物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：讓能源長(zhǎng)出神經(jīng)系統(tǒng)

本刊 | 王芳

從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)，由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的地球神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，正在快速進(jìn)化，地球?qū)⑴弦粚印半娮悠つw”。它被凱文·凱利（Kevin Kelly，著名暢銷(xiāo)書(shū)作家、科技思想家）稱(chēng)作第三代操作系統(tǒng)——The Mesh，萬(wàn)物網(wǎng)絡(luò)化。作為一項(xiàng)技術(shù)手段，能源的物聯(lián)網(wǎng)化也不例外，碎片化的能源將長(zhǎng)出神經(jīng)系統(tǒng)，將物理世界的能源系統(tǒng)在數(shù)字世界中重新統(tǒng)一融合。

IBM早期推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)概念時(shí)借鑒了生物規(guī)則，將物聯(lián)網(wǎng)與人體做了類(lèi)比

現(xiàn)狀：從互聯(lián)網(wǎng)向智能化過(guò)渡

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中，傳感器、RFID、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是較為關(guān)鍵的技術(shù)。

如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個(gè)簡(jiǎn)單的比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等器官，網(wǎng)絡(luò)就是用來(lái)傳遞信息的神經(jīng)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)則要接收到信息后進(jìn)行分類(lèi)處理，相當(dāng)于人的大腦。

事實(shí)上，能源物聯(lián)網(wǎng)依托的仍然是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等，為解決系統(tǒng)協(xié)同、實(shí)現(xiàn)可再生能源高比例開(kāi)發(fā)、大幅度提高能源利用效率，提供有力的技術(shù)支持。

中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(zhǎng)周孝信強(qiáng)調(diào)，能源物聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)能源和信息的深度融合，在技術(shù)之外，理念和思維方式的融合也很重要。需要學(xué)習(xí)互聯(lián)網(wǎng)的思維方式，來(lái)改造傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員倪光南認(rèn)為，我國(guó)能源物聯(lián)網(wǎng)正處于互聯(lián)網(wǎng)向智能化過(guò)渡階段。有專(zhuān)業(yè)人士認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突破正從垂直與水平兩個(gè)維度展開(kāi)，不同解決方案應(yīng)對(duì)不同的行業(yè)需求，聯(lián)通垂直產(chǎn)業(yè)鏈和構(gòu)建橫向平臺(tái)，解決端到端的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。

重點(diǎn)：電力系統(tǒng)成為主題

“電力系統(tǒng)越來(lái)越成為能源物聯(lián)網(wǎng)的主題，由于新能源的不可控性和分散性，能量流和信息流的交互形成一條控制的系統(tǒng)，構(gòu)建低功耗、快速響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，能源物聯(lián)網(wǎng)就應(yīng)運(yùn)而生。”長(zhǎng)沙理工大學(xué)、長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授曾祥君表示，這一網(wǎng)絡(luò)對(duì)電力系統(tǒng)的“塑形”表現(xiàn)在：一方面，電源的技術(shù)，多種分布式能源協(xié)同控制，電力電子變換，能源存儲(chǔ)，微電網(wǎng)建設(shè)等；另一方面，電網(wǎng)技術(shù)需要考慮伴隨著能源轉(zhuǎn)型的新一代電力系統(tǒng)，即高比例可再生能源接入，高比例電力電子設(shè)備接入，多能互補(bǔ)，形成信息物理高度融合的電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

說(shuō)到人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)方面的應(yīng)用，周孝信表示，這需要價(jià)格非常低、能耗非常小、安裝非常方便的傳感器。這個(gè)傳感器本身是帶模塊的，今后可用成熟的5G技術(shù)參數(shù)，將廣泛的信息收集起來(lái)，建設(shè)一個(gè)包括大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、人工智能算法的應(yīng)用平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用。

中車(chē)株洲所電器技術(shù)與材料工程研究院副院長(zhǎng)陳高華認(rèn)為：未來(lái)的電網(wǎng)應(yīng)該更加堅(jiān)強(qiáng)和安全。一是得益于互聯(lián)網(wǎng)中央自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，二是每個(gè)發(fā)電單位或者用電單元，在電網(wǎng)系統(tǒng)里面應(yīng)該有一個(gè)自律的小系統(tǒng)控制技術(shù)，具有低電壓穿越、零電壓穿越，甚至孤島等基本技術(shù)?！拔磥?lái)，電網(wǎng)要夠安全、夠靈活，電網(wǎng)需要供電的時(shí)候供電方就會(huì)供電，需要有功（電量）就能提供有功，需要無(wú)功（電量）就能提供無(wú)功，這些通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)，萬(wàn)一網(wǎng)絡(luò)斷掉了，小單元要能夠在自律控制下保證電網(wǎng)的安全?！?/p>

中國(guó)工程院院士、中車(chē)株洲所首席科學(xué)家丁榮軍表示，大電網(wǎng)和分布式發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合將成為今后的趨勢(shì)?！氨热绲罔F就可以做成一個(gè)小型物聯(lián)網(wǎng)。把電梯、通風(fēng)、照明等系統(tǒng)設(shè)計(jì)成有機(jī)的整體，通過(guò)對(duì)地鐵制動(dòng)等產(chǎn)生的能量加以利用，可能會(huì)做到很節(jié)能?！?/p>

