基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的分布式能源智慧云平臺(tái)構(gòu)建

狄廣義

（國(guó)能信息技術(shù)有限公司 北京市 100011）

隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，科技能改變很多事情，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，推動(dòng)國(guó)家的實(shí)力進(jìn)步，科技強(qiáng)國(guó)，但是有關(guān)于能源的消耗始終是一個(gè)難題，為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，在引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的同時(shí)兼顧能源的可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在實(shí)行以改革創(chuàng)新為核心，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為主要的輔助手段，發(fā)展智能化的、低碳環(huán)保的新能源系統(tǒng)，即現(xiàn)在的“互聯(lián)網(wǎng)+”與分布式能源的結(jié)合，此體系有助于推動(dòng)能源市場(chǎng)的開(kāi)放，同時(shí)促進(jìn)能源與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，推進(jìn)能源革命，實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)變。

1 研究背景

1.1 分布式能源

現(xiàn)在大多數(shù)能源系統(tǒng)的主要目的是把一次性能源（例如煤、天然氣、可再生能源等）轉(zhuǎn)換成用戶(hù)需要的能源服務(wù)（供熱、供冷、供電）等等。所以其系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題有兩個(gè)，即為怎樣把能源運(yùn)到需要的地方，以及怎樣完成高效的能源轉(zhuǎn)化。

比如用煤發(fā)電，現(xiàn)在發(fā)電的效率可以高達(dá)42%，但用火車(chē)或船運(yùn)煤，費(fèi)用就很高，發(fā)出電來(lái)之后的電網(wǎng)線損，也是不可忽略的損耗。發(fā)電的損耗，和能量傳輸?shù)膿p耗，有的時(shí)候是一個(gè)此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，發(fā)電規(guī)模越大，轉(zhuǎn)化效率越高，但距離負(fù)荷中心越遠(yuǎn)，傳輸損耗越大。所以發(fā)電廠建在哪里，是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。用煤發(fā)電的時(shí)候，對(duì)規(guī)模的要求很?chē)?yán)格，所以現(xiàn)代的燃煤電站越來(lái)越大，越來(lái)越集中，越來(lái)越靠近煤產(chǎn)地。在上個(gè)世紀(jì)的能源系統(tǒng)，基本趨勢(shì)是越來(lái)越集中。

雖然在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)里，集中式的能源系統(tǒng)仍將是主要的電力來(lái)源，但分布式能源系統(tǒng)將會(huì)極快地增長(zhǎng)。一方面由于不同企業(yè)或用戶(hù)的能源需求越來(lái)越個(gè)性化，另一方面，能源安全供應(yīng)的問(wèn)題將會(huì)上升到一個(gè)前所未有的地位。而相對(duì)于其他的能源解決辦法來(lái)說(shuō)，分布式能源系統(tǒng)的可操作性更強(qiáng)，也更符合當(dāng)今企業(yè)的能源需求。

當(dāng)然，科技的發(fā)展從未停止，全世界的科學(xué)家仍然在尋找一種更理想的未來(lái)能源。發(fā)展未來(lái)能源，會(huì)改變我們現(xiàn)在的生活方式，甚至改變我們對(duì)于能源和這個(gè)世界的觀念。

促進(jìn)分布式能源發(fā)展的原因主要有兩個(gè)：

（1）天然氣的大規(guī)模應(yīng)用，與煤相比，天然氣是個(gè)異類(lèi)，它可以用管道低成本低輸送，可以用不算太低的效率（33%-38%）進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，所以可以緊貼負(fù)荷使用地進(jìn)行轉(zhuǎn)化。

（2）可再生能源的廣泛應(yīng)用，隨著低碳環(huán)保的盛行，能源的利用率得到了有效的提升，可再生能源，包括太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能等，是天然分布在地球表面各個(gè)地方的，低密度的。例如太陽(yáng)能光伏板，效率跟規(guī)模沒(méi)有很大關(guān)系，所以也是以分布式的為主。

