智能用電技術(shù)路線(xiàn)圖規(guī)劃與技術(shù)評(píng)估跟蹤管理

沈 瑜， 岳園園， 張一戈， 袁靜偉， 石懷德， 郭炳慶

(1. 電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 清華大學(xué)電機(jī)系， 北京 100084;2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院， 北京 100192)

智能用電技術(shù)路線(xiàn)圖規(guī)劃與技術(shù)評(píng)估跟蹤管理

沈 瑜1， 岳園園1， 張一戈1， 袁靜偉2， 石懷德2， 郭炳慶2

(1. 電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 清華大學(xué)電機(jī)系， 北京 100084;2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院， 北京 100192)

智能用電是我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，近年來(lái)得到了廣泛的理論研究與實(shí)踐探索。智能用電相關(guān)技術(shù)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，技術(shù)方向繁多，甄別出需要重點(diǎn)關(guān)注及追蹤發(fā)展的技術(shù)具有重要意義。本文研究智能用電技術(shù)路線(xiàn)圖規(guī)劃與技術(shù)評(píng)估跟蹤管理方法，在構(gòu)建智能用電技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)的基礎(chǔ)上，基于技術(shù)生命周期理論及引文分析法對(duì)技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)中的技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估，進(jìn)而分析相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，識(shí)別關(guān)鍵使能技術(shù)，從而繪制智能用電技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖，并給出智能用電技術(shù)管理的若干建議。

智能用電； 技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖； 生命周期理論； 引文分析法

1 引言

當(dāng)前，以電為中心、以能源大規(guī)模利用為特征、以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)平臺(tái)的新一輪能源變革正在全世界范圍內(nèi)蓬勃興起[1,2]。智能用電作為構(gòu)建智能電網(wǎng)中與用戶(hù)聯(lián)系最為緊密的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到用戶(hù)電能質(zhì)量、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、能源利用效率和節(jié)能環(huán)保等多方面[2-4]。

智能用電技術(shù)是指：可切實(shí)保障用戶(hù)側(cè)分布式清潔能源及各類(lèi)智能化主動(dòng)性設(shè)備友好接入，全面服務(wù)用戶(hù)差異化用電和多元化供電需求，有力支撐電氣化交通等新型用電方式的發(fā)展與運(yùn)營(yíng)，科學(xué)調(diào)度各類(lèi)需方資源，以技術(shù)、經(jīng)濟(jì)之方式幫助客戶(hù)優(yōu)化用能方式，同時(shí)滿(mǎn)足環(huán)保約束、確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性目的的所有技術(shù)集合。

智能用電技術(shù)載體涵蓋了用戶(hù)側(cè)供用電設(shè)備、分布式發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備的采集、監(jiān)控、分析系統(tǒng)及服務(wù)接口，涉及到高速實(shí)時(shí)通信、智能電能表、智能采集、雙向交互和需求響應(yīng)等多方面的技術(shù)[5-9]，具有顯著的跨學(xué)科、跨行業(yè)特點(diǎn)。

對(duì)于智能用電產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和決策者，明確哪些技術(shù)需要重點(diǎn)跟蹤，并對(duì)其發(fā)展階段進(jìn)行定期的科學(xué)評(píng)估具有重要意義。在技術(shù)規(guī)劃和管理業(yè)務(wù)方面，目前主要采用基于專(zhuān)家的方法進(jìn)行定性分析，依據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)對(duì)未來(lái)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行評(píng)估研判。這類(lèi)方法的缺點(diǎn)在于，專(zhuān)家的認(rèn)知主觀性成分較大，專(zhuān)家之間意見(jiàn)難以統(tǒng)一。本文建立計(jì)算機(jī)輔助分析和結(jié)構(gòu)化德?tīng)柗品ǖ闹悄苡秒娕c需求側(cè)管理技術(shù)評(píng)估模型，將技術(shù)路線(xiàn)圖規(guī)劃思路應(yīng)用于智能用電技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)構(gòu)建與入庫(kù)出庫(kù)篩選管理中。

2 技術(shù)路線(xiàn)圖規(guī)劃思路

技術(shù)路線(xiàn)圖是一種有效的科技決策和管理工具，可以給出產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的大致方向并識(shí)別實(shí)現(xiàn)需求目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)[10-13]。

