能源互联网如何帮助我们应对能源挑战?
发布者:lzx | 来源:能源头条 | 0评论 | 496查看 | 2019-09-06 17:37:52    

两大技术革命正在引领着21世纪:互联网的发展和致力于减少碳排放的全球能源系统转型。2015年,G7峰会在德国南部小镇埃尔毛举行之后,全世界就开始聚焦一个共同的目标:减少使用化石能源,将电力作为通用能源,到2100年实现零碳排放。随着物联网时代的到来,这两大技术革命迅速会师。最终,我们将迎来能源互联网时代。


减少碳排放、分布式和数字化技术正在改变能源领域。这三大全球性趋势造成的联合性影响,我们将其称之为“3D能源模型”,正在改变着我们的发电、输电和用电方式。由此产生的结果是,由大型发电站及集中式输配电系统构成的传统能源模式正在改变。


我们需要一个全新的方式来加速可再生能源转型。现在,数以百万计的小型分布式发电机组正在被接入能源系统,需要我们用新的方式去组织和管理。此外,“产销者”开始脱颖而出——他们既是生产者也是消费者,在售卖电力的同时也在购买电力。


在随后的能源转型过程中,网络技术也将发生重要作用。未来,为了实现能源互联网,电网将不仅仅承担输配电的功能。


诱因:对清洁能源的持续需求导致解决方案变得复杂


根据联合国“人人享有可持续能源”倡议的报告,全球有超过10亿人口仍未用上电。例如,在人口增长迅猛的撒哈拉以南的非洲国家就深受缺电困扰。据联合国预测,到2040年全球人口数量将增加近20亿,且以发展中国家为主。无论是政治领袖、工业界还是援助性组织都一致认为,让所有人都能用上电,无论从道德层面还是经济层面都是非常必要的。


但并非所有人都意识到的这样的困境:如果这部分新增的人口还采用与我们一样的生活方式和用电方式,我们会面临怎样的问题?如果发达国家和这些地区的电力有一半来自于化石燃料,我们的环境将会发生怎样的变化?


可以确定的是,国际社会雄心勃勃的环境保护目标会因此面临挑战。更为严重的是,将全球升温幅度控制在2度之内的目标也会立刻变得岌岌可危。


毫无疑问,使用化石能源与全球气候变暖有着直接的联系。如果有人认为,温度(尤其是海洋温度)的上升和发生自然灾害的频率及强度无关,那他们不过是在逃避现实罢了。


如果所有人都效仿工业发达国家,交通业就是一个很好的全球性案例。如今,交通工具的尾气排放量已经比1990年高出了约60%,主要的原因就是发展中国家和新兴国家汽车数量的急剧增长。仅仅在中国,过去10年汽车数量就翻了两番,达到了2亿辆。


全球电力需求也在不断增长。专家预计,到2040年全球发电量将增加约80%。这不仅源于发展中国家和新兴国家对电力供应的潜在需求,还包括工业化国家由信息和通信技术的应用带来的用电需求增长。


这些发展趋势带来的影响显而易见:人人都需要电力——最好利用可再生能源,并以环保的方式发电。从使用化石燃料和利用大型发电站进行集中供电,向利用数量更多且更分散的可再生能源(如风力、太阳能)发电转型,不可能一蹴而就。除了政治和经济问题,这种根本性变革还会给我们带来巨大的技术挑战。


管理日益增加的复杂性


无论从时间还是空间上来看,发电侧和用电侧都正在变得越来越独立,这显然会使能源系统更加复杂。而随着其集成的配电单元不断增加,系统则会变得越来越复杂。


可用性接近100%的德国电网被视为是工业化国家的典范,但能源类型的转换却给德国电网造成了负担。近年来,为了保证电网稳定,需要电网运营商进行干预的次数越来越多。


去年的一项初步调查显示,电网运营商TenneT为了保证电网稳定,在紧急干预方面投入的成本就达到了10亿欧元。而这些成本以电网管理费的形式被分摊进电费,最终由消费者买单。


如何聪明地解决难题:利用数字化技术


为了应对能源系统的复杂性,我们需要挖掘数字化能力,让电网变得更智能。每个能源生产者都是这个复杂系统的一员,他们将电力接入电网时必须确保电网稳定和供电可靠。


分布式供电指的是,打破原有固定的系统架构和过程边界(如公共设施与消费者之间的边界)。全新的产销网络逐步发展为新型的市场主体和服务供应商,他们将构建出全新的售电和购电模式。这些变化将使人们对于产业、技术、价值链和商业过程的想法趋于一致。


此外,数字化还是提高可再生能源竞争性的杠杆。以我们最近签订的德国首家大型海上风电场合同为例,这座风电场无需公共资金投入,而是通过市场电价获得资金。而这离不开数字化带来的效益收益。


数字化驱动效率提升,效率驱动竞争力提升,可再生能源的竞争力又帮忙人类应对气候变化。


有效利用海量数据


应对能源系统产生的日益增长的海量数据,是工业领域面临的一大挑战。日益复杂的能源系统是引发数据量增长的主要原因。


我们可以参考已联网设备的数量。2003年,全球有63亿人,联网设备5亿台。据美国思科公司的预测,这一数字在2020年有望增至500亿。整体的数据量则会呈同比率增长。市场研究公司IDC最新发布的报告显示,到2025年,全球数据量预计将从当前的16泽字节增至163泽字节——达到10倍增幅。


人工智能和量子计算变不可能为可能


我们必须意识到,仅凭借当前的技术,我们是无法有效利用这些海量数据的。必须打破陈规,去探索此前仅在科幻小说中才会出现的那些技术。人工智能就是其中之一,而现在它已经被广泛应用于项目和产品开发中。


西门子的燃气轮机可以很好地诠释人工智能的工作方式。人工智能通过机器算法来帮助延长燃气轮机的检修周期。与人类专家相比,这种算法可以更好地自动分析运营数据、环境条件和元件性能。


量子计算是另一个开创性的技术,在业内已经得到了全面应用。量子计算机采用的是完全不同于传统的架构:它以量子理论为工作原理。量子计算机直接采用亚原子粒子,通过控制量子属性进行数据存储和数据处理。因此,一分一毫都很重要。


组成世界的小粒子,帮助我们解决这个世界上的大问题。我们利用它们为地球发电,提高可再生能源的利用率,在全球人口不断增多的同时,让电力惠及越来越多的人。


结论:新技术能帮助我们应对能源挑战


与通信和互联网领域一样,能源系统中每位新成员的加入都会给这个大家庭带来更多的可能性和机会。当简单的电网发展为综合性的能源网络,富余的电力就会通过耦合区域为其他形式的能源提供基础,能源系统的价值也会相应得到提升。当电力转化为热能或用于提取热能,当电力成为能源流动的基础,或者当它被用于生产氢或甲烷时,能源系统就可以获得全新且灵活的能源。


在能源转型的过程中,网络技术将被赋予新的意义。未来,能源网络将不仅仅是输电和配电,它的角色、能力和功能都将得到进一步拓展,并随着新成员的加入实现增值。最终,电网将演变为能源网络,即能源互联网。

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