清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究院博士、助理研究員蔡元紀(jì)在接受《風(fēng)能》記者采訪時(shí)表示，我國(guó)電力系統(tǒng)的科研實(shí)力是國(guó)際一流的，尤其是在大電網(wǎng)方面，但對(duì)于分布式能源，如何集群、如何通信、如何調(diào)控，還沒(méi)有形成技術(shù)優(yōu)勢(shì)；此外，對(duì)于儲(chǔ)能、材料等關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)還處在模仿、試點(diǎn)的階段，缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)性研究。

難點(diǎn)：應(yīng)用取決于多方因素

物聯(lián)網(wǎng)本身是技術(shù)手段，相比于PC時(shí)代，產(chǎn)業(yè)鏈更長(zhǎng)、更廣，能否在能源行業(yè)得到應(yīng)用，也面臨更多技術(shù)挑戰(zhàn)。

“能源物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)大能源系統(tǒng)技術(shù)體系重構(gòu)的變革，但當(dāng)前在具體實(shí)物層面還存在一定困難。由于行業(yè)割裂、基礎(chǔ)設(shè)施條件以及部分技術(shù)支持不成熟等問(wèn)題，能源物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展不可能一蹴而就。” 中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司董事、副總經(jīng)理兼總工程師馮江華表示。

“首先要求數(shù)據(jù)自動(dòng)化程度要高。包括設(shè)備、生產(chǎn)線(xiàn)、工藝等方面的數(shù)據(jù)都能放到物聯(lián)網(wǎng)上；二是數(shù)據(jù)化基礎(chǔ)要做好，外部行業(yè)的數(shù)據(jù)能夠接入，只有在打通各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)后，才能進(jìn)入智能化?！痹诒本┐髮W(xué)頁(yè)巖油氣研究所副所長(zhǎng)陳學(xué)義看來(lái)，智能化就是一個(gè)系統(tǒng)，如果不把數(shù)據(jù)流打通，短路肯定智慧不了。

此外，能源物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模化發(fā)展還存在許多非技術(shù)因素。馮江華表示，技術(shù)的創(chuàng)新與推廣涉及環(huán)境方面的問(wèn)題，也涉及各個(gè)方面的利益。

從市場(chǎng)角度看，世界知名的通信技術(shù)專(zhuān)家、Enigmaltics顧問(wèn)公司董事長(zhǎng)丹尼爾·道金（Daniel Dobkin）博士認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)主要是由經(jīng)濟(jì)問(wèn)題造成的。他說(shuō)：“監(jiān)測(cè)對(duì)象的價(jià)值決定了你可以為其監(jiān)測(cè)投入的成本。創(chuàng)造和獲取內(nèi)容的成本很低，當(dāng)無(wú)須考慮投資回報(bào)的問(wèn)題時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)才會(huì)迅速發(fā)展。”他舉了一個(gè)例子，人們?yōu)楂@得手機(jī)中的信息而忽略為手機(jī)充電的花費(fèi)。

從學(xué)術(shù)角度講，“在市場(chǎng)化的環(huán)境下，日本、丹麥、德國(guó)等能夠較容易地將單品種、單接點(diǎn)、單領(lǐng)域連接成為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，而我國(guó)行業(yè)領(lǐng)域?qū)W科越分越細(xì)，越來(lái)越苛刻，其實(shí)阻礙了前沿技術(shù)的交叉和行業(yè)的融合。除此之外，現(xiàn)存的專(zhuān)業(yè)人才極其缺乏，人才只存在于大學(xué)、實(shí)驗(yàn)室和少量非常尖端的公司?！标悓W(xué)義對(duì)此表示。

安全：需要特別重視

安全性一直是懸在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍，而這把劍對(duì)于能源物聯(lián)網(wǎng)同樣具有很大的威脅。

有專(zhuān)家介紹，我國(guó)節(jié)能裝備國(guó)產(chǎn)化率不到20%，有些材料完全是國(guó)外的，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的設(shè)計(jì)工具、大工業(yè)終端設(shè)備用到的操作系統(tǒng)，工業(yè)軟件、硬件平臺(tái)幾乎全是國(guó)外的，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)制造工藝非常薄弱。對(duì)此，倪光南強(qiáng)調(diào)，“盡可能用自主可控的技術(shù)，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)的信息系統(tǒng)才能可靠，要不別人卡你?！?曾祥君也表示：“能源物聯(lián)網(wǎng)建起來(lái)之后，所有的終端用戶(hù)、電動(dòng)汽車(chē)、光伏、風(fēng)電隨時(shí)能接入電網(wǎng)，信息流、能量流之間耦合并同時(shí)使用，整個(gè)電網(wǎng)能量供應(yīng)體系都將存在安全風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

對(duì)此，周孝信也呼吁，關(guān)鍵技術(shù)一定得掌握在自己手里，比如指導(dǎo)電力系統(tǒng)運(yùn)行的分析軟件就非常重要?！敖窈笠欢螘r(shí)期，加快推進(jìn)國(guó)產(chǎn)自主可控替代計(jì)劃、構(gòu)建安全可控的信息技術(shù)體系，將會(huì)成為一個(gè)常態(tài)，逐步實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)和高端服務(wù)器、數(shù)據(jù)、關(guān)鍵模塊在關(guān)鍵領(lǐng)域的替代。”