基于分布式智慧能源服務(wù)綜合研究

王子洋，于 龍，岳 靚，劉 釗，曹雪瑋

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城南供電分公司，天津 300000）

0 引言

現(xiàn)如今，我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，國(guó)家對(duì)于企業(yè)的節(jié)能減排要求越來(lái)越嚴(yán)格，我們需要面對(duì)的重要課題是將能源生產(chǎn)和消費(fèi)保持可靠性和可持續(xù)性發(fā)展。為此，專(zhuān)家提出因地制宜發(fā)展貼近用戶端的分布式能源的方案，通過(guò)對(duì)智慧能源綜合服務(wù)管理系統(tǒng)基本特征的描述可以發(fā)現(xiàn)，其中MAS采用獨(dú)立Agent通過(guò)相互協(xié)作可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的分布式管理任務(wù)，具有良好的協(xié)調(diào)性和有效性，能夠?yàn)槲磥?lái)的智慧能源綜合服務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 分布式智慧能源服務(wù)的應(yīng)用

1.1 應(yīng)用場(chǎng)景

目前，分布式智慧能源有確定的幾種典型應(yīng)用場(chǎng)景，包括園區(qū)、大用戶、樓宇。首先，未來(lái)社會(huì)能源的主要承載將是園區(qū)的智慧能源項(xiàng)目，如：商業(yè)園區(qū)、工業(yè)園區(qū)、智慧小鎮(zhèn)、孤島等。其次，大用戶的智慧能源項(xiàng)目在企業(yè)內(nèi)部建設(shè)，相對(duì)于園區(qū)的智慧能源項(xiàng)目執(zhí)行周期短、電力障礙小，更加看重項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，致力于為用戶節(jié)省投資成本，如：紅豆集團(tuán)、鋼鐵廠等。最后，樓宇的智慧能源項(xiàng)目，多為商務(wù)辦公樓、醫(yī)院等大型的公用建筑。

1.2 應(yīng)用商業(yè)模式

1.2.1 以規(guī)劃委先導(dǎo)的EPC模式

分布式能源服務(wù)項(xiàng)目存在不同程度的跨界轉(zhuǎn)型的需求，在市場(chǎng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中以規(guī)劃委先導(dǎo)，可以輔助項(xiàng)目合作單位進(jìn)行廠址的選定，為其提供更加全面的分布式智慧能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1.2.2 針對(duì)性咨詢和設(shè)計(jì)模式

通過(guò)在傳統(tǒng)能源領(lǐng)域的長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，掌握和借鑒先進(jìn)的能源存儲(chǔ)、能源生產(chǎn)等技術(shù)，業(yè)務(wù)領(lǐng)域覆蓋能源建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，能夠?yàn)橛脩籼峁┓植际侥茉错?xiàng)目在多個(gè)環(huán)節(jié)的有效解決方案，同時(shí)為企業(yè)提供針對(duì)性的咨詢服務(wù)。

1.2.3 EPC+能源管理模式

分布式智慧能源項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)同時(shí)關(guān)注高載能的大型企業(yè)和中小型的用能企業(yè)，針對(duì)不同用能企業(yè)，從其負(fù)荷需求出發(fā)，制定針對(duì)性的能源方案。

1.3 功能模式分析

分布式智慧能源可以根據(jù)用戶的實(shí)際用能需求，進(jìn)行智能判斷，針對(duì)性的為客戶提供熱電和冷熱電，二者均可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)全天候進(jìn)行自動(dòng)啟停。

1.4 運(yùn)維模式分析

分布式智慧能源可以根據(jù)用戶所在地的氣候特點(diǎn)和用戶的用能習(xí)慣為用戶制定適合的運(yùn)維策略。通過(guò)制定有效的運(yùn)維模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中能源梯級(jí)利用，提升系統(tǒng)的利用率，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