但可再生能源發(fā)電，主要的問(wèn)題是它是不可控的，風(fēng)是忽大忽小的，太陽(yáng)光也不是穩(wěn)定的，一片云飄過(guò)，發(fā)電量就會(huì)有一個(gè)大的波動(dòng)。所以，對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，這樣的能源就是一種“劣質(zhì)的”能源。會(huì)對(duì)原有的電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)擾動(dòng)和沖擊。所以原有的電力系統(tǒng)就必須加以改造，才能適應(yīng)新形式。基本思想是分片管理，把原有的大網(wǎng)，拆成主干網(wǎng)和一個(gè)一個(gè)的小網(wǎng)，把波動(dòng)約束在小網(wǎng)里，加上一些智能化的裝備，對(duì)波動(dòng)進(jìn)行管理，利用"多能互補(bǔ)"、"削峰填谷"等措施，確保小網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。這就是現(xiàn)在分布式能源系統(tǒng)的雛形了。

1.2 智慧能源云平臺(tái)的發(fā)展

智慧能源是相對(duì)原始、粗放的能源管理來(lái)說(shuō)的。其主要特點(diǎn)就是運(yùn)用高新軟件技術(shù)對(duì)水、電、氣、熱、油等能源進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集及監(jiān)測(cè)、用能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、能耗分類(lèi)分項(xiàng)分戶(hù)計(jì)量。智慧能源管理系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑、交通、城鄉(xiāng)配電網(wǎng)及工業(yè)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)能源分布式監(jiān)控與集中管理，為提高能源自動(dòng)化管理水平、降低能源消耗、提高能源使用效率提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+”分布式能源智慧云平臺(tái)構(gòu)建研究

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

智慧能源云平臺(tái)主要是通過(guò)能源的各類(lèi)數(shù)據(jù)的采集，對(duì)其進(jìn)行精細(xì)化的管控，同時(shí)對(duì)能耗進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)各區(qū)域的能源進(jìn)行分析，對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，達(dá)到分布式能源管理的目的，從根本上保障能源的可持續(xù)發(fā)展以及區(qū)域的低碳環(huán)保性。智慧能源云平臺(tái)主要分為三層平臺(tái)架構(gòu)：云端智慧能源平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)智慧管控中心還有現(xiàn)場(chǎng)自控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)9個(gè)能力的建設(shè)：可以適應(yīng)于不同物理網(wǎng)架的能力、全景感知能力、即插即用能力、協(xié)調(diào)控制能力、靈活部署能力、彈性擴(kuò)展能力、低成本共識(shí)能力、跨區(qū)交易結(jié)算能力以及安全防護(hù)能力。

2.2 平臺(tái)架構(gòu)

2.2.1 物理資源層

物理資源層包括服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)的物理資源，一般建議選擇適合于ServerSAN架構(gòu)的設(shè)備，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別具備計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的能力，進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.2.2 資源虛擬化層

虛擬化是云計(jì)算平臺(tái)的核心技術(shù)之一，即包含服務(wù)器虛擬化技術(shù)、存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，這樣才能從底層更好地支持上層云服務(wù)。計(jì)算虛擬化采用業(yè)界廣泛使用的KVM技術(shù)；存儲(chǔ)虛擬化采用Ceph技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)虛擬化支持多種標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)隔離技術(shù)：FLAT、VLAN、GRE、VXLAN，使得租戶(hù)可在平臺(tái)界面上可視化快速組建彈性復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

2.2.3 云服務(wù)管理層

三層架構(gòu)里的主要核心是云服務(wù)管理層。云計(jì)算平臺(tái)可以自動(dòng)管理和動(dòng)態(tài)分配、部署、配置、重新配置以及回收資源，也可以自動(dòng)安裝部署應(yīng)用。平臺(tái)可以為用戶(hù)提供自助申請(qǐng)?zhí)摂M資源的服務(wù)，用戶(hù)可以定義虛擬環(huán)境的虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)的構(gòu)成，如服務(wù)器配置、數(shù)量，存儲(chǔ)類(lèi)型和大小，網(wǎng)絡(luò)配置等。云平臺(tái)使用者可通過(guò)自服務(wù)界面提交請(qǐng)求，每個(gè)請(qǐng)求的生命周期由平臺(tái)維護(hù)。

