中國儲能網(wǎng)訊：智能電網(wǎng)、電力大數(shù)據(jù)、硬件發(fā)展，再加上軟件的優(yōu)化乃至全球各類電力用戶的參與，使得智能電網(wǎng)成為主流。公共事業(yè)部門正面臨著智能化的必然選擇，全球尚未建立智能電網(wǎng)的統(tǒng)一運(yùn)營模式，隨著消費(fèi)者數(shù)量不斷增加，大多數(shù)消費(fèi)者也將要求獲得越來越多的智能化用電選擇。
對于所有電力企業(yè)來說，不可避免地需要思考——需要什么樣的智能電網(wǎng)？應(yīng)當(dāng)從何處著手，以何種方式從傳統(tǒng)技術(shù)向智能化技術(shù)轉(zhuǎn)型？智能化的轉(zhuǎn)型面臨怎樣的困難？對于用戶而言，體驗(yàn)有何變化？智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了信息互聯(lián)，它安全嗎？隱私是需要擔(dān)憂的問題嗎？
Ram Rajagopal博士是美國斯坦福大學(xué)可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室Stanford Sustainable Systems Lab (S3L)負(fù)責(zé)人，專注于可再生能源、智能配電系統(tǒng)和需求側(cè)數(shù)據(jù)分析的整合。其研究重點(diǎn)是電力網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模監(jiān)控以及數(shù)據(jù)分析。采訪中，Rajagopal分享了斯坦福大學(xué)基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能電網(wǎng)研究，如何從實(shí)驗(yàn)室走到我們身邊，并通過增強(qiáng)電網(wǎng)協(xié)調(diào)性，悄悄改變我們的生活。
以下為經(jīng)過編輯的采訪實(shí)錄。
從“Smart Grid”到“ Intelligent Grid”
eo：智能電網(wǎng)現(xiàn)在得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，您為何會對智能電網(wǎng)的研究產(chǎn)生興趣，又是如何進(jìn)入這個領(lǐng)域的？
Rajagopal：我從事智能電網(wǎng)方面的研究始于9年前，對這個方向產(chǎn)生興趣基于兩點(diǎn)原因。首先源于個人背景，我來自巴西，但在那里電力系統(tǒng)以及電力服務(wù)一直是困擾巴西政府的一大難題，我兒時時常遭遇供電時好時壞的狀況。9年前，我對氣候變化也有了很多了解，我的學(xué)術(shù)背景是通過利用傳感器數(shù)據(jù)以及建立模型為管理電力網(wǎng)絡(luò)提供解決方案。那時我就在想，也許用這些方法來管理電能，我們就能夠提升系統(tǒng)的性能，并助力電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，以便其能接受更多可再生能源。
eo：我注意到您同時也有計算機(jī)技術(shù)的學(xué)術(shù)背景，這對您在智能電網(wǎng)的研究有怎樣的幫助？
Rajagopal：我在加州大學(xué)伯克利分校獲得了電力工程與計算機(jī)科學(xué)的博士學(xué)位，以及統(tǒng)計學(xué)碩士的學(xué)位，因此我會結(jié)合一些IT技術(shù)和建模方法并應(yīng)用在電力系統(tǒng)的研究中。
eo：您的智能電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在主要研究哪些智能電網(wǎng)以及電力大數(shù)據(jù)的課題？
Rajagopal：我們的實(shí)驗(yàn)室主要關(guān)注于分布式能源的利用，包括太陽能板、儲能、電動汽車，智能建筑等，并從中了解電力消費(fèi)者如何從使用這些電力資源中獲益并支持整個電網(wǎng)。這些課題包括了如何提供發(fā)電服務(wù)，如何協(xié)調(diào)電力資源并且建立電力生產(chǎn)與消費(fèi)的資源。
