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电网边缘的智能化和可见性
分析人士预测,到2050年,全球能源需求可能较当前水平增长逾两倍。1 要在保持这一增长态势的同时实现电网脱碳,全球必须将可再生能源的部署规模扩大9倍,并将电网效率提升一倍。2 因此,对涵盖能源生产、分配、储存和消费的全流程进行实时、整体的监测和掌握,已不再是可有可无,而是必不可少。
亟待弥补的可见性缺口
电网的现代化绝不仅仅是增加可再生能源或储能设施,而是从根本上重塑电网对实时能源需求的感知、分析和响应能力。尽管太阳能、风能和储能系统(ESS)等去中心化能源资产迅猛增长,但资产和能源流的可见性有限依然是一个核心挑战。这一可见性缺口已成为公用事业公司的主要痛点,直接影响资本支出(CAPEX)、运营支出(OPEX)和安全规范的有效执行。
旧有系统和架构的演进
电网常被称为世界上最大的机器装置,诞生于一个多世纪前,当时采用“中心辐射式”设计,电能从大型发电站单向输送至用户。这种集中式模式适合昔日较为简单且可预测的能源环境。
然而,这种集中式电网模式已越来越不适应时代发展。它既无法满足日益增长的能源需求,也难以整合分布式能源资源(DER),同时在应对突发中断时韧性不足。于是,去中心化电网应运而生:它将小型、分布式发电资源融入大电网中,因而输电网络的互联程度更高。这一架构支持能源双向流动,传统消费者升级为产消者, 能够将富余电力卖给电网,从而催生出全新的能源市场。
这种去中心化的电网架构虽然提升了电网的强韧性,但同时也带来了严峻的可见性挑战。数量庞大的表后资产,使得电网运营商难以进行有效监测、准确预测和实时应对突发中断。
可见性:改善能源管理的关键
可见性使洞察成为可能,进而推动智能化。为了管理日益复杂的能源生态系统,全面的电网级智能化必不可少。可见性对于实现以下目标至关重要:
- 平衡能源的生产、使用和储存: 确保能源资源得到有效利用,实现运营能力最大化。
- 监测资产健康状况:检测、定位、预测故障,避免停机并确保安全。
- 整合分布式能源资源(DER): 在接入新资产的同时,维护电力质量和电网稳定。
- 发挥产消者作用:借助电动汽车(EV)等技术,让消费者能够参与电网运行。
电网必须具备快速响应能力,以应对不断变化的能源消费模式、突发中断和异常情况。随着电网复杂性的攀升,尤其是随着DER接入规模的扩大,对电网的物理和电气连接进行准确建模变得不可或缺。这要求电网管理系统必须加强各环节间的协调、实现不间断的监测,并具备实时智能决策能力。
集中式控制与分布式控制
传统智能系统依赖于具备高带宽连接的集中式数据中心,在处理数据密集型计算任务时能够实现规模经济效益。然而,面对智能电网对超低延迟、高能效和实时性能的严苛要求,传统系统便力有不逮。此外,这种集中式系统在数据隐私保护和安全性方面也存在局限。
在此背景下,在电网边缘部署分布式智能变得至关重要。边缘端是模拟感知与数字化融合的地方,支持多点决策,从而实现更灵敏、更高效、更安全的解决方案。让决策能力更贴近能源源头,有助于优化电网运行,提升系统强韧性。
要实现可靠的电网智能化,必须识别集中式控制与分布式控制的互补优势,发挥协同作用,通过灵活的网络架构优化处理能力。
更智慧的解决方案:实现电网边缘智能化
可再生能源发电机、储能系统、电动汽车、家居设施、工业设施等现代能源资产的分布式特征,推动了智能边缘的兴起。在这一架构下,来自传感器和设备的数据可以在本地处理,从而实现更快速、更精准的决策。在变电站、电池包、工厂、数据中心等能源网络关键节点部署边缘智能,可获取实时洞察,进而增强整个系统的强韧性、响应能力和运行效率。
将高效能源管理拓展到表后应用,为个人和企业参与能源转型打开了广阔空间。从数据中心到微电网,再到家庭能源管理系统,边缘智能不仅能提升能效、保障电力质量、节约成本,还能为产消者提供一套先进完善的解决方案。
能源管理已不再是单纯的集中式控制,而是让设备、传感器和系统能够在需要的时候自主决策,从而推动电网优化迈向新的高度。
以数据驱动的方法推进电网现代化的大规模落地
电网现代化是一项庞大而复杂的系统性工程,但也蕴含着通过数据驱动决策释放潜在价值的机遇。我们必须充分利用现有基础设施,同时整合新技术,以推进数字化和平台化,促成多方价值共创。
以数据为中心的电网现代化方法,要求实现对电网全层级的可见性,从输电网络一直到最小的配电节点和计量点全都涵盖在内。通过收集和分析数据,我们能够识别低效环节,优化投资,确保更准确地评估现代化改造带来的影响。
此外,在每个节点上部署智能后,会形成一个反馈循环,从而持续推动现代化升级,并改善投资回报率(ROI)。
实现电网现代化的关键机遇高效推进电网现代化,充分提升电网利用率。
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源于现实场景的创新,引领电网迈向具有韧性和可持续性的未来
能源的未来取决于我们如何利用电网边缘的智能技术来推动创新,以及这种创新将对世界产生怎样的影响。以下技术已被应用于现实场景:
可再生能源发电
优化输出并整合风能、太阳能等不稳定能源。
储能系统
确保可再生能源的高效储存和调度。
输配电
监测和管理庞大网络中的能源流动。
高级计量基础设施(AMI)和分表
向消费者和公用事业公司提供实时消费数据,并监测电能质量。
电动车充电基础设施
将电动汽车充电环节纳入整体电网体系。
数据中心
借助更灵活的能耗管理和与电网的交互能力,推动数据中心持续发展。
为未来能源生态系统注入动力
为将智能化延伸到电网边缘端,能源行业需要在非接触式检测、本地处理、交互式软件、模块化系统设计等方面实现创新。通过发掘集中式智能与分布式智能的协同潜力,可以加速电网数字化进程,并推动可再生能源发电、储能、输配电、智能电表、电动汽车充电设施、数据中心等领域的新一轮技术进步。
电网现代化已是必然趋势,必须通过系统化方法加以推进。那些在能源电网交叉领域拥有丰富经验的头部企业,能够帮助加速这一转变,将电网打造成分布式智能中心。
下一阶段将要求持续创新,并坚定践行可持续发展理念。能源生态系统必须更加灵活、高效、智能,在保证电力可靠供应的同时,助力全球社区在快速变化的时代背景下蓬勃发展。
参考文献
1“Global Energy Perspective 2024”,麦肯锡咨询公司,2025年9月
2ADI的分析,所依据的数字出自“The economic transformation: What would we change in the net-zero transition”一文,麦肯锡咨询公司,2022年1月24日。