中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司電力分公司 張 利

1 概述

2019年中央政治局會(huì)議和中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議再次指出[1]，加快推進(jìn)以信息網(wǎng)絡(luò)為核心的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)戰(zhàn)略性、網(wǎng)絡(luò)型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2020年2月中央政治局會(huì)議強(qiáng)調(diào)加快5G 網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)。2020年3月政治局常務(wù)委員會(huì)會(huì)議進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，加快5G 網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。

智慧能源就是充分利用通訊（5G）、自動(dòng)化（采集、控制、分析、人工智能）等ICT 技術(shù)和新綠色能源（太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能等），在能源的開(kāi)發(fā)利用、控制管理、消費(fèi)等環(huán)節(jié)，以符合生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展要求，建立并完善能源技術(shù)和制度體系，從而呈現(xiàn)出的一種全新能源形式[2]。智慧能源項(xiàng)目建設(shè)的高度和直接效益取決于新綠色能源的占比率和管理水平。

基于經(jīng)濟(jì)效益的角度。一是提升油田企業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率和勞動(dòng)效益[3]?？梢詼p少能源運(yùn)行管理中人員投入，節(jié)約人力成本，同時(shí)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和效率；二是合理優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。智慧能源建設(shè)中采用分層優(yōu)化、加強(qiáng)內(nèi)部調(diào)度等手段，提高有限能源的科學(xué)合理利用率，滿足生產(chǎn)需求；三是提升自動(dòng)化水平。利用5G、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，大幅縮短油田信息數(shù)據(jù)采集時(shí)間，提高數(shù)據(jù)分析效率，提高管理層的有效決策水平[4]。

基于社會(huì)效益的角度。一是多層綠色能源應(yīng)用。大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、地?zé)崮艿染G色能源，促進(jìn)勝利油田能源生產(chǎn)從化石能源主導(dǎo)向綠色能源主導(dǎo)的轉(zhuǎn)變，走上綠色低碳發(fā)展道路；二是實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展。發(fā)揮大數(shù)據(jù)資源優(yōu)化配置的關(guān)鍵作用，減少油田采油生產(chǎn)日常損耗，實(shí)現(xiàn)油田能源大范圍配置和高效利用。

2 研究?jī)?nèi)容

圖1 研究?jī)?nèi)容

2.1 技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)支持

各種基礎(chǔ)技術(shù)和跨界技術(shù)的突破，促進(jìn)了智慧能源的快速發(fā)展。諸如儲(chǔ)能新材料、微電網(wǎng)、能量路由器等基礎(chǔ)技術(shù)，還有分布式應(yīng)用后臺(tái)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等跨界技術(shù)。梳理相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)主要環(huán)節(jié)和代表企業(yè)，分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)技術(shù)的支撐作用。

通訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展。借助移動(dòng)、聯(lián)通、電信三大運(yùn)營(yíng)商5G 通訊網(wǎng)建設(shè)，縮短現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集、控制時(shí)間，實(shí)現(xiàn)油田電網(wǎng)毫秒級(jí)精準(zhǔn)負(fù)荷控制，滿足緊急情況下的應(yīng)急處理要求，保障油田安全生產(chǎn)運(yùn)行。

綠色新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。勝利油田新能源開(kāi)發(fā)中心開(kāi)展的綠色能源行動(dòng)，是以太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等清潔能源代替高污染、高能耗的傳統(tǒng)能源，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳的目標(biāo)。

自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展。與國(guó)內(nèi)主流自動(dòng)化企業(yè)深入合作，運(yùn)用日新月異的自動(dòng)化新技術(shù)、新設(shè)備，不斷提升油田生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

2.2 面向智慧能源的新一代信息技術(shù)視圖

根據(jù)關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)支撐情況，構(gòu)建面向智慧能源的新一代信息技術(shù)視圖。整個(gè)智慧能源體系架構(gòu)的核心包括搭建基礎(chǔ)物理架構(gòu)、部署智能終端、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用后臺(tái)，而系統(tǒng)的ICT 架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)低成本、快速、高效、彈性地部署業(yè)務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。智慧能源采用分布式、經(jīng)濟(jì)型、混合型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

