余貽鑫院士：智能電網將催生新技術和商業模式，實現工業革命

　　智能電網能夠以電力和信息的雙向流動性，將通信的優勢引入傳統電網，實現轉型升級。

　　推動實現“雙碳”目標，能源是主戰場，電力是主力軍，新型電力系統則是其中的關鍵載體。隨著新能源裝機規模與綠電滲透率的不斷增長，配電網穩定運行面臨著巨大挑戰。

　　當下，推進新型電力系統下的配電網改造升級已經成為迫切需求。而智能電網能夠以電力和信息的雙向流動性，將通信的優勢引入傳統電網，實現轉型升級。

　　12月14日，在2023新型電力系統與電力電子產業發展論壇上，中國工程院院士、天津大學教授余貽鑫對配電網未來將面對的挑戰與機遇進行了分析，他表示：“設想中的智能電網將像互聯網那樣具有顛覆性，其關鍵目標是像Internet一樣催生新技術和商業模式，實現工業革命!”

　　智能化電網建設正當時

　　配電網是實現能源轉型的重要支撐點，在“雙碳”目標的驅動下，配電網將發生重大變革，其作用比以往任何時候都更加重要。

　　在新的戰略機遇下，新型能源體系建設對配電網向現代化智慧升級提出了更高要求。今年4月，國家能源局印發的《關于加快推進能源數字化智能化發展的若干意見》中提到，以數字化智能化電網支撐新型電力系統建設。

　　作為國內智能電網研究的首倡者，余貽鑫院士在2023新型電力系統與電力電子產業發展論壇上提到，現在的配電系統仍面臨多方面的挑戰。

　　具體來講，一是電力負荷需求增長快，二是電力需要保持高的和不同的可靠性，三是需要具有容許接入分布式電源的靈活性，四是高成本、低使用系數的問題，五是需要滿足市區和社區的環境、健康和安全需要，六是建設場地的獲取問題。

　　眾所周知，我國傳統電力系統的資產利用率是不高的。余貽鑫提到，利用率不高說明余量大，余量大說明可靠。“但是我國電力資產的利用率和可靠性均不高，這說明我們的電網需要更高的智能化。”

　　智能電網的特點是電力和信息的雙向流動性，以便建立一個高度自動化的和廣泛分布的能量交換網絡。為了實時地交換信息和達到設備層次上近乎瞬時的供需平衡，把通信的優勢引入電網。

　　提及當前的電網和智能電網的區別和差距時，余貽鑫表示，電網重點就是一張電力網，但是未來的智能電網是兩張網：一張電力網、一張通信網。“從最基礎的電力設施開始就有智能代理，通信網和電力網就結合起來了，而電力網實現這件事情的手段是通過高級量測體系的建立，就是安裝智能電表之后應該把通信體系完善起來。”

　　“相關數據表示，我國已經裝了4億-5億塊智能電表。雖然通信提升了，但還有不少地方通信提升得不夠。”余貽鑫表示，智能電表還不能完全獲得其安裝后所需要獲得的效益。不過，智能電網會把大量的監視(運行狀態和設備健康的)傳感器連接到一個安全的通信網上，實現其近乎實時的可觀性。

　　而集成的能量與通信體系則通過創建高級電表和電力公司業務系統之間的雙向通信網絡(AMI)，完善了電力通信系統的“最后一公里”。

　　技術創新驅動配電網智慧升級

　　縱觀當前電網，“源-網-荷-儲”各個環節都發生了巨大的變化。

　　國家能源局印發的《關于加快推進能源數字化智能化發展的若干意見》提出，到2030年，能源系統各環節數字化智能化創新應用體系初步構筑、數據要素潛能充分激活，一批制約能源數字化智能化發展的共性關鍵技術取得突破。

　　本次論壇上，余貽鑫介紹了智能配電網的主要技術。他提到，在智能電網技術組成中，靈活的電力網絡拓撲與魯棒的信息和通信技術的集成，是最基礎的基礎設施。

　　余貽鑫表示，在建設智能電網時，首先要建設一個靈活的電力網絡拓撲。“只是目前關于未來城市配電網的典型網絡拓撲結構還不夠清晰，可供參考的有多分段、多聯絡，既可以提高可靠性，也可以提高設備利用率。”

　　此外，在構建智能電網工程之前，要建立一個強大的信息通信網絡。余貽鑫表示，目前DERs、負荷和電力公司之間缺乏適當通信是妨礙DERs大規模整合和AMI功能發揮的一個主要因素。

