构建企业级能源互联网挖掘大数据中的无限潜能

常 凯 李曼洁

上海安悦节能技术有限公司

能源互联网是近年来能源领域迅速发展的信息技术，获得了国家的大力扶持，而且得到众多投资公司的青睐。随着生产企业在加工制造智能化的不断进步，企业在能源管理上的需求也越来越大。与此同时，世界进入信息时代后，各种与能源互联网相关的技术在不断突破和完善，为能源互联网的发展提供了现实可实施性。但不可否认，目前能源互联网技术的应用仍处在初级探索阶段，需要不断积累实际经验挖掘其中的无限潜能。

1 能源互联网

1.1 能源互联网基本概念与结构

（1）能源互联网基本概念

“能源互联网”的概念最初由美国著名学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中提出。他指出，历史上新型通信技术与新型能源系统的结合，往往预示着重大的经济转型时代的来临。这是因为新能源技术的出现，推动人类文明向着更为复杂的方向发展，而更为复杂的文明需以先进的新型通信技术为媒介来对其进行处理和整合。未来，人们将在家庭、办公室、工厂生产各自的绿色能源，然后在“能源互联网”上互相分享交易，如同现今人们在网上发布、分享消息。能源互联网类似于信息互联网，能通过互联的方式收集所有生产的能量信息（包括能量的产生、供应和消耗），且对信息进行及时整合、分析、反馈，最后根据需求予以个性化的选择控制。能源互联网将使世界能源生产最优配置成为可能，降低能源生产成本，促进能源技术更新，避免能源浪费。

（2）能源互联网结构

未来能源互联网的结构，以储能、优化、分析管理为核心，结合多种可再生能源、生物能源、化石能源的供应和消耗，整合工业耗能与家庭耗能。通过核心的优化分析管理模块，实现能源的多能互补，使整个能源供应链可靠性得到大幅度提升，甚至通过能源信息进一步完成能源商品化交易（见图1）。

图1 未来能源互联网的结构

图2 世界煤炭、石油、天然气分布示意图

1.2 发展能源互联网的重要性

工业革命以后，人类的生活和生产对化石能源的依赖性越来越强。虽然全球的能源发展从煤炭时代、油气时代发展到电气时代，电力作为二次能源也以清洁、高效的特性成了现代社会的主要用能方式，但发电过程仍然依赖于化石能源。与此同时，化石能源在全球的分布非常不均衡。煤炭资源95%分布在欧洲、亚欧大陆、亚太地区及北美地区，石油资源80%分布在中东、北美和中南美，天然气资源70%以上分布在欧洲、欧亚大陆及中东地区（见图2）。[1]

能源资源分布的不均衡、劣质煤炭资源带来的巨大环境污染及全球的气候变化，给全球人类生存发展埋下了无法忽视的隐患。新的分布式能源的发展由于其分散性、不稳定性，给电网的可靠性提出了新的挑战。发展能源互联网技术，能从信息的角度优化能源配置。

1.3 国内能源互联网技术发展迅速

随着物联网、数据传输、数据处理、机器学习算法等技术的价值不断被挖掘，国内能源互联网的建设在国家的大力支持下，短短三年内得到了迅猛的发展。

2016年2月29日，国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合制定发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》。提出，能源互联网建设近中期将分为两个阶段推进：先期开展试点示范，后续进行推广应用，并明确了10大重点任务[3]。2016～2018年，着力推进能源互联网试点示范工作，建成一批不同类型、不同规模的试点示范项目。2019～2025年，着力推进能源互联网多元化、规模化发展，初步建成能源互联网产业体系，形成较为完备的技术及标准体系并推动实现国际化。

2017年7月，国家能源局正式公布北京延庆能源互联网综合示范区、崇明能源互联网综合示范项目等的首批55个“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目，中国能源互联网进入实操阶段。

期间，中国国家电网发起并成立《全球能源互联网发展合作组织》并发表了《全球能源互联网发展战略白皮书》，提出发展能源互联网的核心任务是：“两个替代”，“一个回归”，和“一个提高”。“两个替代”主要指能源的清洁替代，以太阳能、风能、水能等清洁能源替代化石能源；能源消费实施电能替代，以电代煤、以电代油、以电代气，根本解决对化石能源的依赖。“一个回归”主要指让化石能源回归它最基本的属性，即是作为工业原材料使用，为经济社会发展创造更大价值。“一个提高”指提高整体社会的电气化水平，增大电能在能源消费中的比重，在保障用能需求的前提下降低能源消费量。

2 构建企业级能源互联网

能源互联网技术将给现有的能源结构带来革命性的改变，对作为用能主体的企业来说，如何抓住改革带来的机遇，利用能源互联网解决能源痛点问题，成了企业的重要任务，随着分布式能源的飞速发展，不少企业已从原来单纯的用电体变为用电与发电的组合体，新的模式出现意味着原有的能源管理体系急需改进和优化。

2.1 企业面临的能源管理痛点

（1）能源信息管理存在“三缺乏”

不同的企业对于能源的需求总量不同、类型不同，但在能源管理工作中面临的痛点却有相似之处。归纳来说，企业在处理能源信息上存在“三缺乏”：数据收集能力缺乏；数据分析能力缺乏；数据应用能力缺乏。许多企业不具备完整的数据采集系统、数据传输系统和数据存储系统。部分企业虽已具备完整数据采集能力，但有的面临着海量数据不知如何分析处理的难题。有的有了数据收集能力和数据分析能力，但面临如何应用数据的问题（见图3）。