終端節(jié)點(diǎn)。智慧能源緊抓需求側(cè)管理，利用可控的變配電設(shè)備和靈活的線路拓?fù)浔Ｕ戏€(wěn)定供電，依靠大數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)用戶負(fù)荷和用能習(xí)慣，優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)合理高效運(yùn)營(yíng)。

后臺(tái)應(yīng)用。智慧能源一般多應(yīng)用在區(qū)域性的小型網(wǎng)絡(luò)中，其管理模式可采用靈活的分布式和集中式相結(jié)合的混合管理模式，后臺(tái)的高級(jí)應(yīng)用中多注重統(tǒng)一平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享和多業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)。

3 面向智慧能源的新一代信息關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 智慧能源應(yīng)用場(chǎng)景

以單條供電線路和供電區(qū)域?yàn)殡娔鼙O(jiān)測(cè)管理模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析的單元，包括新能源應(yīng)用可靠性分析，利潤(rùn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)性分析、相關(guān)管理數(shù)據(jù)分析、建立合理的數(shù)據(jù)管理模型采集數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)別研究分析。選擇具有自發(fā)電、網(wǎng)電、綠電共有的供電區(qū)域，在該區(qū)域具有相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域電力調(diào)度，便于數(shù)據(jù)的分析和模型的建立，從供電可靠性、用電經(jīng)濟(jì)性對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行全面采集，建立更加科學(xué)的數(shù)據(jù)采集分析模型，將參數(shù)對(duì)可靠性、經(jīng)濟(jì)性的影響程度進(jìn)行分類(lèi)，為智慧能源管理優(yōu)化提供支持。就智慧能源技術(shù)的具體應(yīng)用情況，展開(kāi)了以下深度介紹：

一是利用區(qū)塊鏈技術(shù)。在支持高比例潔凈能源的順利吸收到方面，利用區(qū)塊鏈技術(shù)可以支持多元主體之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、即時(shí)、自由微平衡交換，從而促進(jìn)高潔凈能源的商業(yè)模式創(chuàng)新發(fā)展，從而提升高比例的潔凈能源消納；在開(kāi)展綜合能源服務(wù)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，借助“多鏈”信息技術(shù)運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)綜合能源體系中各市場(chǎng)主體的可信協(xié)調(diào)自治，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)主體的大數(shù)據(jù)公開(kāi)、可信交互，確保了綜合能源業(yè)務(wù)的可追溯性與安全有效性，增強(qiáng)企業(yè)客戶進(jìn)入綜合能源領(lǐng)域的便捷性。

二是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)。在系統(tǒng)的安全與穩(wěn)健運(yùn)營(yíng)方面，借助統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)字模型構(gòu)建助力實(shí)現(xiàn)綜合能源網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)預(yù)警、信息監(jiān)控、故障報(bào)警與檢測(cè)，為異質(zhì)能調(diào)度、交易和需求做出響應(yīng)；提高消費(fèi)端能效，在大數(shù)據(jù)聚類(lèi)、性能分析等技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶負(fù)載特征的精準(zhǔn)感知，為制定和全面完善消費(fèi)者側(cè)動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案提供數(shù)據(jù)支撐。用戶側(cè)的能源效率；源網(wǎng)荷和存儲(chǔ)之間的能量流、業(yè)務(wù)流和信息流，揭示多對(duì)象交互的“三流”機(jī)制，促進(jìn)源網(wǎng)荷和存儲(chǔ)的聯(lián)合優(yōu)化，提高異質(zhì)能網(wǎng)絡(luò)效率的可靠性。

三是云平臺(tái)技術(shù)。在先進(jìn)的能源服務(wù)管理方面，云平臺(tái)可以存儲(chǔ)和管理用戶身份、能耗數(shù)據(jù)等信息，支持應(yīng)用、部門(mén)和系統(tǒng)之間的信息交換、共享和協(xié)同，實(shí)現(xiàn)終端能源大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。在智能監(jiān)控方面，依托云平臺(tái)開(kāi)放、全面的技術(shù)特性，可促進(jìn)多主體、多設(shè)備的廣泛接入，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程建立多終端支持體系。