　　而在高級配電管理中，則需要注意，智能配電網管理是著力于最大限度地提高配電系統饋線、變壓器和其他組件的性能，并將其與輸電系統和客戶運行相集成。

　　在數字化的浪潮下，數字孿生新技術與國民經濟各產業融合不斷深化，引發了業界的廣泛關注。如今，數字孿生技術在電力行業的應用也越來越普遍。

　　余貽鑫提到，盡管數字孿生在我國推廣的很快，但其背后的關鍵技術并沒有得到更多的重視，他呼吁從業者抓住背后的關鍵技術——配電快速仿真與建模。

　　他表示，配電快速仿真與建模是智能電網運行的核心軟件，其中包括風險評估、自愈控制。“自愈控制是第四次工業革命智能化中很重要的組成部分。智能化的特點是有自調節能力、自恢復能力等等，所以電網要有自愈的能力，它也具有優化的功能，能為智能電網提供數字支持和預測分析能力。”

　　隨著智能電網的發展，高級量測體系、需求響應以及大量的分布式電源和電動汽車的部署，高級配電自動化對于整個電力系統高效可靠地運行變得越來越重要。

　　余貽鑫表示，高級配電自動化用于電力交換系統，它將使用電力電子技術、信息技術、分布式計算和仿真等方面的技術，因此高級配電自動化創建未來的城市電網或者智能配電網。

　　除此，余貽鑫還介紹了其他智能配電網的主要技術組成，比如用戶側系統的需求響應(用戶適應電網的能力，幫助電網塑造負荷曲線和削峰填谷)、直接負荷控制、能效管理以及商業及客戶服務，包括智能家居和數據服務;應用和未來服務中包括的實時電力市場等等。

　　當前，推進電力數據開放共享、釋放電力數據更大價值已成為行業發展共識。

　　余貽鑫直言，任何智能電網的命脈都是用以驅動應用的數據和信息。“電力系統任一層，從用戶計量到配電、輸電、發電和市場運營，所收集到的數據都可能同其他層運行的改善相關。所以以適時的方式與那些需要使用或有權了解數據的參與者共享數據，并達到實時是智能電網的基本要素。”

　　論壇上，余貽鑫提到了其團隊研制的非侵入式的戶內設備功率分解裝置。他說：“這是為用戶提供的，但現在有的電力公司裝了以后把數據握在自己手里，并沒有進行數據共享。”他建議電力公司應該盡早著手研究相關事宜，畢竟這關系著數據安全，是不可回避的問題。

　　新工業革命的強勁引擎

　　2011年，美國學者杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在其著作《第三次工業革命》中預言，以新能源技術和信息技術的深入結合為特征，一種新的能源利用體系即將出現。他將他所設想的這一新的能源體系命名為能源互聯網(Energy Internet)。

　　里夫金說：人類社會必將邁進一個新時代，屆時可再生能源和互聯網技術將融合以創造一套強大的新基礎設施。

　　對此，余貽鑫表示：“當時里夫金說的是第三次工業革命，但第三次工業革命的重點是自動化和電力電子。第三次工業革命和第四次工業革命在電網方面連起來了。第四次工業革命的重點是智能化，智能電網是其中的一個重要組成部分。”

　　在里夫金能源互聯網的構想中，他表示：在這一愿景中，數以億計的人們會從他們家中、辦公室和工廠的可再生能源中生產綠色能源，并在“能源互聯網”中彼此分享，就像現在我們在線創造和分享信息。通過部署各種儲能技術，能量將本地存儲在每一棟建筑和整個基礎設施中。而且，交通車輛將轉變成電動的和燃料電池汽車。

　　正如里夫金的構想，建設智能電網的過程，也是催生新技術和商業模式的過程。談及未來的新業態，余貽鑫表示，與智能電網相關的技術非常之廣，可以分為三類，即智能電網技術、電網可帶動的技術和為智能電網創建平臺的技術。

　　其中，電網可以帶動的技術包括風力發電機組、插電式的電動汽車、光伏發電裝置、綠色節能建筑和智能家電。余貽鑫用“范圍非常之巨大、市場非常之廣泛”來形容這類技術。

　　智能電網創新平臺的技術包括綜合的通信技術、傳感和計量技術、高級的組件，其中包括超導技術、儲能技術、電力電子技術和診斷技術。

　　提及智能電網的目標，余貽鑫表示：“設想中的智能電網將像互聯網那樣具有顛覆性，它將改變人們的生活和工作方式，并激勵類似的變革，其關鍵目標是像Internet一樣催生新技術和商業模式，實現工業革命。”