eo：根據(jù)美國能源部對智能電網(wǎng)的定義，它是在從發(fā)電到用電的整個過程實(shí)現(xiàn)信息和電能的雙向流動，那么目前國際上智能電網(wǎng)從科研到實(shí)際應(yīng)用發(fā)展到了哪一步？
Rajagopal：事實(shí)上智能電網(wǎng)的有兩種定義。其中一種較為傳統(tǒng)的即能源部下的定義，也就是能夠?qū)崟r與電力資源交互連接，這種技術(shù)在今天的實(shí)際情境中幫助你從電力消費(fèi)者那里實(shí)時獲取更多數(shù)據(jù)，也幫助你互相交流資源并釋放信號，這在目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。
但是如果你想要的是“智能化的電網(wǎng)”（Intelligent Grid）而不是傳統(tǒng)意義上的智能電網(wǎng)（Smart Grid），前者包含了更多層的意義。它可以使消費(fèi)者將他們擁有的任何一種電力資源并網(wǎng)，并且實(shí)現(xiàn)電力的交換。同時利用它產(chǎn)生的數(shù)據(jù)建立更好的模型分析用戶習(xí)慣，并且利用這些模型來提高系統(tǒng)性能，降低可再生能源并網(wǎng)的成本。
eo：也就是說是現(xiàn)有智能電網(wǎng)的升級版？
Rajagopal：是的，它側(cè)重的是頂層的信息交互。通過基于數(shù)據(jù)的模型，利用你收集來的信息可以了解消費(fèi)者的行為習(xí)慣，電網(wǎng)自身的行為習(xí)慣，并且通過模型自動做出選擇。因此，電網(wǎng)能以很快的速度得出很多決定，診斷問題，最終決定應(yīng)該使用哪一種電力資源，但是目前很多情況并不是自動調(diào)度。因此我們現(xiàn)在處于由智能電網(wǎng)向智能自動化的電網(wǎng)過渡的階段。
eo：也就是從人工調(diào)度向智能機(jī)器調(diào)度的轉(zhuǎn)變？
Rajagopal：是的，智能化的電網(wǎng)首先能幫助人類一起工作，提供很多選擇。這是你需要很多的工程經(jīng)驗(yàn)才能獲取的，但智能電網(wǎng)做出的很多選擇就可以通過機(jī)器自動完成。也許最終這些算法會變得很強(qiáng)大并能夠代替人為做出選擇。因此，你就能在單位時間做出更多的選擇，而如果你了有很多選擇，那么你在做選擇時就能更有效，最終可以降低操作系統(tǒng)的成本。
智能電網(wǎng)核心：協(xié)調(diào)各類電力資源
eo：有觀點(diǎn)認(rèn)為需求響應(yīng)以及微電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的核心，您是否贊同這一觀點(diǎn)？
Rajagopal：需求響應(yīng)和微電網(wǎng)是兩種技術(shù)不同的技術(shù)，用以幫助提高電網(wǎng)的智能性。微網(wǎng)從本質(zhì)上說是指有一系列當(dāng)?shù)氐碾娏Y源可以調(diào)配 這些當(dāng)?shù)刭Y源在極端條件下依然可以使用。需求響應(yīng)是指你能夠控制自己的用電負(fù)荷并有可能放棄使用部分負(fù)荷。
我們換個思路考慮這個問題，另一種提高電網(wǎng)智能性的重要方法，其實(shí)是增加電力資源之間的可協(xié)調(diào)性。不管是微網(wǎng)還是需求響應(yīng)，都是通過在某一范圍內(nèi)協(xié)調(diào)這些電力資源來為其他的電力系統(tǒng)提供能量。因此，我認(rèn)為智能電網(wǎng)的核心應(yīng)該是通過更精確的模型從而更好地調(diào)配電力。不同的技術(shù)都可以成為電力協(xié)調(diào)的一部分，他們不是競爭的關(guān)系。
eo：每個國家對于智能電網(wǎng)的定義各有差異和側(cè)重，有些地區(qū)如澳大利亞側(cè)重于分布式能源，而有些地區(qū)則依托于大電網(wǎng)，那這二者之間對于電網(wǎng)“智能化”的要求有何不同？