在智慧能源服務(wù)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)能力成熟度中，我們將技術(shù)運(yùn)營(yíng)成熟度劃分為項(xiàng)目型、產(chǎn)品型、平臺(tái)型和生態(tài)型等四個(gè)不同發(fā)展階段[5]。智慧能源服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)運(yùn)營(yíng)是一個(gè)從項(xiàng)目型、產(chǎn)品型到平臺(tái)型不斷發(fā)展，能力沉淀機(jī)制逐步建立的過(guò)程，同時(shí)也是一個(gè)從封閉、半封閉的自開(kāi)發(fā)向全開(kāi)放的生態(tài)型應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的過(guò)程。

項(xiàng)目型：在項(xiàng)目型階段，采控運(yùn)營(yíng)、增值運(yùn)營(yíng)、數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)和生態(tài)運(yùn)營(yíng)各業(yè)務(wù)的產(chǎn)品或應(yīng)用功能都是根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行單獨(dú)的定制化設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。例如在樓宇用能增值運(yùn)營(yíng)的項(xiàng)目型階段，對(duì)于兩個(gè)同樣是公共建筑的用能托管項(xiàng)目，可能因?yàn)閮蓚€(gè)建筑內(nèi)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)成不同、用能需求不同或者托管方式不同等綜合因素，還無(wú)法就數(shù)理模型、運(yùn)行控制或應(yīng)用功能等方面進(jìn)行歸納、抽象，兩個(gè)項(xiàng)目的應(yīng)用系統(tǒng)只能分別開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。因此，受制于業(yè)務(wù)和技術(shù)積累有限，在項(xiàng)目型發(fā)展階段是以項(xiàng)目為中心，根據(jù)單個(gè)項(xiàng)目的需要來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用功能。

產(chǎn)品型：經(jīng)過(guò)項(xiàng)目型階段的技術(shù)和業(yè)務(wù)經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)于一些諸如市場(chǎng)化售電、需求響應(yīng)、智能運(yùn)維等業(yè)務(wù)相對(duì)穩(wěn)定、模式固定的業(yè)務(wù)，應(yīng)用功能、技術(shù)方案和框架趨于穩(wěn)定，為改變項(xiàng)目型應(yīng)用開(kāi)發(fā)復(fù)用性問(wèn)題，需要向產(chǎn)品型應(yīng)用開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)變。通過(guò)產(chǎn)品化，同類(lèi)項(xiàng)目的工程實(shí)施就可以由項(xiàng)目實(shí)施轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品實(shí)施，質(zhì)量管理也由項(xiàng)目質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品質(zhì)量控制，從而大大降低綜合能源服務(wù)項(xiàng)目實(shí)施效率和成本。

平臺(tái)型：智慧能源服務(wù)的平臺(tái)型發(fā)展是以用戶為中心，在內(nèi)部建立起業(yè)務(wù)和技術(shù)能力不斷沉淀、產(chǎn)品/服務(wù)可以快速融合創(chuàng)新的、以技術(shù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)創(chuàng)新體系。構(gòu)建統(tǒng)一的物聯(lián)和數(shù)據(jù)接入平臺(tái)，為平臺(tái)上的各個(gè)產(chǎn)品提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)安全；建立產(chǎn)品間的客戶信息、賬戶管理、訂單管理、結(jié)算管理等公共服務(wù)體系。

生態(tài)型：生態(tài)型發(fā)展是將平臺(tái)的物聯(lián)接入、數(shù)據(jù)資源、核心技術(shù)、公共服務(wù)體系等平臺(tái)能力和資源，通過(guò)應(yīng)用商店服務(wù)、開(kāi)源社區(qū)服務(wù)、模型算法服務(wù)等方式對(duì)外開(kāi)放，吸引能源服務(wù)商、專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)商或者第三方開(kāi)發(fā)者等生態(tài)合作伙伴入駐，依托平臺(tái)公共服務(wù)能力可以快速創(chuàng)建自己的應(yīng)用，并可以通過(guò)應(yīng)用商城向其他伙伴分享自己開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用成熟度