為了克服專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)參與的不足，本文嘗試將綜合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)的混合分析方法[14]應(yīng)用于智能用電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。具體步驟如下。

(1)通過(guò)專(zhuān)家推薦和計(jì)算機(jī)文獻(xiàn)檢索關(guān)鍵詞，篩選確定路線(xiàn)圖繪制的技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)，對(duì)儲(chǔ)備庫(kù)中潛在技術(shù)進(jìn)行合理評(píng)估和篩選，得到出庫(kù)技術(shù)合集，并考慮智能用電與需求側(cè)管理新技術(shù)的業(yè)務(wù)導(dǎo)入。

(2)基于本產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展規(guī)律和特點(diǎn)，分析典型技術(shù)發(fā)展模式。對(duì)于每個(gè)出庫(kù)技術(shù)，在文獻(xiàn)及專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索其發(fā)文量、專(zhuān)利申請(qǐng)量及引文數(shù)據(jù)，基于技術(shù)生命周期理論對(duì)其進(jìn)行技術(shù)發(fā)展階段及發(fā)展模式評(píng)估，在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)出庫(kù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展走勢(shì)。

(3)基于引文分析理論進(jìn)行不同技術(shù)之間的引文網(wǎng)絡(luò)分析，在預(yù)測(cè)關(guān)鍵使能技術(shù)的發(fā)展時(shí)序基礎(chǔ)上，進(jìn)一步定位其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展時(shí)序，確定各類(lèi)技術(shù)的發(fā)展路線(xiàn)。

(4)繪制可視化效果較強(qiáng)的智能用電技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖，研究技術(shù)創(chuàng)新商業(yè)模式和應(yīng)用模式，給出戰(zhàn)略決策建議。

技術(shù)路線(xiàn)圖整體規(guī)劃思路如圖1所示。

圖1 智能用電技術(shù)路線(xiàn)圖整體規(guī)劃思路Fig.1 Planning guidelines of roadmap of smart power consumption technologies

3 智能用電相關(guān)技術(shù)的跨學(xué)科發(fā)展調(diào)研

智能用電技術(shù)需要與新材料、生物技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等深度有機(jī)融合，智能用電技術(shù)的發(fā)展與材料學(xué)科、化工學(xué)科、通信學(xué)科、物聯(lián)網(wǎng)、信息學(xué)科等密切相關(guān)。智能用電技術(shù)的進(jìn)步建立在這些學(xué)科相關(guān)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上。

經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研，分析了化學(xué)工程、材料、核工程、通信工程、信息工程、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和電力電子7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域、動(dòng)力電池等二十多個(gè)技術(shù)類(lèi)別的一百多個(gè)技術(shù)方向。在此基礎(chǔ)上，形成智能用電的跨學(xué)科發(fā)展調(diào)研潛在技術(shù)合集。智能用電技術(shù)跨學(xué)科調(diào)研內(nèi)容如圖2所示。

圖2 智能用電技術(shù)跨學(xué)科調(diào)研示意圖Fig.2 Diagram of research on other subjects about smart power consumption technologies

4 智能用電新技術(shù)評(píng)估與出庫(kù)

4.1 智能用電新技術(shù)基礎(chǔ)儲(chǔ)備庫(kù)

建立智能用電新技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)，首先需要確定該學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)詞匯。獲得熱點(diǎn)詞匯的手段有兩種：①采用結(jié)構(gòu)化的德?tīng)柗品?，將?zhuān)家意見(jiàn)綜合為智能用電領(lǐng)域相關(guān)熱點(diǎn)詞匯；②計(jì)算機(jī)文獻(xiàn)檢索關(guān)鍵詞獲得熱點(diǎn)詞匯。

在此基礎(chǔ)上，征集專(zhuān)家意見(jiàn)并進(jìn)行匯總整理，并將整理過(guò)的材料再反饋給每位專(zhuān)家。專(zhuān)家們分析判斷，在整理后材料的基礎(chǔ)上提出新的論證意見(jiàn)；如此重復(fù)直到意見(jiàn)逐步趨于一致，篩選出智能用電相關(guān)的新技術(shù)，構(gòu)建智能用電新技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)，具體流程如圖3所示。

