泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念一經(jīng)提出，便受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，尤其是信息及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)。其實(shí)，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)在電力行業(yè)的具體應(yīng)用，它涉及到發(fā)電、輸電、配電、用電等方面的技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，是電力設(shè)備、電力企業(yè)、電力用戶、科研機(jī)構(gòu)等與電力系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備及人員之間的信息連接和交互。它將發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、電力用戶及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、設(shè)計(jì)院、科研單位等人和物連接起來(lái)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)共享，為發(fā)電、電網(wǎng)、用戶、設(shè)備供應(yīng)商、科研、設(shè)計(jì)單位和政府提供服務(wù)；以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺(tái)和共享作用，為電力行業(yè)和更多市場(chǎng)主體發(fā)展創(chuàng)造機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。通過(guò)應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算等信息技術(shù)和智能技術(shù)，匯集各方面資源，為規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、綜合服務(wù)、新業(yè)務(wù)新模式發(fā)展、企業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)建等各方面，提供有效的信息和數(shù)據(jù)支撐?？梢?jiàn)，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是社會(huì)和科技發(fā)展的必然要求。
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)必須是應(yīng)用驅(qū)動(dòng)，根據(jù)應(yīng)用需求，建立商業(yè)模式和價(jià)值回收路徑。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術(shù)創(chuàng)新，更是管理創(chuàng)新。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知源網(wǎng)荷儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場(chǎng)辦法引導(dǎo)用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過(guò)虛擬電廠和多能互補(bǔ)提高分布式新能源友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)容量占比，緩解棄風(fēng)棄光，促進(jìn)清潔能源消納。當(dāng)前，常規(guī)發(fā)電廠、大型風(fēng)電場(chǎng)、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接，調(diào)度可以直接控制；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要任務(wù)是連接負(fù)荷（尤其是可控負(fù)荷）和分散式發(fā)電。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制風(fēng)電光電、可控負(fù)荷、分布式發(fā)電等，可以提高風(fēng)電光電利用率，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。
能有效控制可控負(fù)荷
可控負(fù)荷是在供電部門要求下，按合同可以控制用電時(shí)間的特定用戶的負(fù)荷。電動(dòng)汽車（EV）是一種非常特殊的負(fù)荷，因?yàn)殡妱?dòng)汽車不僅可以作為負(fù)載，還可以作為發(fā)電機(jī)，對(duì)應(yīng)充電（G2V）和放電（V2G）模式。2018年底，我國(guó)已有電動(dòng)車達(dá)到200萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到8000萬(wàn)輛。而海南省在規(guī)劃中提出“2030年起，全面禁止銷售燃油車”。大量的電動(dòng)車接入電網(wǎng)，將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生極大的沖擊。尤其是下班歸來(lái)的電動(dòng)汽車集體充電帶來(lái)的負(fù)荷量更是非常巨大，而且電動(dòng)汽車充電也如新能源發(fā)電一樣具有不確定性，無(wú)法精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)負(fù)荷。目前，家用充電樁的功率是7-10kW的，快充直流充電樁可以達(dá)到300kW，例如特斯拉的超快充。若1000萬(wàn)輛車同時(shí)充電，其功率將達(dá)到1億kW，比江蘇省全省最大負(fù)荷還要高。對(duì)電動(dòng)汽車充電和放電的優(yōu)化控制是必須的，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是最優(yōu)控制電動(dòng)汽車充放電的有力支撐。
電動(dòng)汽車充放電控制有三個(gè)適用條件。首先，電動(dòng)汽車屬于可控負(fù)荷，對(duì)其充電進(jìn)行控制可以達(dá)到在時(shí)間上移動(dòng)負(fù)荷，調(diào)整負(fù)荷曲線和響應(yīng)新能源發(fā)電的目的。對(duì)于允許充電控制的汽車，給予電價(jià)優(yōu)惠；其次，使用上達(dá)不到最佳充放電周期的電動(dòng)汽車或者長(zhǎng)時(shí)間閑置不用時(shí)，也會(huì)減少電池的使用壽命，適當(dāng)?shù)腣2G有助于維護(hù)電池的壽命，同時(shí)車主可以獲得收益，但是頻繁的V2G模式會(huì)降低電池壽命，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都是不可行的；最后，在緊急情況下，電動(dòng)汽車可以作為分布式儲(chǔ)能，保證就近的一級(jí)負(fù)荷供電，車主可以獲得應(yīng)急支援的高額補(bǔ)償。