2 分布式智慧能源商業(yè)模式

2.1 節(jié)能效益分享型

節(jié)能效益分享型是指在項(xiàng)目期間內(nèi)，節(jié)能收益由節(jié)能服務(wù)公司和用戶進(jìn)行共同分配的合同類(lèi)型。資金投入在進(jìn)行節(jié)能改造工程之前由雙方提前約定，可以由雙方共同承擔(dān)或節(jié)能公司單方面承擔(dān)，項(xiàng)目建設(shè)完成后，雙方對(duì)節(jié)能總量進(jìn)行確認(rèn)，按合同約定進(jìn)行節(jié)能收益的分配。項(xiàng)目合同期結(jié)束后，節(jié)能公司要將節(jié)能設(shè)備的所有權(quán)無(wú)條件移交給客戶，之后的節(jié)能收益全部歸用戶所有。

2.2 融資租賃型

融資租賃型是指節(jié)能公司將節(jié)能設(shè)備和服務(wù)賣(mài)給融資公司，用戶通過(guò)在融資公司租賃進(jìn)行使用，用戶根據(jù)合同約定定期向融資公司交納租賃費(fèi)用，節(jié)能公司在協(xié)議期內(nèi)要做好節(jié)能量測(cè)量驗(yàn)證和對(duì)能源設(shè)備的升級(jí)改造。項(xiàng)目合同期結(jié)束后，融資公司要將節(jié)能設(shè)備的所有權(quán)無(wú)條件移交給客戶，之后的節(jié)能收益全部歸用戶所有。

2.3 混合型

混合型即指節(jié)能效益分享型和融資租賃型兩者組合形成的合同類(lèi)型。

3 方案設(shè)計(jì)分析

3.1 功能介紹分析

分布式智慧能源管理系統(tǒng)，主要借助先進(jìn)的電子信息技術(shù)，依托互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件和自動(dòng)化技術(shù)的緊密關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)，最終達(dá)到節(jié)省人力、降低成本，簡(jiǎn)化程序，增加服務(wù)內(nèi)容和增加能效的目的。首先，通過(guò)分布式智慧能源系統(tǒng)的普遍應(yīng)用，可以在生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，減少投入成本。其次，能夠有效減少能源設(shè)備的使用率，有效避免了重復(fù)進(jìn)行投資的損失。再次，分布式智慧能源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源以及污染物的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)環(huán)境的作用。最后，對(duì)于能源的使用，實(shí)時(shí)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程管理是未來(lái)大的發(fā)展趨勢(shì)，分布式智慧能源系統(tǒng)的使用可以提升用能體驗(yàn)，為以后的能源使用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其具體功能實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

3.1.1 實(shí)時(shí)全面的能源監(jiān)控功能

平臺(tái)的基礎(chǔ)功能是能夠?qū)崿F(xiàn)有效的能源監(jiān)控，通過(guò)對(duì)“冷熱電氣”橫向貫通、能源“產(chǎn)–輸–儲(chǔ)–用”縱向延伸，實(shí)現(xiàn)可度量的多維實(shí)時(shí)全景能源監(jiān)測(cè)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控能源生產(chǎn)側(cè)和終端消費(fèi)側(cè)的運(yùn)行狀態(tài)，能夠獲取到科學(xué)詳盡的能源數(shù)據(jù)。采用基于地理信息的可視化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)能源的全景實(shí)時(shí)監(jiān)控、企業(yè)/用戶能耗監(jiān)測(cè)、告警預(yù)警等，使企業(yè)能夠?qū)ψ陨淼哪茉聪倪M(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)管，提高對(duì)能源的利用率。

3.1.2 利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)進(jìn)行能源分析

專(zhuān)家技術(shù)團(tuán)隊(duì)依托先進(jìn)的大數(shù)據(jù)以及人工智能技術(shù)，利用在云平臺(tái)上收集的大量能源數(shù)據(jù)信息，呈現(xiàn)出專(zhuān)業(yè)、可視以及智能的能源分析報(bào)告，進(jìn)而開(kāi)展對(duì)企業(yè)能源的智能分析、異常用能情況分析以及區(qū)域能源智能分析，為政府未來(lái)使用能源的智能布局以及長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，最終達(dá)到為用戶減少用能成本以及最大限度提升能源利用效率的目標(biāo)。