4.2 智能用電新技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系

得出新技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)后，為評(píng)估儲(chǔ)備庫(kù)中的各項(xiàng)對(duì)于智能用電新技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)中技術(shù)的政策性、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)性和實(shí)用性等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，從而對(duì)不同的新技術(shù)得出科學(xué)合理的評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果確定出庫(kù)技術(shù)。

新技術(shù)，建立了層次化(包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層)的智能用電新技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 智能用電新技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系

對(duì)于表1中的標(biāo)度設(shè)計(jì)均為5個(gè)等級(jí)，可賦予不同的分值。根據(jù)已有的指標(biāo)評(píng)估體系，采用層次分析法計(jì)算不同指標(biāo)的權(quán)重，綜合形成表格后由專(zhuān)家分析評(píng)價(jià)打分。最后采用加乘法等統(tǒng)計(jì)得分進(jìn)行排序，分析得分情況對(duì)不同技術(shù)做出評(píng)估，形成出庫(kù)技術(shù)的集合。

4.3 智能用電新技術(shù)出庫(kù)合集

在對(duì)智能用電新技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)的每一項(xiàng)技術(shù)逐個(gè)評(píng)估后，按照設(shè)定的出庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，輸出智能用電新技術(shù)出庫(kù)合集。

出庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)：①各技術(shù)類(lèi)別評(píng)分前M名；②綜合評(píng)分前N名。分別滿(mǎn)足這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，則可出庫(kù)進(jìn)行跟蹤。其中，M和N的取值按照產(chǎn)業(yè)發(fā)展跟蹤技術(shù)的能力進(jìn)行設(shè)定。例如擬對(duì)不超過(guò)100項(xiàng)出庫(kù)新技術(shù)進(jìn)行跟蹤，按7個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的20多個(gè)技術(shù)類(lèi)別考慮，則M可設(shè)定為2，N可設(shè)定為50。

初步篩選的出庫(kù)技術(shù)涵蓋智能用電技術(shù)的各個(gè)方面，包括分布式電源、光伏發(fā)電及風(fēng)電功率預(yù)測(cè)、小型核電、分布式電源并網(wǎng)、微電網(wǎng)、電動(dòng)汽車(chē)、動(dòng)力電池、快速充電技術(shù)、無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)、電動(dòng)汽車(chē)有序充電、充換電設(shè)施、電氣化交通、電動(dòng)汽車(chē)參與電網(wǎng)互動(dòng)、電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)營(yíng)模式、電池儲(chǔ)能、儲(chǔ)氫制氫技術(shù)、熔融鹽蓄熱儲(chǔ)能、儲(chǔ)能優(yōu)化規(guī)劃、用電能效管理、節(jié)電技術(shù)、電能替代、電能質(zhì)量管理、智能電表、智能終端、智能量測(cè)技術(shù)等67個(gè)技術(shù)。

4.4 智能用電新技術(shù)業(yè)務(wù)導(dǎo)入

目前，電力營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域可分為需求側(cè)管理、計(jì)量采集、營(yíng)業(yè)管理和客戶(hù)服務(wù)四個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用專(zhuān)題。智能用電作為電網(wǎng)與用戶(hù)聯(lián)系最為密切的一個(gè)環(huán)節(jié)，其新技術(shù)的發(fā)展將對(duì)電力營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)產(chǎn)生重要影響。因此，需要基于現(xiàn)有營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及業(yè)務(wù)流程，對(duì)智能用電新技術(shù)的導(dǎo)入方法、導(dǎo)入后衍生的商業(yè)模式進(jìn)行梳理。

5 智能用電技術(shù)評(píng)估方法

5.1 單個(gè)技術(shù)的評(píng)估

針對(duì)智能用電各項(xiàng)技術(shù)，可利用技術(shù)生命周期的相關(guān)理論對(duì)技術(shù)發(fā)展階段進(jìn)行評(píng)估[15]，通過(guò)分析關(guān)鍵詞發(fā)文量及專(zhuān)利申請(qǐng)量等數(shù)據(jù)，判斷技術(shù)所處發(fā)展階段，篩選典型發(fā)展模式，進(jìn)而預(yù)測(cè)單個(gè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

