本刊 | 王芳
從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng),由低級到高級,由簡單到復雜的地球神經(jīng)網(wǎng)絡,正在快速進化,地球?qū)⑴弦粚印半娮悠つw”。它被凱文·凱利(Kevin Kelly,著名暢銷書作家、科技思想家)稱作第三代操作系統(tǒng)——The Mesh,萬物網(wǎng)絡化。作為一項技術(shù)手段,能源的物聯(lián)網(wǎng)化也不例外,碎片化的能源將長出神經(jīng)系統(tǒng),將物理世界的能源系統(tǒng)在數(shù)字世界中重新統(tǒng)一融合。
IBM早期推動物聯(lián)網(wǎng)概念時借鑒了生物規(guī)則,將物聯(lián)網(wǎng)與人體做了類比
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協(xié)議,將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進行信息交換和通信,以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡技術(shù)。其中,傳感器、RFID、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是較為關(guān)鍵的技術(shù)。
如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個簡單的比喻,傳感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等器官,網(wǎng)絡就是用來傳遞信息的神經(jīng)系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)則要接收到信息后進行分類處理,相當于人的大腦。
事實上,能源物聯(lián)網(wǎng)依托的仍然是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),它通過大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等,為解決系統(tǒng)協(xié)同、實現(xiàn)可再生能源高比例開發(fā)、大幅度提高能源利用效率,提供有力的技術(shù)支持。
中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長周孝信強調(diào),能源物聯(lián)網(wǎng)促進能源和信息的深度融合,在技術(shù)之外,理念和思維方式的融合也很重要。需要學習互聯(lián)網(wǎng)的思維方式,來改造傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)。
中國工程院院士、中國科學院計算技術(shù)研究所研究員倪光南認為,我國能源物聯(lián)網(wǎng)正處于互聯(lián)網(wǎng)向智能化過渡階段。有專業(yè)人士認為,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突破正從垂直與水平兩個維度展開,不同解決方案應對不同的行業(yè)需求,聯(lián)通垂直產(chǎn)業(yè)鏈和構(gòu)建橫向平臺,解決端到端的技術(shù)網(wǎng)絡。
“電力系統(tǒng)越來越成為能源物聯(lián)網(wǎng)的主題,由于新能源的不可控性和分散性,能量流和信息流的交互形成一條控制的系統(tǒng),構(gòu)建低功耗、快速響應的網(wǎng)絡,能源物聯(lián)網(wǎng)就應運而生?!遍L沙理工大學、長江學者特聘教授曾祥君表示,這一網(wǎng)絡對電力系統(tǒng)的“塑形”表現(xiàn)在:一方面,電源的技術(shù),多種分布式能源協(xié)同控制,電力電子變換,能源存儲,微電網(wǎng)建設等;另一方面,電網(wǎng)技術(shù)需要考慮伴隨著能源轉(zhuǎn)型的新一代電力系統(tǒng),即高比例可再生能源接入,高比例電力電子設備接入,多能互補,形成信息物理高度融合的電力系統(tǒng)設計。
說到人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)方面的應用,周孝信表示,這需要價格非常低、能耗非常小、安裝非常方便的傳感器。這個傳感器本身是帶模塊的,今后可用成熟的5G技術(shù)參數(shù),將廣泛的信息收集起來,建設一個包括大數(shù)據(jù)分析、云計算、人工智能算法的應用平臺,在此基礎(chǔ)上,實現(xiàn)各種各樣的應用。
中車株洲所電器技術(shù)與材料工程研究院副院長陳高華認為:未來的電網(wǎng)應該更加堅強和安全。一是得益于互聯(lián)網(wǎng)中央自動調(diào)度系統(tǒng),二是每個發(fā)電單位或者用電單元,在電網(wǎng)系統(tǒng)里面應該有一個自律的小系統(tǒng)控制技術(shù),具有低電壓穿越、零電壓穿越,甚至孤島等基本技術(shù)?!拔磥恚娋W(wǎng)要夠安全、夠靈活,電網(wǎng)需要供電的時候供電方就會供電,需要有功(電量)就能提供有功,需要無功(電量)就能提供無功,這些通過網(wǎng)絡可以實現(xiàn),萬一網(wǎng)絡斷掉了,小單元要能夠在自律控制下保證電網(wǎng)的安全?!?/p>