3.1.3 通過(guò)能源管理優(yōu)化進(jìn)行能源管理

通過(guò)將區(qū)域內(nèi)的各種能源能行不斷管理優(yōu)化，促進(jìn)各種能源的整合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)各種能源的聯(lián)動(dòng)，呈現(xiàn)區(qū)域內(nèi)微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)構(gòu)建虛擬電廠的方式，代入多能聯(lián)動(dòng)機(jī)制以及市場(chǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制，引發(fā)用戶端對(duì)需求做出響應(yīng)，最終達(dá)到能源互補(bǔ)以及對(duì)能源的梯級(jí)利用。

3.1.4 通過(guò)對(duì)能源的應(yīng)用為客戶提供能源服務(wù)

所謂能源服務(wù)，是指通過(guò)對(duì)能源的有效應(yīng)用，為終端客戶提供多樣化的能源生產(chǎn)以及能源消費(fèi)的服務(wù)。對(duì)于能源的使用，最終的目的是最大化滿足客戶端的需求，切實(shí)提升能源服務(wù)的效率和效益。即從傳統(tǒng)單一售電的能源服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟狻⒗洹岬鹊亩鄻踊哪茉垂?yīng)服務(wù)方式，其中包含能源接入、能源定制以及設(shè)備代維服務(wù)等內(nèi)容。

3.1.5 構(gòu)建能源交易市場(chǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)能源生態(tài)

考慮到用戶的實(shí)際需求要實(shí)現(xiàn)與市場(chǎng)服務(wù)之間需要一定的銜接，因此可以針對(duì)性的創(chuàng)建一個(gè)方便多種能源進(jìn)行交易的市場(chǎng)，以此為平臺(tái)，所有有實(shí)際需求的能源用戶以及能源服務(wù)提供商可以開(kāi)展相關(guān)服務(wù)，能夠滿足能源用戶尋求能源供應(yīng)商、能源供應(yīng)商尋求自己的目標(biāo)客戶的切實(shí)需要。交易市場(chǎng)平臺(tái)可以設(shè)置能源產(chǎn)品展示、能源供應(yīng)商管理、能源最新資訊發(fā)布等相關(guān)功能模塊，為能源用戶和能源供應(yīng)商之間建立起互相銜接的紐帶。

3.2 功能架構(gòu)分析

分布式智慧能源管理系統(tǒng)是將傳統(tǒng)能源行業(yè)和電子信息技術(shù)的有效融和的產(chǎn)物，它實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)整合分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控及問(wèn)題診斷、云端數(shù)據(jù)備份的功能。其功能架構(gòu)主要依據(jù)微服務(wù)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中每一個(gè)獨(dú)立組件通過(guò)接口進(jìn)行不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)讀寫(xiě)以及數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和緩存資源之間的有效使用，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。分布式智慧能源心態(tài)功能架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)資源的靈活組織運(yùn)用、系統(tǒng)功能的反復(fù)利用，能夠快速構(gòu)建起智慧能源的服務(wù)應(yīng)用。

平臺(tái)功能架構(gòu)的設(shè)計(jì)要以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的體系為重要前提，以安全防護(hù)體系作為重要支撐，設(shè)計(jì)成感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層的總體架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部系統(tǒng)的銜接，深度體現(xiàn)功能架構(gòu)可靠易擴(kuò)展的顯著特點(diǎn)，針對(duì)性滿足不同客戶的個(gè)性化需求。分布式智慧能源管理系統(tǒng)總體功能架構(gòu)能夠適配電、氣、冷、熱等的多樣化的能源智能終端系統(tǒng)，完成能源信息的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源系統(tǒng)的智能控制。其中，平臺(tái)層是智慧能源數(shù)據(jù)核心，用以維系智慧能源服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)層主要通過(guò)應(yīng)用多種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備、應(yīng)用平臺(tái)和能源服務(wù)之間的互相聯(lián)通；應(yīng)用層主要依托移動(dòng)終端、大屏幕系統(tǒng)等多樣化的設(shè)備作為系統(tǒng)展現(xiàn)層，為滿足能源消費(fèi)者和能源運(yùn)營(yíng)商的需求而服務(wù)。在平臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，要以國(guó)家行業(yè)規(guī)范為基準(zhǔn)，在平臺(tái)的安全防護(hù)層面上，要采取電力物聯(lián)網(wǎng)的安全防護(hù)措施，為平臺(tái)安全運(yùn)行提供重要保障，在系統(tǒng)集成層面上來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)的有效銜接，實(shí)現(xiàn)能源信息以及服務(wù)的交互作用。