技術(shù)的發(fā)展模式有一定的規(guī)律可循。通過(guò)智能用電典型技術(shù)的技術(shù)生長(zhǎng)率指標(biāo)分析，可按不同生長(zhǎng)率曲線(xiàn)形狀進(jìn)行歸類(lèi)，得出平穩(wěn)增長(zhǎng)型、臺(tái)階增長(zhǎng)型、爆發(fā)增長(zhǎng)型和往復(fù)震蕩型4種技術(shù)典型發(fā)展模式。

單個(gè)技術(shù)的評(píng)估具體步驟為：①根據(jù)技術(shù)屬于應(yīng)用型技術(shù)或理論型技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)，決定對(duì)應(yīng)采用專(zhuān)利數(shù)據(jù)分析或文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析；②計(jì)算技術(shù)生長(zhǎng)率與技術(shù)成熟系數(shù)，判斷技術(shù)目前所處階段；③根據(jù)技術(shù)生長(zhǎng)率曲線(xiàn)情況，將發(fā)展模式進(jìn)行歸類(lèi)，通過(guò)計(jì)算在上升期中，數(shù)量超過(guò)20之后，有無(wú)超過(guò)5倍的增長(zhǎng)確定平穩(wěn)型與爆發(fā)型；④根據(jù)成熟系數(shù)曲線(xiàn)，判斷技術(shù)的成熟趨勢(shì)，確定是否屬于較容易轉(zhuǎn)化為實(shí)際的技術(shù)；⑤將文獻(xiàn)生長(zhǎng)率與專(zhuān)利生長(zhǎng)率進(jìn)行對(duì)照，得出技術(shù)相應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)；⑥根據(jù)S曲線(xiàn)擬合結(jié)果，對(duì)技術(shù)在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估。

以已處于成熟期的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)為例，說(shuō)明上述方法進(jìn)行技術(shù)評(píng)估的思路和過(guò)程。

電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)屬于應(yīng)用型技術(shù)，因而擬采用專(zhuān)利數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索，獲得電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)每年的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)目，進(jìn)而逐年求出技術(shù)的生長(zhǎng)率及技術(shù)成熟系數(shù)變化曲線(xiàn)?；谏鲜銮€(xiàn)可以看出，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展模式屬于平穩(wěn)增長(zhǎng)型，生長(zhǎng)率為0.35左右，因此技術(shù)仍然處于生長(zhǎng)階段。技術(shù)成熟系數(shù)為0.7，因此判斷出電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的成熟程度；同時(shí)，有外觀專(zhuān)利出現(xiàn)，均說(shuō)明了該技術(shù)目前進(jìn)入一個(gè)平穩(wěn)增長(zhǎng)期。曲線(xiàn)圖表現(xiàn)為有一個(gè)生長(zhǎng)率高峰，然后逐漸下降達(dá)到一個(gè)較為平穩(wěn)的時(shí)期。

將電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)利年度申請(qǐng)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件，對(duì)其進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如圖4所示。可以看出，電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)從第一反曲點(diǎn)2004年發(fā)展至第二反曲點(diǎn)2010年，目前已處于平穩(wěn)增長(zhǎng)期，發(fā)展時(shí)長(zhǎng)為6年。

圖4 電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)S曲線(xiàn)擬合Fig.4 S model curve fitting of electric vehicle

實(shí)際上，電動(dòng)汽車(chē)正是在2010年前后進(jìn)入應(yīng)用階段。標(biāo)志性的事件是：美國(guó)能源部2009年10月開(kāi)始電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目“EV Project”，推動(dòng)用戶(hù)電動(dòng)汽車(chē)的使用；我國(guó)在2009年啟動(dòng)“十城千輛節(jié)能與新能源汽車(chē)示范推廣應(yīng)用工程”，在中國(guó)部分城市推廣新能源汽車(chē)在公交車(chē)、公務(wù)車(chē)、社會(huì)服務(wù)車(chē)輛以及出租車(chē)中的示范運(yùn)營(yíng)。分析基本與產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際情況相符。

借鑒上述思路，對(duì)近10年來(lái)的相關(guān)學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域的成熟技術(shù)進(jìn)行S曲線(xiàn)擬合，擬合結(jié)果用于出庫(kù)技術(shù)中相似發(fā)展規(guī)律的技術(shù)發(fā)展時(shí)序預(yù)測(cè)工作。