2.3 在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立智能網(wǎng)絡(luò)，對(duì)接分布式能源

分布式能源作為世界能源發(fā)展的新方向，被引進(jìn)國(guó)內(nèi)已有十余年，其能源利用率高、耗能少，并且對(duì)環(huán)境影響少，能源安全可靠，是我國(guó)堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。現(xiàn)在隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛升，使得網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各種數(shù)據(jù)、設(shè)施參數(shù)等成為可能。

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能量可以在任何時(shí)間訪問(wèn)，無(wú)處不在，到處都是通過(guò)豐富的標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議和接口，這是一個(gè)重要手段，促進(jìn)大規(guī)模分布式能源的接入，督促微小型能源發(fā)電的方法，為用戶(hù)提供了更清潔的能源。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議、信息安全接入、物聯(lián)網(wǎng)等普適能源接入的核心技術(shù)，構(gòu)建智能普適能源網(wǎng)絡(luò)，支持分布式能源的靈活接入。

現(xiàn)在主要的研究及應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源的集成與管理、海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與管理以及海量數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與管理。

2.4 互聯(lián)網(wǎng)+分布式能源的創(chuàng)新發(fā)展模式

（1）首先是有關(guān)于分布式電站的建設(shè)，這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，設(shè)計(jì)好圖紙之后要進(jìn)行選址，然后施工，整個(gè)工程包括整個(gè)工程中的監(jiān)控都需要借助互聯(lián)網(wǎng)工機(jī)具的幫助，才能得到最優(yōu)方案。

從整個(gè)過(guò)程來(lái)進(jìn)行敘述分析，首先是在建設(shè)之前做大量的調(diào)查，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合，之后再綜合評(píng)估出所選地址的陽(yáng)光、氣候等自然條件。為將來(lái)得出最優(yōu)的方案提供理論依據(jù)。其次是有關(guān)于縮減開(kāi)資的，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)配即可得到優(yōu)質(zhì)的資源，同時(shí)在建設(shè)管理當(dāng)中，可以通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、平臺(tái)、找到最優(yōu)質(zhì)的機(jī)器，同時(shí)在網(wǎng)上找到相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，找到最合適的廠商。對(duì)資源的選取利用都是通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行的，可以最大限度地節(jié)省人力物力，同時(shí)有效利用了投資，節(jié)省成本。其另外一大優(yōu)勢(shì)是，可以省去投標(biāo)和廠商比較等中間環(huán)節(jié)。正式使用的時(shí)候，后臺(tái)還能對(duì)天氣進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，做好大數(shù)據(jù)的比較，提前拿出比較優(yōu)異的實(shí)施方案，極大地提升了其智能化的程度。

（2）現(xiàn)在我國(guó)在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展上主要突出電氣化，因?yàn)楦鶕?jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，電氣化加速對(duì)于能源的需求總量較少，可以有效節(jié)約資源，并且方便有效地進(jìn)行減排措施。在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，電能消費(fèi)模式如今趨向于智能化、網(wǎng)絡(luò)化。隨著分布式綠色能源與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合，智能電網(wǎng)的發(fā)展，在電能生產(chǎn)方面，用戶(hù)兼顧消費(fèi)者的同時(shí)扮演者供應(yīng)者的角色，用戶(hù)端智能化用能、能源共享和能源在線交易需要形成新的能源消費(fèi)生態(tài)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)模式。與此同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)與分布式能源的深度融合以及新能源體系的誕生，電力服務(wù)也將在內(nèi)容和形式有新的變化，構(gòu)建推動(dòng)電力經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新業(yè)態(tài)。基于互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的能源消費(fèi)新模式與技術(shù)革新將對(duì)電網(wǎng)發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。如何解決高污染高排放是業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)，同時(shí)還需要保證新能源的有效利用。