3.3 技術(shù)架構(gòu)分析

分布式智慧能源管理系統(tǒng)主要依據(jù)SG-EA技術(shù)架構(gòu)，采用分布式服務(wù)框架技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和分布式集群的管控能力。采用分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的穩(wěn)步運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，技術(shù)架構(gòu)主要涵蓋服務(wù)層、展示層、協(xié)議層、采集層和存儲(chǔ)層。（1）服務(wù)層和展示層運(yùn)用JSP等先進(jìn)的前臺(tái)開(kāi)發(fā)技術(shù)，對(duì)前臺(tái)功能進(jìn)行分解，使相關(guān)功能更加直觀、淺顯易懂。同時(shí)，展示內(nèi)容可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行個(gè)性化定制，展示畫(huà)面可以依托多媒體設(shè)備進(jìn)行自適應(yīng)展示。（2）采集層主要以分布式設(shè)計(jì)理念和通信采集技術(shù)為依托，可以對(duì)接入的智能用電設(shè)備種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)MQTT通信技術(shù)的有效運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸高并發(fā)、低延時(shí)的目標(biāo)，同時(shí)，采用MQ消息隊(duì)列存儲(chǔ)技術(shù)和通信網(wǎng)關(guān)消息分發(fā)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大量信息高吞吐、可靠重試。（3）存儲(chǔ)層主要是確定一個(gè)主數(shù)據(jù)庫(kù)，再以數(shù)個(gè)從數(shù)據(jù)庫(kù)作為備用數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，主數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)宕機(jī)情況時(shí)，從數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)成為主數(shù)據(jù)庫(kù)，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 分布式智慧能源網(wǎng)的應(yīng)用前景及展望

智慧能源服務(wù)是綜合能源服務(wù)發(fā)展的重大新方向，智慧能源網(wǎng)作為一個(gè)面對(duì)多元終端能源用戶的能源系統(tǒng)，能夠擴(kuò)大分布式能源的接入范圍，促進(jìn)能源的合理優(yōu)化配置，對(duì)于我國(guó)能源的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。分布式智慧能源的發(fā)展離不開(kāi)先進(jìn)的電子信息技術(shù)的支撐，通過(guò)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程遙控技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中無(wú)人值守的狀態(tài)，節(jié)約大量的人力成本。與此同時(shí)，分布式智慧能源網(wǎng)依賴(lài)于能源服務(wù)公司具有系統(tǒng)性和社會(huì)性的能源技術(shù)服務(wù)體系，整個(gè)平臺(tái)集運(yùn)行管理功能于一身，可以為能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。

未來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展以及其在我國(guó)能源領(lǐng)域的應(yīng)用，將為智慧能源提供越來(lái)越多的服務(wù)內(nèi)容，智慧能源服務(wù)市場(chǎng)的需求范圍越來(lái)越大，包括：智慧用能服務(wù)、節(jié)能服務(wù)等。由此可見(jiàn)，未來(lái)智慧能源服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展前景非常可觀。我們還需充分挖掘分布式智慧能源網(wǎng)的可開(kāi)發(fā)潛力，促進(jìn)我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分布式智慧能源服務(wù)的發(fā)展，將為我國(guó)的能源生產(chǎn)行業(yè)、電力行業(yè)以及技術(shù)供應(yīng)等方面帶來(lái)新的繁榮發(fā)展，是能源領(lǐng)域又一次全新的發(fā)展機(jī)遇。