對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行聚類分析，分類適當(dāng)使用，將給電力系統(tǒng)和車主帶來(lái)雙贏。汽車的無(wú)線通訊和網(wǎng)絡(luò)功能已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用，基本具備控制條件。對(duì)電動(dòng)汽車的充放電優(yōu)化控制，需對(duì)用戶的行為模式進(jìn)行分析，也需電動(dòng)汽車和局域電網(wǎng)調(diào)度或智能發(fā)電廠的信息互通，這些都是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)需要解決的問(wèn)題。
促進(jìn)實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電
隨著光伏和風(fēng)電成本的降低，分散式發(fā)電逐步興起。分布式發(fā)電通常由電力用戶建設(shè)，接入配電網(wǎng)。配電網(wǎng)將由原來(lái)的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)變成有源網(wǎng)絡(luò)，線路的潮流方向可能隨著電源出力發(fā)生變化，供電計(jì)劃方法也將發(fā)生變化，主動(dòng)配電網(wǎng)及智能發(fā)電廠等需要依托泛在電力互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，合理優(yōu)化的調(diào)配分布式能源和可控負(fù)荷。
用戶可以從消費(fèi)者變成產(chǎn)消者，自己安裝分布式發(fā)電，例如屋頂光伏、自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，參與到電力市場(chǎng)中來(lái)。
大量的分布式發(fā)電接入到配電網(wǎng)中，將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)，市場(chǎng)模式也要作出相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)更多隨機(jī)分布式能源。智能發(fā)電廠是把一個(gè)區(qū)域內(nèi)常規(guī)電廠與分散式發(fā)電集合成一個(gè)利益體，總體協(xié)調(diào)規(guī)劃的一種技術(shù)，將減少分布式發(fā)電給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊與調(diào)度困難問(wèn)題。
綜合能源系統(tǒng)也是分布式發(fā)電的一種協(xié)調(diào)控制手段，把燃?xì)廨啓C(jī)、制冷制熱等發(fā)電及可控負(fù)荷結(jié)合在一起協(xié)調(diào)控制。綜合能源系統(tǒng)是指一定區(qū)域內(nèi)利用先進(jìn)的物理信息技術(shù)和創(chuàng)新管理模式，整合區(qū)域內(nèi)煤炭、石油、天然氣、電能、熱能等多種能源，實(shí)現(xiàn)多種異質(zhì)能源子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)規(guī)劃，它可以有效地提升能源利用效率，促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的輔助，是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的必要條件。
可減少棄風(fēng)棄光
《巴黎協(xié)定》簽署之后，我國(guó)向國(guó)際社會(huì)鄭重承諾：到2030年前后，單位GDP二氧化碳排放較2005年下降60%-65%，碳排放于2025年前后達(dá)峰并力爭(zhēng)盡早實(shí)現(xiàn)。為此，我國(guó)發(fā)布《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016—2030)》，提高新能源占比，力爭(zhēng)非化石能源占比達(dá)到50%。
目前，風(fēng)電和光電裝機(jī)容量分別占總裝機(jī)容量的10.6%和7.3%，發(fā)電量分別是3057kW·h和1182億kW·h，占總發(fā)電量的4.8%和1.8%。而我國(guó)棄風(fēng)棄光現(xiàn)象頻發(fā)，2016年我國(guó)棄風(fēng)率達(dá)到17%，棄光率達(dá)到了11%，2018年由于我國(guó)省間交易壁壘消融，棄風(fēng)棄光都有所減少，分別為277億kW·h和54.9億kW·h，各占發(fā)電量的7%和3%，但當(dāng)新能源占比達(dá)到一定的時(shí)候，棄風(fēng)現(xiàn)象仍將存在。預(yù)計(jì)到2030年，風(fēng)電和光電裝機(jī)分別達(dá)到4.78億kW和5.73億kW，分別占總裝機(jī)容量的17%和20%，發(fā)電量各占10% ，此時(shí)，新能源的裝機(jī)容量接近電力系統(tǒng)的平均負(fù)荷。除非大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)及廢舊電池處理在經(jīng)濟(jì)上與技術(shù)上有實(shí)質(zhì)性的突破，否則，棄風(fēng)和棄光將難以避免。
實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要解決的一大問(wèn)題。風(fēng)電場(chǎng)、光電站、火電廠、水電廠和大型用戶等已經(jīng)和調(diào)度連接，通過(guò)智能電網(wǎng)的優(yōu)化協(xié)同運(yùn)行技術(shù)，讓大規(guī)模能源間協(xié)調(diào)互補(bǔ)平抑隨機(jī)能源波動(dòng)，改善電能質(zhì)量。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)連接用戶和分散發(fā)電，尤其是可控負(fù)荷用戶。把可控負(fù)荷和分布式發(fā)電有效控制起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷協(xié)同，減少棄風(fēng)棄光。當(dāng)棄風(fēng)棄光出現(xiàn)時(shí)，調(diào)動(dòng)可控負(fù)荷吸納新能源，當(dāng)新能源功率出現(xiàn)缺口時(shí)，緊急情況下可短時(shí)間暫停慢充電動(dòng)汽車的充電，暫停一些可停機(jī)的可控負(fù)荷，同時(shí)調(diào)動(dòng)參與V2G的電動(dòng)汽車與分布式儲(chǔ)能向電網(wǎng)輸送電能。
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的初心是實(shí)現(xiàn)能源及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。以需求為驅(qū)動(dòng)，以技術(shù)為依托，培養(yǎng)可行性商業(yè)模式，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)潛力巨大，未來(lái)可期。
(作者供職于中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司)