5.2 引文網(wǎng)絡(luò)評(píng)估

智能用電技術(shù)的引文網(wǎng)絡(luò)評(píng)估分析不同關(guān)鍵詞引用文獻(xiàn)之間的上下游關(guān)系，從而判斷出關(guān)鍵使能技術(shù)、先導(dǎo)技術(shù)及技術(shù)之間的發(fā)展時(shí)序關(guān)系。

一篇文章在引文網(wǎng)絡(luò)中所處的位置直接反映了該文章在整體學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，也可以非常直觀地反映出文章所研究領(lǐng)域在時(shí)間上的上下游關(guān)系。此外，引文網(wǎng)絡(luò)可以迅速定位出關(guān)鍵文獻(xiàn)?，F(xiàn)代引用網(wǎng)絡(luò)分析還涉及到網(wǎng)絡(luò)圖論的結(jié)構(gòu)分析，能夠利用文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

分析關(guān)鍵詞文獻(xiàn)的引用文獻(xiàn)和引證文獻(xiàn)信息，得到這兩組文獻(xiàn)引用和引證頻次達(dá)到5%以上的文獻(xiàn)，統(tǒng)計(jì)其關(guān)鍵詞的數(shù)量，確定與關(guān)鍵詞文獻(xiàn)有關(guān)聯(lián)性的關(guān)鍵詞，生成關(guān)鍵詞關(guān)系矩陣，利用pajek軟件可以得出關(guān)鍵詞之間的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，如圖5所示。

圖5 有向引文網(wǎng)絡(luò)(部分)Fig.5 Part of directed citation network

圖5中三角形結(jié)構(gòu)表示三個(gè)關(guān)鍵詞之間具有緊密聯(lián)系，可以歸為一類(lèi)，例如電能質(zhì)量管理，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和電力營(yíng)銷(xiāo)架構(gòu)；電池儲(chǔ)能，電動(dòng)汽車(chē)和微電網(wǎng)。多個(gè)相鄰的三角形可以構(gòu)成技術(shù)族?？梢該?jù)此對(duì)技術(shù)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi)，相鄰的三角形結(jié)構(gòu)越多，則表明技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)程度越高。

應(yīng)用技術(shù)引文網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果，可判斷出對(duì)后續(xù)技術(shù)發(fā)展起先導(dǎo)作用的關(guān)鍵使能技術(shù)。

6 智能用電技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖

對(duì)技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)中的67個(gè)技術(shù)分別進(jìn)行單個(gè)技術(shù)評(píng)估及引文網(wǎng)絡(luò)評(píng)估后，得出每個(gè)技術(shù)所處階段、發(fā)展模式及技術(shù)之間的關(guān)系，形成技術(shù)聚合集，構(gòu)建智能用電技術(shù)路線(xiàn)圖。

6.1 智能用電技術(shù)發(fā)展應(yīng)用時(shí)序

圖6 智能用電技術(shù)發(fā)展應(yīng)用時(shí)序Fig.6 Application time map of smart power consumption technologies

將智能用電技術(shù)聚合為電動(dòng)汽車(chē)充換電及運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)、分布式發(fā)電及并網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)、用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)、區(qū)域能源管理及用電自動(dòng)化技術(shù)、用戶(hù)側(cè)能效管理與節(jié)能技術(shù)、電能質(zhì)量管理與多元化供電技術(shù)、智能化用戶(hù)設(shè)備友好接入及用電共性技術(shù)7個(gè)技術(shù)聚合集。智能用電技術(shù)發(fā)展應(yīng)用時(shí)序如圖6所示。

圖6所示技術(shù)路線(xiàn)圖從整體層面表明了每個(gè)技術(shù)聚合集的技術(shù)發(fā)展聯(lián)系、技術(shù)發(fā)展時(shí)序，對(duì)于單個(gè)技術(shù)聚合集本研究進(jìn)行了更為詳細(xì)的分析。

6.2 單個(gè)技術(shù)聚合集技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖

以電動(dòng)汽車(chē)充換電及運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)為例，在對(duì)該技術(shù)類(lèi)別的五個(gè)技術(shù)子方向進(jìn)行逐個(gè)評(píng)估后，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)與時(shí)序預(yù)測(cè)，得到其技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)如圖7所示。