系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)能效管理軟件。系統(tǒng)具備強(qiáng)大的歷史能耗數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、分析和追溯的能力，企業(yè)能耗管理和生產(chǎn)人員根據(jù)不同需求設(shè)置工作點(diǎn)參數(shù)，從而生成各類(lèi)能耗數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)曲線，如單設(shè)備能耗、生產(chǎn)線能耗、單班組能耗等，對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析、趨勢(shì)對(duì)比等處理，從而發(fā)掘出能源消耗結(jié)構(gòu)和過(guò)程中的深層次問(wèn)題，對(duì)企業(yè)能耗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 面向智慧能源的新一代信息應(yīng)用視圖

智慧能源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由互聯(lián)網(wǎng)和能源網(wǎng)組成，能源網(wǎng)提供基礎(chǔ)供能服務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合ICT 技術(shù)提供對(duì)服務(wù)價(jià)值二次發(fā)掘服務(wù)。智慧能源技術(shù)架構(gòu)由物理層、網(wǎng)絡(luò)信息層、應(yīng)用服務(wù)層和效益價(jià)值層組成，其中采用ICT 和5G 等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為溝通物理層和網(wǎng)絡(luò)信息層的橋梁，其中采用現(xiàn)代自動(dòng)化調(diào)控技術(shù)和區(qū)塊鏈等新技術(shù)作為溝通網(wǎng)絡(luò)信息層和服務(wù)應(yīng)用層的橋梁。整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)自底向上的能量、數(shù)據(jù)、價(jià)值的聯(lián)動(dòng)[6]。

物理構(gòu)架層。根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況、負(fù)荷密度、路徑條件以及政策處理因素等合理規(guī)劃，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上充分考慮事故情況下的故障隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)供需求。

網(wǎng)絡(luò)信息層。信息支持系統(tǒng)的建設(shè)，重點(diǎn)在于物理節(jié)點(diǎn)上智能設(shè)備的部署。例如在電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，內(nèi)容不僅包含如RTU、DTU、FPU 和保護(hù)測(cè)控裝置等傳統(tǒng)二次設(shè)備，還包含部署于饋線和終端配變上的各類(lèi)監(jiān)控、傳感裝置，以及布置于用戶側(cè)的精準(zhǔn)計(jì)量裝置。

服務(wù)應(yīng)用層。其建設(shè)包括兩層含義，“服務(wù)”是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、“應(yīng)用”是支撐手段。應(yīng)用層面的建設(shè)重點(diǎn)是通過(guò)對(duì)供區(qū)內(nèi)設(shè)備的控制實(shí)現(xiàn)故障檢修狀況下運(yùn)行方式的調(diào)整，通過(guò)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)供區(qū)的負(fù)荷贏得能源市場(chǎng)交易的先機(jī)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)供需資源優(yōu)化配置和能效最大化。服務(wù)層面的建設(shè)重點(diǎn)是對(duì)用戶端的金融屬性和價(jià)值的進(jìn)一步發(fā)掘，并提供定制化服務(wù)。

價(jià)值效益層。建立智慧能源的最終目的是提高能源的可靠性、經(jīng)濟(jì)性；實(shí)現(xiàn)多種能源在油田生產(chǎn)中分配達(dá)到最佳狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)能源管理過(guò)程中數(shù)據(jù)的全面采集提升能源管理水平，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)管理效率的提高，減少用工量，為油田生產(chǎn)提供可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的能源管理模式，減低原油生產(chǎn)的單位成本。

4 結(jié)語(yǔ)

從能源發(fā)展角度出發(fā)，深入融合能源供給側(cè)和需求側(cè)，構(gòu)建能源+互聯(lián)網(wǎng)的雙層架構(gòu)建設(shè)，催化新的商業(yè)運(yùn)行模式，帶動(dòng)整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)的健康發(fā)展。智慧能源體系深入引進(jìn)跨界科技力量，積極探索創(chuàng)新型場(chǎng)景應(yīng)用需求，助力整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)升級(jí)和智能發(fā)展。