能源互联网是电网发展必然,国家电网打造“三型两网”构建能源服务生态平
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能源互联网追求能源的全生命周期管理。能源互联网在能源开采、传送和利用上从传统的集中式变为智能化的分布式,通过采用先进的传感器设备连接数以亿计的能源生产端、输送端以及消费端设备,整合零散的能源需求形成巨大的能源市场,通过电力市场有效整合能源产业链上下游,形成有效的供需信息传递和能源交易撮合,并辅助大数据分析和预测对运行数据、气象数据、电力市场数据等进行数据分析、负荷预测、发电预测,提升能源生产和消费侧的能效,横向多元能源互补,纵向“源--网--荷--储”互相协调,从而实现对能源的全生命周期管理。
能源互联网旨在实现能源与信息的深度融合。能源互联网在能源侧涵盖了供能侧管理(如水电、火电、核电、风电以及太阳能发电等)、储能侧管理(如相变储热、冰蓄冷、水储冷、各类新能源电池等)以及用能侧管理(如工业用电、商业用电、居民用电以及新能源电动汽车等),实现上述三类主体与能源调度中心的信息传递,以期实现诸如综合调度、多能微网、效能管理、现货市场交易、互联网支付、数据监控等功能,提高区域能源利用水平,保证区域各种能源的最优化利用,实现互联网与能源的生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合。能源互联网下,信息的采集点和采集量大幅提升,采集的频次和实时性要求也将提高。
国家电网全力打造“三型两网”。2019年1月,国家电网两会提出全力打造“三型两网” 企业,其中三型指的就是枢纽型、平台型、共享型,两网即坚强智能电网(发电侧)和泛在电力物联网(用电侧),坚强智能电网与泛在电力物联网构成能源互联网。承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网,相辅相成、融合发展,形成强大的价值创造平台,共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。
“两网”是打造“三型”的基础,实现能源与信息的深度融合,未来空间广阔。能源互联网在能源侧涵盖了供能侧管理、储能侧管理以及用能侧管理,实现三类主体与能源调度中心的信息传递,以期实现综合调度、多能微网、效能管理、现货市场交易、互联网支付、数据监控等功能,提高区域能源利用水平,从而实现互联网与能源的生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合。
坚强智能电网是主干神经,泛在电力物联网是末梢神经。坚强智能电网支撑电力系统“能源流”的安全稳定传输,泛在电力物联网建设着力点是在系统“源-网-荷-储”各环节末梢,并通过不断深化“大云物移智”(大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能)等新技术在电力领域的创新应用,着力解决电网数据采集和开展具体业务等难点、痛点问题,支撑泛在电力物联网基础设施建设与技术创新。
泛在电力物联网剑指在市场竞争环节构建能源服务生态平台。国家电网推出泛在电力物联网,其最根本的原因还是在于为了避免自身仅仅成为一个被管道化的电网运营商(新一轮电改“管住中间,放开两头”),期望能更多地面向电网的“内容”服务进行综合能源服务转型,建设自身的产业平台,形成更多新的商业模式。未来国家电网将通过建设泛在电力物联网,构建大数据平台,填补在园区、企业、用户侧的数据空白,实现面向端侧数据驱动、物联网络协作的智能商业模式转型。
三维BIM贯穿电网全生命周期,IoT赋能电网智能化
三维BIM设计软件的普及是电力行业趋势。三维设计软件相比二维软件新增了三维空间技术、地理信息系统(GIS)、电力BIM等功能模块,以完整而精确的电网现状数据、三维地形地貌、二维地形信息为基础,实现电网的智能规划、选线、杆塔优化排位、设计成果二三维一体化展现,加快规划设计进度、提高规划设计质量和效率,成为电网规划和设计的智能、高效、准确的工具,三维产品的附加值远超过二维设计软件。此外,由于三维BIM涉及地理信息等重要信息,我们认为国产软件替代进程也将在这一产业升级中明显加速。
政策助推三维设计软件渗透率提升。2018年7月,国家电网下发了《国家电网有限公司关于全面应用输变电工程三维设计及建设工程数据中心的意见》,在意见中明确提出了工程三维设计及数字化建设的目标:从2018年下半年开始,国网公司新建35kV及以上输变电工程全面应用三维设计。
国家电网2019年1月31日发文《国家电网基建技经〔2019〕10号》,其中第八条明确指出:“从2019年2月1日起,对未按文件要求开展设计招标、应用三维设计的工程,原则上不予安排初步设计评审。”政策迅速激发了市场对三维BIM设计软件的需求。
三维BIM将贯穿电网全生命周期。我们认为,电网三维BIM设计的推动最终是为了实现电网信息化三维协同设计、电网工程基于 BIM 技术的数字化交付、基于 BIM 技术的工程建设过程管控以及电网资产运行维护的可视化管理,从而实现贯穿电网资产的全生命周期的三维BIM管理,电网设计领域的三维 BIM 是电力行业底层软件全面升级的起点,而非终点。
各国对物联网在电力行业的应用侧重点有所不同,中国倾向于智能化应用。在欧洲,提升供电安全性、节能减排、发展低碳经济是各国积极发展智能电网的主要原因,使得欧洲电力行业对物联网的应用更倾向于清洁能源和环保方向;在日本,可再生能源接入、节能降耗和需求响应是日本发展智能电网的主要驱动力,日本电力行业对于物联网的应用主要在于对新能源发电监控和预测、智能电表计量、微网系统监控等领域;在中国,物联网技术为提高电网效率、供电可靠性提供了技术支撑,RFID技术、各类传感器、定位技术、图像获取技术等使仓库管理、变电站监控、抢修定位与调度、巡检定位、故障识别等业务实现灵活、高效、
可靠的智能化应用。
海量电网设备联网,数据存巨大发掘潜力,泛在电力物联网的本质依然是物联网。2018年底,国家电网接入的终端设备超过5.4亿只,采集数据日增量超过60TB,覆盖用户4.5亿户。按照国家电网的规划,2025年接入终端设备将超过10亿只,2030年超过20亿只。我们预计,随着海量设备的不断接入联网,电力数据的沉淀将催生新的业态和大数据应用场景(例如电量预测、多能互补、能效监测和管理、综合能源服务等),为第三方数据公共服务产品的推出创造条件。
国家电网智能化投资往配电环节明显倾斜。2009-2020年国家电网计划总投资3.45万亿元,其中智能化投资3,841亿元,占电网总投资的11.1%。其中第一阶段 2009~2010 年电网总投资5,510亿元,智能化投资341亿元,占电网总投资的 6.2%;第二阶段2011~2015 年电网总投资 15,000 亿元,智能化投资 1,750 亿元,占总投资的 11.7%;第三阶段 2016~2020 年电网总投资 14,000 亿元,智能化投资 1,750 亿元,占总投资的12.5%。其中,配电环节的投资占比逐步大幅提升,从第一阶段的 16.4%提升至第三阶段的 26.1%,成为智能化投资的重点领域。