圖7 電動(dòng)汽車(chē)充換電及運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖示例Fig.7 Roadmap of electric vehicle charging and operation key technologies

6.3 智能用電技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)

對(duì)于7個(gè)技術(shù)合集，根據(jù)綜合技術(shù)評(píng)估及引文網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果，綜合考慮每個(gè)技術(shù)合集的使能技術(shù)及技術(shù)發(fā)展應(yīng)用時(shí)序，得出各技術(shù)合集技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)如表2所示。

7 智能用電技術(shù)管理若干建議

隨著智能用電的技術(shù)發(fā)展，分布式電源、儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車(chē)等新型用電設(shè)備的快速發(fā)展為構(gòu)建國(guó)家范圍的能源互聯(lián)網(wǎng)提供了豐富的調(diào)控資源，這些業(yè)務(wù)也對(duì)現(xiàn)有營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)帶來(lái)了快速發(fā)展的機(jī)遇與技術(shù)層面的挑戰(zhàn)。針對(duì)智能用電技術(shù)管理工作，提出如下建議。

(1)應(yīng)進(jìn)一步重視分布式電源及微電網(wǎng)快速發(fā)展對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理的影響。大量分散的分布式電源及儲(chǔ)能設(shè)備的接入，可以豐富終端用戶(hù)能源供給方式，提高用戶(hù)抵御故障風(fēng)險(xiǎn)能力。然而，大規(guī)模、多種類(lèi)、隨機(jī)性和間歇性的分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理和供電安全提出了新的要求，如何讓分布式電源有序自適應(yīng)接入電網(wǎng)，如何設(shè)計(jì)交直流混合供用電的技術(shù)架構(gòu)以最大程度發(fā)揮用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能設(shè)備的利用效率，如何科學(xué)計(jì)量分布式電源向電網(wǎng)反供能力以及對(duì)電網(wǎng)影響，需要大幅度提升智能用電領(lǐng)域技術(shù)、完善用電基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)清潔能源接入的支撐。

表2 智能用電技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

(2)應(yīng)加強(qiáng)大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)有序接入與用戶(hù)側(cè)用電管理的引導(dǎo)工作。電動(dòng)汽車(chē)是一個(gè)既是負(fù)荷又是電源的典型新用戶(hù)，規(guī)模化電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用將有效提高電能占終端能源比重，是電能替代的重要方面。

然而電動(dòng)汽車(chē)作為高度不確定性的移動(dòng)負(fù)荷，其充放電的隨機(jī)性、群體性對(duì)電網(wǎng)承載能力提出了更高的要求，電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要保障。

(3)應(yīng)將日益豐富的需求側(cè)資源納入到區(qū)域能源綜合利用范疇。各類(lèi)可中斷、可調(diào)節(jié)負(fù)荷以及分布式電源、電動(dòng)汽車(chē)等接入數(shù)量和容量的不斷增多，為電網(wǎng)需方資源優(yōu)化運(yùn)行體系提供了新的元素。綜合利用各類(lèi)用電自動(dòng)化、智能化技術(shù)，逐漸完善供用電基礎(chǔ)設(shè)施，打造面向區(qū)域能源綜合利用的需方資源優(yōu)化配置平臺(tái)、能源替代與轉(zhuǎn)換平臺(tái)、交易服務(wù)平臺(tái)，支撐復(fù)雜而不可精確規(guī)劃的需方資源接入業(yè)務(wù)是智能用電在區(qū)域能源管理領(lǐng)域面臨的巨大挑戰(zhàn)，也是集中應(yīng)用和展示智能用電成果、實(shí)現(xiàn)低碳智慧生產(chǎn)生活的關(guān)鍵所在。

(4)應(yīng)進(jìn)一步推動(dòng)終端用能的清潔度以及供用電設(shè)備用能效率的提高。在電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理體系中，應(yīng)系統(tǒng)性地應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新材料，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)節(jié)能降耗，為用戶(hù)提供差異化的節(jié)能檢測(cè)、能效仿真和改造咨詢(xún)服務(wù)。