Rajagopal：區(qū)別在于，不同區(qū)域擁有的電力資源不同，更重要的是政策架構(gòu)的不同。比如說，在美國擴(kuò)大電網(wǎng)建設(shè)的過程非常復(fù)雜，從得到許可到建立完成大概要花費(fèi)10年時間，實(shí)際建設(shè)輸電線路只需要1年。但是在中國，建設(shè)輸電網(wǎng)絡(luò)要更有效率。智能電網(wǎng)的目標(biāo)旨在提高交互能力，增加能源供給的種類，有更多機(jī)會實(shí)現(xiàn)高效調(diào)度。通過輸電線路把偏遠(yuǎn)地區(qū)便宜的電力運(yùn)送到負(fù)荷中心更合理地配置資源。但相比要花很長時間，那么在社群內(nèi)建屋頂太陽能是更好的選擇。因此兩者路徑都要考慮使用可持續(xù)性的清潔能源且價格更低的電力，增加協(xié)調(diào)的可能性。各個地區(qū)復(fù)雜的政策架構(gòu)的不同在大多數(shù)情況下決定了他們對“智能化”的不同選擇 。
eo：從技術(shù)上來看，發(fā)展智能電網(wǎng)遇到的最大的難點(diǎn)是什么？
Rajagopal：我認(rèn)為有以下幾點(diǎn)，首先是缺少通信標(biāo)準(zhǔn)。目前只有部分電網(wǎng)設(shè)定了通信標(biāo)準(zhǔn)，但是智能設(shè)備有太多制造商，這就需要統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)家庭儲能、家用電器等的信息互動并優(yōu)化互動。
第二個挑戰(zhàn)在于，現(xiàn)在正在運(yùn)行的電網(wǎng)非?？煽俊Ｈ绻覀兏脑祀娋W(wǎng)，我們就需要保護(hù)或者提高電網(wǎng)可靠性。因此怎樣實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，與現(xiàn)有電網(wǎng)并存也是一大難點(diǎn)。
第三，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性也是一大挑戰(zhàn)。許多科技專注于細(xì)節(jié)，或者某種技術(shù)，比如發(fā)展微網(wǎng)，儲能等等，但是不能忽略的是整個工程系統(tǒng)需要通盤考慮。這些問題都是可以解決的。
eo：就您對智能電網(wǎng)建設(shè)情況的了解，目前中國處于怎樣的水平？
Rajagopal：這是我第三次到中國訪問，從大學(xué)到電網(wǎng)公司包括國家領(lǐng)導(dǎo)都很看重如何并網(wǎng)更多的風(fēng)電、光伏，使電力更清潔，并提高電網(wǎng)的可靠性。中國電網(wǎng)的快速發(fā)展是非常令人震驚的。甚至可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，中國能夠承擔(dān)起未來電力系統(tǒng)的重要部分。
智能電網(wǎng)VS電力市場
eo：在美國，電力市場包括了實(shí)時市場、輔助服務(wù)市場、容量市場等，需求響應(yīng)這一類技術(shù)怎樣參與這一類市場？當(dāng)我們在應(yīng)用這樣的技術(shù)來協(xié)調(diào)電力需求時，是否應(yīng)該設(shè)計一些新的市場規(guī)則來輔助這種服務(wù)？
Rajagopal：如果你有更精確的消費(fèi)者行為習(xí)慣的模型，你可以利用它們在廣泛的區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)電力資源。這不是僅僅協(xié)調(diào)非常大的工業(yè)負(fù)荷，也可以整合商業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷等中小負(fù)荷，并且利用這些模型實(shí)現(xiàn)當(dāng)用戶收到需要需求響應(yīng)的信號時，令他們可以積極地參與響應(yīng)，這是數(shù)據(jù)起作用的地方之一。一旦你有跟蹤信號的能力，你就可以參與電力市場的各個服務(wù)。
當(dāng)你有了新的電力資源，市場還需要提供些什么呢？現(xiàn)有的電力市場在規(guī)劃設(shè)計時未考慮占重要比例的可再生能源電力的出現(xiàn)，也沒有考慮負(fù)荷的靈活性。比如電動汽車需要在某一特定時間有相應(yīng)的電量?，F(xiàn)有的電力市場都未曾設(shè)計,因此你會發(fā)現(xiàn)對于智能化設(shè)計而言，增加電力市場支持非常有挑戰(zhàn)性。很多研究正在關(guān)注在批發(fā)市場（Wholesale Market）怎么做，斯坦福的研究有些許差別。我們考慮或許可以在交互能源系統(tǒng)（Transactive System）中有所作為,使所有靈活的負(fù)荷能在當(dāng)?shù)乩?。而在全球的層面，我們希望能有更簡單的電網(wǎng)架構(gòu)，這也是我們正在研究的方向。