中國工程院院士、中車株洲所首席科學家丁榮軍表示,大電網(wǎng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合將成為今后的趨勢?!氨热绲罔F就可以做成一個小型物聯(lián)網(wǎng)。把電梯、通風、照明等系統(tǒng)設計成有機的整體,通過對地鐵制動等產(chǎn)生的能量加以利用,可能會做到很節(jié)能?!?/p>
清華大學能源互聯(lián)網(wǎng)研究院博士、助理研究員蔡元紀在接受《風能》記者采訪時表示,我國電力系統(tǒng)的科研實力是國際一流的,尤其是在大電網(wǎng)方面,但對于分布式能源,如何集群、如何通信、如何調(diào)控,還沒有形成技術(shù)優(yōu)勢;此外,對于儲能、材料等關(guān)鍵技術(shù),我國還處在模仿、試點的階段,缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)性研究。
物聯(lián)網(wǎng)本身是技術(shù)手段,相比于PC時代,產(chǎn)業(yè)鏈更長、更廣,能否在能源行業(yè)得到應用,也面臨更多技術(shù)挑戰(zhàn)。
“能源物聯(lián)網(wǎng)是未來大能源系統(tǒng)技術(shù)體系重構(gòu)的變革,但當前在具體實物層面還存在一定困難。由于行業(yè)割裂、基礎(chǔ)設施條件以及部分技術(shù)支持不成熟等問題,能源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不可能一蹴而就?!?中車株洲電力機車研究所有限公司董事、副總經(jīng)理兼總工程師馮江華表示。
“首先要求數(shù)據(jù)自動化程度要高。包括設備、生產(chǎn)線、工藝等方面的數(shù)據(jù)都能放到物聯(lián)網(wǎng)上;二是數(shù)據(jù)化基礎(chǔ)要做好,外部行業(yè)的數(shù)據(jù)能夠接入,只有在打通各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)后,才能進入智能化?!痹诒本┐髮W頁巖油氣研究所副所長陳學義看來,智能化就是一個系統(tǒng),如果不把數(shù)據(jù)流打通,短路肯定智慧不了。
此外,能源物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)?;l(fā)展還存在許多非技術(shù)因素。馮江華表示,技術(shù)的創(chuàng)新與推廣涉及環(huán)境方面的問題,也涉及各個方面的利益。
從市場角度看,世界知名的通信技術(shù)專家、Enigmaltics顧問公司董事長丹尼爾·道金(Daniel Dobkin)博士認為,物聯(lián)網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要是由經(jīng)濟問題造成的。他說:“監(jiān)測對象的價值決定了你可以為其監(jiān)測投入的成本。創(chuàng)造和獲取內(nèi)容的成本很低,當無須考慮投資回報的問題時,物聯(lián)網(wǎng)才會迅速發(fā)展?!彼e了一個例子,人們?yōu)楂@得手機中的信息而忽略為手機充電的花費。
從學術(shù)角度講,“在市場化的環(huán)境下,日本、丹麥、德國等能夠較容易地將單品種、單接點、單領(lǐng)域連接成為一個復雜的系統(tǒng),而我國行業(yè)領(lǐng)域?qū)W科越分越細,越來越苛刻,其實阻礙了前沿技術(shù)的交叉和行業(yè)的融合。除此之外,現(xiàn)存的專業(yè)人才極其缺乏,人才只存在于大學、實驗室和少量非常尖端的公司。”陳學義對此表示。
安全性一直是懸在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展頭頂?shù)倪_摩克利斯之劍,而這把劍對于能源物聯(lián)網(wǎng)同樣具有很大的威脅。
有專家介紹,我國節(jié)能裝備國產(chǎn)化率不到20%,有些材料完全是國外的,電子設計自動化(EDA)的設計工具、大工業(yè)終端設備用到的操作系統(tǒng),工業(yè)軟件、硬件平臺幾乎全是國外的,整個芯片產(chǎn)業(yè)制造工藝非常薄弱。對此,倪光南強調(diào),“盡可能用自主可控的技術(shù),我國網(wǎng)絡的信息系統(tǒng)才能可靠,要不別人卡你?!?曾祥君也表示:“能源物聯(lián)網(wǎng)建起來之后,所有的終端用戶、電動汽車、光伏、風電隨時能接入電網(wǎng),信息流、能量流之間耦合并同時使用,整個電網(wǎng)能量供應體系都將存在安全風險?!?/p>
對此,周孝信也呼吁,關(guān)鍵技術(shù)一定得掌握在自己手里,比如指導電力系統(tǒng)運行的分析軟件就非常重要。“今后一段時期,加快推進國產(chǎn)自主可控替代計劃、構(gòu)建安全可控的信息技術(shù)體系,將會成為一個常態(tài),逐步實現(xiàn)操作系統(tǒng)和高端服務器、數(shù)據(jù)、關(guān)鍵模塊在關(guān)鍵領(lǐng)域的替代?!?/p>