(5)應(yīng)重視客戶(hù)定制化、差異化服務(wù)新需求對(duì)用電互動(dòng)化服務(wù)工作的新要求。面對(duì)新形勢(shì)、新變化，服務(wù)需求不斷升級(jí)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，傳統(tǒng)的以面對(duì)面、人對(duì)人服務(wù)為主的服務(wù)方式存在許多不足，移動(dòng)終端、網(wǎng)上服務(wù)、手機(jī)服務(wù)等互動(dòng)技術(shù)手段將成為主流模式。其服務(wù)的內(nèi)涵已從傳統(tǒng)的購(gòu)電繳費(fèi)、故障報(bào)修、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝業(yè)務(wù)延展到了差異化電能質(zhì)量服務(wù)、交直流混合供電服務(wù)、能源咨詢(xún)服務(wù)等各類(lèi)定制化服務(wù)。

(6)應(yīng)大力支持電網(wǎng)友好型、電能替代類(lèi)用電設(shè)備的接入規(guī)范。隨著越來(lái)越多的電網(wǎng)友好型設(shè)備以及各類(lèi)消納可再生能源的電鍋爐、電采暖設(shè)備接入電網(wǎng)，勢(shì)必要求電網(wǎng)企業(yè)對(duì)本類(lèi)設(shè)備提供通用服務(wù)接口、明晰接口標(biāo)準(zhǔn)，從而引導(dǎo)這類(lèi)設(shè)備優(yōu)化其用電特性，科學(xué)用電、合理用電；并從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)多能源互聯(lián)、互補(bǔ)，從規(guī)劃、調(diào)度、控制、管理等方面保障供電服務(wù)的可靠性、優(yōu)質(zhì)性和清潔性。

(7)應(yīng)重視信息與通信新技術(shù)在智能用電的信息交互、處理與互動(dòng)服務(wù)能力中的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、IPv6、寬帶載波、塑料光纖等新技術(shù)，將極大地提高用電信息交互的便捷性、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，信息互聯(lián)程度的提高也將極大影響信息安全防護(hù)的難度。

8 結(jié)論

智能用電作為電網(wǎng)與用戶(hù)聯(lián)系最為緊密的環(huán)節(jié)，目前已得到廣泛的關(guān)注及研究。本文在跨學(xué)科發(fā)展調(diào)研基礎(chǔ)上，提出智能用電相關(guān)技術(shù)的評(píng)估方法；提出構(gòu)建智能用電技術(shù)儲(chǔ)備庫(kù)與入庫(kù)出庫(kù)篩選管理的方法；研究智能用電技術(shù)發(fā)展應(yīng)用時(shí)序，甄別了各技術(shù)合集技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，繪制完整的智能用電技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖。希望本文提出的方法能對(duì)智能用電產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和技術(shù)跟蹤管理有一定的參考和指導(dǎo)作用。

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Roadmap planning and technology evaluation methods for smart power consumption technologies

SHEN Yu1, YUE Yuan-yuan1, ZHANG Yi-ge1, YUAN Jing-wei2, SHI Huai-de2, GUO Bing-qing2

(1. State Key Lab of Control and Simulation of Power Systems and Generation Equipments， Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China; 2. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

The theoretical research and practical exploration of smart power consumption has become one of the hot issues in recent years. Smart power consumption is a multidisciplinary research field. Hence, it is of great significance to choose the key technologies which need to be tracked and followed up. Methods of roadmap planning and technology evaluation of smart power consumption are studied. An evaluation model is developed based on computer-aided bibliometric analysis method in this paper. A database of potential technologies is set up firstly. Based on the assessment index set, the key database of technologies is formed. Then, life cycle theory and S-curve model are applied to evaluate each technology and analyze the developing phase, pattern and trend. Citation analysis theory is applied to uncover the temporal sequence association of various technologies and identify key pilot technologies. Lastly, the roadmap of smart power consumption technologies is put forward and the opportunities and challenges of smart power consumption industry are discussed.

smart power consumption; technology roadmap; life cycle theory; citation analysis theory

2015-09-16

國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目“智能用電技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)圖” (EPRIYDKJ(2015)2066)

沈 瑜(1972-), 男, 江蘇籍, 副教授, 博士, 研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析、 電力市場(chǎng)及智能配用電； 岳園園(1992-)， 女， 陜西籍， 碩士研究生， 研究方向?yàn)橹悄苡秒娕c需求側(cè)管理。

TM7

A

1003-3076(2016)03-0054-08