eo：美國有很多種類的電力市場，如容量市場、輔助服務(wù)市場等，但是在中國并未建立起這一類服務(wù)性質(zhì)的電力市場，缺乏這一類市場的參與，對于中國居民參與智能電網(wǎng)的如需求響應(yīng)、微網(wǎng)等技術(shù)會不會打折扣？
Rajagopal：雖然我不是電力市場設(shè)計方面的專家，但是與電力用戶有非常緊密的合作。電力用戶參與市場最重要的事之一，是他們必須了解如果我參與提供服務(wù)我應(yīng)該得到什么樣的回報？如果缺少回報機(jī)制，用戶參與這些市場就有難度。有人認(rèn)為應(yīng)該建立場，有人認(rèn)為有其他的激勵方法，更多的研究表明，獎勵不一定是經(jīng)濟(jì)形式，也可以是補(bǔ)償或者其他類型。如果缺少市場設(shè)計，就需要仔細(xì)考慮怎樣才是最好的設(shè)計。
數(shù)據(jù)驅(qū)動的POWER NET項(xiàng)目
eo：大部分可再生能源的分布遠(yuǎn)離負(fù)荷區(qū)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的電網(wǎng)怎樣提高可再生能源的并網(wǎng)能力？
Rajagopal：最基本的是提高對傳輸線路的管理能力，對電力資源進(jìn)行合理分配。風(fēng)、光發(fā)電由于多變性需要預(yù)測并且分配電力來補(bǔ)償，而數(shù)據(jù)可以幫助提高預(yù)測精度，并優(yōu)化電力的供給和需求，甚至智能參與調(diào)控用電負(fù)荷。
eo：您提到您在斯坦福的研究是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動，和數(shù)據(jù)有很多相關(guān)的工作，您也提到您認(rèn)為智能電網(wǎng)的核心是增強(qiáng)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)能力。那么斯坦福是怎樣通過使用基于數(shù)據(jù)的研究來增強(qiáng)電網(wǎng)協(xié)調(diào)性？
Rajagopal：在斯坦福，我們雖然不參與電網(wǎng)運(yùn)營，但通過與電網(wǎng)合作，為他們提供包括以下幾個層面的現(xiàn)代專業(yè)技術(shù)。一類是數(shù)據(jù)的發(fā)展維護(hù)，包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)到最終執(zhí)行；第二類是發(fā)展自動化等技術(shù)的算法；第三類是參與系統(tǒng)工程，建立對工程模型系統(tǒng)性的理解。
通過與電網(wǎng)的合作我們發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)電網(wǎng)電力資源配置的領(lǐng)域有很多機(jī)會。我們已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)研究，例如如何建立用戶行為的模型，利用數(shù)據(jù)資源來分析用戶的行為習(xí)慣；以及基于實(shí)時測量的數(shù)據(jù)建立網(wǎng)絡(luò)模型，將這些數(shù)據(jù)上傳到云系統(tǒng)，在未來的工作中也可使用這些數(shù)據(jù)。斯坦福正進(jìn)行一項(xiàng)“power net”的項(xiàng)目，考慮的是在擁有更好的網(wǎng)絡(luò)模型和用戶模型的條件下，我們?nèi)绾蝸韰f(xié)調(diào)這些資源？把硬件、軟件、用戶界面、算法等等這些智能技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)世界。
eo：多年來公用事業(yè)公司和售電公司投資智能電表， 收集來龐大數(shù)據(jù)，在您看來有多少數(shù)據(jù)是有效信息，又有什么用？怎么提取有用信息并如何應(yīng)用這些信息?
