第三方互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房得到示范應(yīng)用，機(jī)房供電系統(tǒng)效率提高30%[22]。

圖3 數(shù)據(jù)中心直流電源系統(tǒng)Fig.3 DC power system of data center

2.4.2 電動汽車充電設(shè)施

充電站/樁是電動汽車與電網(wǎng)融合的節(jié)點(diǎn)，國內(nèi)的充電機(jī)多為AC/DC整流和DC/DC高頻隔離的兩級結(jié)構(gòu)，能量單向流動，效率低，也容易對電網(wǎng)帶來負(fù)荷沖擊。充電站與儲能系統(tǒng)一體化可解決其對配電網(wǎng)的沖擊負(fù)荷問題，也可消納分布式能源。目前國內(nèi)已經(jīng)開展充電與儲能的一體化探索，如共交流母線的儲能、充電一體站和風(fēng)光儲系統(tǒng)。此外，北京、廣州等大城市也在建設(shè)電動汽車充電智能服務(wù)平臺，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+充電基礎(chǔ)設(shè)施”，促進(jìn)新能源汽車與智能電網(wǎng)間能量和信息的雙向互動。提升有序充電的智能化水平，提高用戶體驗。進(jìn)一步，應(yīng)用電動汽車“充電-儲能云技術(shù)”，通過充放電智能導(dǎo)引、電力需求響應(yīng)等技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車的清潔充電和清潔能源的高效消納，而且有助于電力系統(tǒng)的削峰填谷。

3 工業(yè)園區(qū)電力需求側(cè)管理技術(shù)體系

《行動計劃》[1]明確了建設(shè)百家電力需求側(cè)管理示范企業(yè)，提升工業(yè)能源消費(fèi)效率，并且工業(yè)企業(yè)單位增加值電耗平均水平下降10%以上。同時，在《國家能源局關(guān)于組織實施“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源(能源互聯(lián)網(wǎng))示范項目的通知》[23]中也明確了工業(yè)園區(qū)的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。因此，本文結(jié)合某工業(yè)園區(qū)的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，設(shè)計了一個工業(yè)園區(qū)級的電力需求側(cè)管理技術(shù)體系模型，如圖4所示。

圖4 工業(yè)園區(qū)的電力需求側(cè)管理體系Fig.4 DSM system of industrial park

如圖4所示，工業(yè)園區(qū)的能源互聯(lián)網(wǎng)物理系統(tǒng)、物理信息系統(tǒng)和創(chuàng)新應(yīng)用3個層面的主要技術(shù)特征如下詳述。

(1)物理系統(tǒng)層面由源、網(wǎng)、荷、儲等設(shè)備組成，包括能源供應(yīng)的電、熱、氣站以及分布式屋頂光伏與儲能(儲電和儲熱)等;有敏感用戶的IC芯片制造廠、可調(diào)負(fù)荷的數(shù)據(jù)中心的智慧用戶;電動汽車充電設(shè)施;電力網(wǎng)絡(luò)、熱力供應(yīng)管網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)等。該層面通過聯(lián)供技術(shù)打破電、熱、氣等不同能源供應(yīng)、傳輸與使用之間相互割裂的藩籬，為分布式能源的高效消納、多種能源的協(xié)同運(yùn)行、能源的靈活傳輸、用戶的能效提升提供設(shè)備支撐與基礎(chǔ)。

(2)物理信息系統(tǒng)層面包括嵌入在物理層的智能終端、高速信息網(wǎng)絡(luò)支撐系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)和多能流協(xié)同運(yùn)行控制管理三大子系統(tǒng).這個層面重要特征是信息的開放、共享、及時、安全。

(3)創(chuàng)新應(yīng)用層面：在綜合管理的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)用戶節(jié)能與定制服務(wù)、分布式電源直供、大數(shù)據(jù)信息增值服務(wù)、云端能量管理服務(wù)等業(yè)務(wù)，為多類型能源、多類型用戶之間的能源交易與服務(wù)提供支撐。

進(jìn)一步，設(shè)計工業(yè)園區(qū)的電力需求側(cè)管理的數(shù)據(jù)邏輯架構(gòu)如圖5所示。通過以上架構(gòu)的設(shè)計，可以充分利用能源互聯(lián)網(wǎng)的通信功能和各類用能大數(shù)據(jù)，建設(shè)工業(yè)園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)安全數(shù)據(jù)共享平臺和能源交易平臺。一方面，促進(jìn)綠色能源的靈活電力交易，擴(kuò)大交易規(guī)模; 通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)引導(dǎo)電動汽車的有序充電; 積極推動儲能在峰谷電價差的作用發(fā)揮; 促進(jìn)可調(diào)負(fù)荷的智慧用能及增值服務(wù)，實現(xiàn)高可再生能源滲透率與靈活性資源比例等挑戰(zhàn)性目標(biāo)。另一方面，也可以為企業(yè)提供用能情況診斷、專業(yè)優(yōu)化治理、系統(tǒng)評估評價、能源大數(shù)據(jù)應(yīng)用等服務(wù)，最終建設(shè)成智慧型工業(yè)園區(qū)。

圖5 DSM大數(shù)據(jù)平臺邏輯架構(gòu)Fig.5 Big data structure for DSM

4 總結(jié)與展望

國家高度重視工業(yè)園區(qū)的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，發(fā)起工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理專項行動，以促進(jìn)工業(yè)企業(yè)科學(xué)、安全、節(jié)約、智能用電，實現(xiàn)以較低電力消費(fèi)增長創(chuàng)造更多工業(yè)增加值產(chǎn)出。本文結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征，提出了能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對電力需求側(cè)管理技術(shù)的變革影響。對應(yīng)于能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層3個層面，電力需求側(cè)管理技術(shù)體系將發(fā)生重要變化。本文最后給出了一種符合能源互聯(lián)網(wǎng)理念的工業(yè)園區(qū)電力需求側(cè)管理技術(shù)體系，供本領(lǐng)域企業(yè)借鑒。

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(編輯 郭文瑞)

Impact of Energy Internet on Power Demand Side Management Evolution

ZHAO Dongyuan, GAO Feng

(Energy Internet Research Institute, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Ministry of Industry and Information Technology publishes “Industrial Power Demand Side Management Major Project Action Plan (2016-2020)”, the goal of which is to promote the efficient utilization of electricity by industry and enterprise in accordance with principles of science, safety, economy, smartness, and to produce more valuable goods by consuming less amount of power. Accordingly, the target of this paper is to analyze the impact and consequences of Energy Internet on power demand side management. First, this paper reviews the basic technological framework of power demand side management. Second, this paper introduces a multi-layer structure of Energy Internet: physics, data, and application layers with a focus on salient characteristics and the impact on power demand side management. Last, this paper proposes a technological system for implementing power demand side management at industrial parks in sync with the spirit of Energy Internet.

energy Internet; power demand side management(DSM); big data; cloud computing technology; block chain technology

TM 73

A

1000-7229(2017)05-0011-07

10.3969/j.issn.1000-7229.2017.05.002

2016-11-10

趙東元(1973)，男，博士，副研究員，主要從事能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式儲能技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)、電能質(zhì)量、靈活輸電等方面的研究工作；

高峰(1977)，男，博士，研究員，主要從事能源互聯(lián)網(wǎng)中大數(shù)據(jù)技術(shù)，云平臺技術(shù)，電力系統(tǒng)分析、優(yōu)化與控制技術(shù)，電力市場交易與技術(shù)支持系統(tǒng)等方面的研究工作。