2.5 互聯(lián)網(wǎng)+分布式能源

2.5.1 云平臺(tái)架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

有關(guān)于云平臺(tái)架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩部分，一個(gè)是云平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架，一個(gè)是云平臺(tái)數(shù)據(jù)構(gòu)架設(shè)計(jì)。

云平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)數(shù)據(jù)的流向進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，分為四層：數(shù)據(jù)采集層，數(shù)據(jù)傳輸層，數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)層及顯示還有數(shù)據(jù)展示層。

云平臺(tái)數(shù)據(jù)構(gòu)架設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇上主要綜合開(kāi)放性、安全性等性能進(jìn)行考慮，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目中所需的數(shù)據(jù)處理分析預(yù)測(cè)等要求，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和完整性，有效對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理。

2.5.2 安全防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）增加防護(hù)類(lèi)的安全組件，例如設(shè)置白名單安全機(jī)制、工業(yè)防火墻等。

白名單機(jī)制即只能訪問(wèn)特定網(wǎng)站或域名，不在白名單內(nèi)的均無(wú)法訪問(wèn)。此機(jī)制比黑名單簡(jiǎn)單。網(wǎng)絡(luò)上有很多不法分子，有很多危險(xiǎn)，就像世界上有很多壞人，把他們完全找不出幾乎不可能。但是反其道而行之，找出周?chē)鷰讉€(gè)好人并信任他們，相對(duì)來(lái)說(shuō)更容易，并且更加安全，如果有員工無(wú)法訪問(wèn)某些業(yè)務(wù)，自然會(huì)進(jìn)行申請(qǐng)，申請(qǐng)通過(guò)加入白名單列表即可。但潛伏的壞人卻無(wú)法提交申請(qǐng)進(jìn)入“白名單”列表而被擋在門(mén)外。

工業(yè)防火墻則被認(rèn)為是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全中必不可少的部分，主要用于保護(hù)工業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)。

（2）增加檢測(cè)類(lèi)的安全組件，例如安裝漏洞掃描軟件，安裝安全檢測(cè)審計(jì)系統(tǒng)等。

漏洞掃描軟件可以識(shí)別工控設(shè)備的安全威脅，實(shí)施漏洞挖掘和預(yù)警等。

安全檢測(cè)審計(jì)系統(tǒng)就像是服務(wù)器的“哨兵”，可以對(duì)服務(wù)器進(jìn)行信息收集、日志收集（一般是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）、訪問(wèn)控制調(diào)查等，然后根據(jù)收集到的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探索到網(wǎng)絡(luò)異常、黑客攻擊等安全威脅。

2.5.3 主要特點(diǎn)

智慧能源云平臺(tái)可以讓系統(tǒng)認(rèn)清自己，通過(guò)對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、對(duì)比，全面掌握運(yùn)營(yíng)情況，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)行智能運(yùn)營(yíng)；可以對(duì)項(xiàng)目的利潤(rùn)和成本進(jìn)行分析，有效為企業(yè)服務(wù)，節(jié)約企業(yè)成本，同時(shí)對(duì)企業(yè)的各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行管控；可以實(shí)現(xiàn)資源的調(diào)動(dòng)，推動(dòng)智慧城市的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠色低碳能源信息社會(huì)化共享。

3 展望與小結(jié)

我國(guó)現(xiàn)在的能源發(fā)展模式是“高生產(chǎn)高消耗”，而且能源是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)，是生產(chǎn)的基本要素，能源經(jīng)濟(jì)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)呈正相關(guān)關(guān)系。能源供應(yīng)與終端需求之間的滯后性，又決定了能源是典型的周期性行業(yè)。現(xiàn)階段，我國(guó)能源伴隨經(jīng)濟(jì)升級(jí)換擋，也在向綠色、高效轉(zhuǎn)型。基于互聯(lián)網(wǎng)+的分布式能源智慧云平臺(tái)就是一個(gè)很好的例子，雖然現(xiàn)在此技術(shù)還存在一定的技術(shù)瓶頸，但是相信通過(guò)眾多研究人士的努力，能更好地推動(dòng)智慧能源云平臺(tái)的發(fā)展。