（2）能源工作的5个痛点

经整理分析，当前企业能源工作存在5个痛点：

1）生产企业许多用能设备实际效率低下。当前生产企业的空调冷冻机组、空压机等用能设备进行会因生产需求不同而变化，需专业员工及时进行调整和管理，但因大型企业设备数量巨大，管理人员无法实时对设备运行情况进行实时监控和调整，影响了设备的用能效率。同时，许多用能设备的运行效率与温度、压力、湿度等有关。但目前企业有关设备多数情况下都按同一控制逻辑运行，导致在全年的大部分时间设备都没有处于最佳效率，浪费了大量的电能。

图3 空调设备节能潜力

2）不能根据不同能源特点对能源进行高效利用。不同能源的品位不同，获取成本有高有低，能源供给特点也不同，如果将高品位高成本的能源应用于低品位的应用场景，则是对能源的低效利用和浪费。如果企业能实现能源的梯级利用，就能使高品位和低品位的能源都得到充分利用，从整体上达到节能的效果。

3）缺乏适合企业的能耗分析方法。正确科学的能源分析能通过现有数据预测未来能耗走向。准确的预测能力既可以帮助企业参与能源相关政策贯彻（如电力交易），又可以帮助企业根据预测的趋势，灵活调整现有生产和能耗水平。

4）不能在多能模式下实现良好的用能调度。随着分布式能源进一步推广和用能成本的提高，部分制造类企业开始探索新的用能模式，其中一个就是建立分布式清洁能源，在需要的时候解决企业的部分用能需求，减少企业从电网上获取的用电量。然而随着用能结构和模式的改变，多种能源之间不能及时进行，造成部分的能源浪费。

5）能耗水平考核滞后。能源水平的考核可将节能降耗的目标分解落实到每一条生产线、每一个生产者，以进一步推进企业的节能降耗。但能耗的考核影响因素众多、复杂、多变、难以量化，目前简单的考核标准无法解决这些问题。

2.2 能源互联网最新相关技术

在构建企业级能源互联网的过程中，应使用“三项技术”：数据的采集技术、数据传输技术和数据分析技术。

（1）数据采集技术。该技术的核心是传感器，其可靠性和精度决定数据的可用性。在生产过程中，需实时对某些物理特性进行监控和分析，常用的传感器包括温度传感器、压力传感器和湿度传感器；对加工设备进行检测和数据记录，可使用加速度计、振动分析仪等对车床、机床等进行工况记录；超声波传感器对进料的位置进行采集；类似红外热成像摄像机等设备可通过图像实现实时预警；对于危废处理相关的过程，许多气体的传感器也占有重要的位置。

（2）数据传输技术。目前可按照“有线”与“无线”分为两大类。其中有线传输技术在工业上应用最多的是RS 485串行、RS 232、以太网、光纤。无线数据传输技术分为公网传输和专网传输，公网包括现行的4G以及开发中的5G，专网包括WiFi、Zigbee、MDS数传电台、蓝牙、UWB、NFC等。企业在选择数据传输技术时，应深入考虑两者的优缺点，无线数据传输有良好的灵活性和扩展性，安装方便、改线容易，但传输过程中电磁波易受干扰，容易丢失数据，带宽也较窄，传输的数据量有限；有线传输非常稳定、安全、速度也更快，对于数据采集频度高的企业可保证数据传输稳定性好。

（3）数据分析技术。目前大数据分析算法已在消费品企业、金融企业、贸易企业等行业大规模利用，通过大数据可分析不同消费者间的购买行为，为广告公司精准定位目标客户。借鉴其他行业的大数据分析经验，结合能耗型企业的数据特点，建立个性化应成为建立企业级能源互联网的核心目标。目前通用的大数据分析算法，例如BP神经网络算法、多元逐步线性回归算法、支持向量机预测算法等，都有它们擅长处理的数据类型，都能针对某一类数据问题进行分析和建模。通过文献资料研究，BP神经网络算法在传统的钢铁、制造行业都有很好的应用潜力。

有了以上的三种技术，企业需将数据采集技术与数据传输技术结合，共同辅助和支持数据分析技术的发展，从而帮助企业解决上述章节提到的五个痛点问题。

3 小结

能源互联网的提出与将要颠覆性改变人类社会对能源的理解，能源互联网技术不仅能在不同层级整合能源使用情况，分类实时监控最新能耗情况，更能智能分析物理数据、建立分析方法、根据用户需要提供优化及改进建议。

企业级的能源互联网仍在初级探索阶段，面临的难题和挑战很多，需我们克服困难、加强合作，结合企业实际努力探索与实践，以推进企业智能化管理及能源互联网的应用不断深化。

参考资料

1.《全球能源互联网》，刘振亚著，中国电力出版社

2.《全球能源互联网发展战略白皮书》，全球能源互联网发展合作组织

3.http://www.gov.cn/xinwen/2016-03/01/content_5047591.htm，我国明确能源互联网建设10大重点

上海市节能监察中心开展能源利用状况报告和温室气体排放报告专题培训

近日，上海市节能监察中心在花园坊节能产业园举办了2017年度《能源利用状况报告》、《温室气体排放报告》和2018年《节能月报》编制及填报专题培训班，全市各重点用能单位共500余名能源管理人员参加了培训。根据《中华人民共和国节约能源法》、《上海市节约能源条例》、《上海市碳排放管理试行办法》等法律法规要求，各重点用能单位应于本年度3月31日前将上年度本单位《能源利用状况报告》、《温室气体排放报告》上报市节能监察中心，报告的内容将作为各重点用能单位节能降耗考核和开展碳排放交易工作的量化标准依据、上海市制定和落实节能政策措施的重要决策参考。通过本次培训，规范了各重点用能单位对报告的填报流程和填报方式，提高了编写效率和质量，提升了重点用能单位科学用能、有效节能水平。

（周长丰）