Rajagopal：從能源和電力領(lǐng)域的數(shù)據(jù)科學(xué)家的角度來看，所有的數(shù)據(jù)都是有用的，關(guān)鍵在于你需要利用這些數(shù)據(jù)來解決有趣的問題。智能電表的數(shù)據(jù)非常有用，比如說建立用戶行為習(xí)慣的模型，這些模型可以預(yù)測用戶對不同的信號是如何反應(yīng)的，用于生成用戶消費(fèi)方式的分析。另一個做法是利用智能電表的測量的方式來建立電力網(wǎng)絡(luò)模型，這種模型是實(shí)體的。此外，還可以通過智能電表的數(shù)據(jù)來了解不同電力消費(fèi)方式對排放的影響有何不同？用戶的電力消費(fèi)行為將如何變化？他們是否有不同的生活方式？
用戶隱私VS用戶體驗(yàn)
eo：智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了用戶用電信息的互通互聯(lián)，通過智能電表傳輸這些數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。但是掌握了這些數(shù)據(jù)，也就相當(dāng)于掌握了用戶的行為習(xí)慣，比如說，你何時睡覺，何時在家等等，如果這些數(shù)據(jù)的信息庫被竊取，或者說被一些大公司掌握， 需不需要擔(dān)憂它的安全問題？以及您怎樣看待這涉及到的用戶隱私的問題？
Rajagopal：在安全方面，不僅是在電力系統(tǒng)也包括計算機(jī)系統(tǒng)，有很多人在關(guān)注如何保護(hù)從智能電表收集來的數(shù)據(jù)，這是保證安全的一方面。就網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，比如你提到的數(shù)據(jù)庫，以及基于電腦的系統(tǒng)，現(xiàn)在較為推薦的做法是使用某些來自谷歌、微軟、亞馬遜的云系統(tǒng)，因?yàn)檫@些公司提供了安全協(xié)議，加密編碼等來防止你遭到黑客侵襲。大多數(shù)情況下，如果使用這些云系統(tǒng)，安全會得到保障。
關(guān)于用戶隱私，這是一個有趣的問題，有人正在嘗試如何給智能電表數(shù)據(jù)或者來自用戶的數(shù)據(jù)增加隱私的層次并依舊保持它的有效性。這是一種方法，也在和關(guān)注這方面的同事合作,并且有一些有趣的發(fā)現(xiàn)。在美國，智能電表的數(shù)據(jù)并不是非常有規(guī)律。我們從數(shù)據(jù)中看到的信息并不算多。事實(shí)上從智能電表數(shù)據(jù)中預(yù)測用戶習(xí)慣難度非常高。
曾經(jīng)有一項(xiàng)研究表明通過建模來預(yù)測一戶家庭是否有人吸煙。他們發(fā)現(xiàn)模型的預(yù)測結(jié)果與進(jìn)入那個社區(qū)觀察得到正確結(jié)果的次數(shù)一樣，只是知道人數(shù)的大致比例，所以增加的信息并不多。
對隱私的擔(dān)心確實(shí)存在?？晌覀儾环吝@樣考慮，智能電表是在為你提供服務(wù)，這樣你考慮的問題就不在于是否犧牲了你的隱私，而更多的是通過分享數(shù)據(jù)，你會得到更好的用戶體驗(yàn)，比如說像在Facebook這種平臺，因?yàn)槲覀兿Ｍ?wù)優(yōu)化，所以我們分享信息時往往會向這方面考慮更多。實(shí)際上有人告訴我，對于現(xiàn)在的年輕一代來說，隱私并不是他們最為關(guān)心的問題。
eo：所以我們關(guān)心隱私的問題是太早了嗎？
Rajagopal： 這不是時間早晚的問題。我個人的理解是當(dāng)你需要分享信息，但卻并沒有得到更好的體驗(yàn)及服務(wù)，這時你才會考慮到關(guān)于隱私的問題。相反，如果你體驗(yàn)到了好的服務(wù)， 就不會過于擔(dān)心分享您的信息會成為一個問題。
eo：您能否描繪一下未來10到20年智能電網(wǎng)的形態(tài)？
Rajagopal：我認(rèn)為未來的智能電網(wǎng)是更加自動化的電網(wǎng)，它可以接受大量的可再生能源，并能在全球得到運(yùn)用而不僅僅在發(fā)達(dá)國家和經(jīng)濟(jì)增長迅速的經(jīng)濟(jì)體，我們或許感受不到電網(wǎng)的存在，在不知不覺中就完成電力的交互，并且會有越來越多的人加入這樣的電力網(wǎng)絡(luò)。這種電網(wǎng)機(jī)制可以用于協(xié)調(diào)、交易等等，可以像互聯(lián)網(wǎng)一樣，但電網(wǎng)比互聯(lián)網(wǎng)更加復(fù)雜。電力的管理會為服務(wù)帶來邊際效應(yīng)。比如你有無人駕駛汽車，即使你不知道什么時候去充電，它也可以自動與電網(wǎng)協(xié)調(diào)充電時間。
eo：最近關(guān)于特朗普削減科研經(jīng)費(fèi)的消息，您作為研究者是否感受到了影響或者變化？
Rajagopal： 現(xiàn)在還沒有，我們現(xiàn)在與能源部的合作項(xiàng)目并未受到影響。雖然政治和政策經(jīng)常改變，但能源問題總是需要解決，現(xiàn)在我們還是從能源部得到很大的支持。在美國，為能源、科技提供支持的系統(tǒng)比總統(tǒng)的指令要強(qiáng)大得多，這是我個人目前的經(jīng)歷，不過或許之后會發(fā)生變化。
