現(xiàn)代能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系研究

摘要：應(yīng)對(duì)能源短缺的現(xiàn)狀、實(shí)現(xiàn)新能源的開(kāi)發(fā)與利用，是世界各國(guó)開(kāi)展能源研究的主要目的。文章對(duì)融合充電網(wǎng)絡(luò)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)研究體系展開(kāi)研究，結(jié)合信息層與網(wǎng)絡(luò)層對(duì)充電網(wǎng)絡(luò)、能源實(shí)體設(shè)施以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行緊密耦合，創(chuàng)建了現(xiàn)代化要求的能源運(yùn)營(yíng)模式。文章剖析了多維度下的電力調(diào)度模式和實(shí)體能源的配置升級(jí)，為充電網(wǎng)絡(luò)與車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃與現(xiàn)代能源互聯(lián)網(wǎng)的交易模式提供書(shū)面參考。

關(guān)鍵詞：充電網(wǎng)絡(luò);交易機(jī)制;能源互聯(lián)網(wǎng);電動(dòng)汽車(chē);車(chē)聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM73;TKOI

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）09-0153-04

展開(kāi)新能源領(lǐng)域的相關(guān)研究，實(shí)現(xiàn)了由依賴西方科學(xué)技術(shù)到獨(dú)立建設(shè)自身體系的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)已達(dá)成自主設(shè)計(jì)研發(fā)、部件加工制造等多領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)，推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)國(guó)有化的進(jìn)程。城市化進(jìn)程的加快，使諸多能源使用量長(zhǎng)期呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，而新興能源的應(yīng)用對(duì)多數(shù)傳統(tǒng)用戶來(lái)說(shuō)，存在對(duì)充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行內(nèi)容了解甚少的情況，不適應(yīng)電動(dòng)汽車(chē)的使用方式。為了降低“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象的發(fā)生頻率，應(yīng)努力提升新能源的使用率，完善能源互聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)體系與機(jī)制。通過(guò)深入對(duì)充電網(wǎng)絡(luò)與車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)研究，充實(shí)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合性結(jié)構(gòu)，對(duì)信息、能源、平臺(tái)進(jìn)行緊密連接，以高耦合性完成高效便捷的電力調(diào)度活動(dòng)以及實(shí)體能源設(shè)施的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)差異化管理系統(tǒng)的精準(zhǔn)操控。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系架構(gòu)

本文根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系的三層基本架構(gòu)（物理層、信息層及應(yīng)用層），對(duì)汽車(chē)充電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行整合規(guī)劃，創(chuàng)建了全面化、智能化能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系[1]，設(shè)計(jì)情況如圖l所示。

基于能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖，進(jìn)一步分析物理層、信息層、應(yīng)用層這三層基本架構(gòu)的內(nèi)容。

1.1 物理層：充電網(wǎng)絡(luò)

在能源互聯(lián)網(wǎng)的典型層次結(jié)構(gòu)中，充電網(wǎng)絡(luò)作為物理基礎(chǔ)層，在電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展潮流中可大規(guī)模為電動(dòng)汽車(chē)供應(yīng)完善的基礎(chǔ)設(shè)施建[2]。充電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的具體內(nèi)容包含以下種類。

1）智能充放電樁：對(duì)充放電功率與時(shí)間進(jìn)行智能化調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電的有序性。

2）儲(chǔ)能充電站：電動(dòng)汽車(chē)在快速充電過(guò)程中產(chǎn)生的高負(fù)荷影響可以通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行平抑，減少對(duì)接過(guò)程中沖擊力的。

3）分布式光伏充電站：消納光伏能源充電設(shè)施在白天高峰期的出電量，有效降低用電成本。

4）無(wú)線充電站：利用電磁感應(yīng)技術(shù)，將充電設(shè)備置于地下，有效減少土地面積侵占率。

1.2 信息層：車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

車(chē)聯(lián)網(wǎng)通過(guò)借鑒互聯(lián)網(wǎng)的搭建理念，對(duì)不同系統(tǒng)的信息內(nèi)容進(jìn)行互通共享，將信息物理系統(tǒng)的耦合性融人車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。信息層包括以下具體內(nèi)容。

1）數(shù)據(jù)中心：對(duì)數(shù)據(jù)容量、客戶數(shù)量、周期性信息采集進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)的共享。

2）監(jiān)控中心：利用車(chē)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建出“全國(guó)一省一市一站一樁”的層次體系，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的監(jiān)控覆蓋。

3）交易結(jié)算：對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的輔助性服務(wù)與集中交易模式進(jìn)行友好的連接互動(dòng)。

4）手機(jī)APP：是信息與能源服務(wù)端口的延伸方式，為客戶提供便捷化處理方式，并提升用戶使用黏度。

1.3 應(yīng)用層：云服務(wù)

應(yīng)用層是指將云服務(wù)平臺(tái)融人能源互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中，使電動(dòng)汽車(chē)的研究體系擁有綜合性開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用戶在充電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用到全環(huán)節(jié)的智能化服務(wù)管理。我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)將“大云物智移”的信息管理技術(shù)與數(shù)據(jù)處理技術(shù)應(yīng)用于智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的組建[3]，現(xiàn)已做到一百多萬(wàn)個(gè)充電樁的對(duì)接，對(duì)三百多萬(wàn)客戶進(jìn)行同時(shí)段的信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)與其他運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)互通的合作。接人大約17萬(wàn)個(gè)充電樁，在全國(guó)公共充電樁的總數(shù)中占比90%，在接人數(shù)量和充電功率等方面，是全球范圍內(nèi)相關(guān)技術(shù)的引領(lǐng)者。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系中參與主體與運(yùn)行模式

2.1 參與主體結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代能源互聯(lián)網(wǎng)是信息網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)以及充電網(wǎng)絡(luò)高度融合的綜合性網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)設(shè)計(jì)車(chē)、樁、路、網(wǎng)、人之間相關(guān)聯(lián)系通道，創(chuàng)建出多元化的綜合性服務(wù)系統(tǒng)[4]。生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)于主體因素的描述如下所示。

1）車(chē)：作為車(chē)聯(lián)網(wǎng)體系的智能終端，涉及范圍包含整車(chē)及核心部件供應(yīng)商。

2）樁：是車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的服務(wù)人口之一，主要內(nèi)容包含充電應(yīng)用的運(yùn)營(yíng)與充電設(shè)備的研發(fā)與制造。

3）路：作為運(yùn)行方式的重要組成部分，與之對(duì)接的是交通設(shè)施管理供應(yīng)商。

4）網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成內(nèi)容由國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等能源企業(yè)而組成。

5）人：作為運(yùn)行主體之一，指代的是道路環(huán)境參與者與智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)享用者。

2.2 運(yùn)行方式

2.2.1 初級(jí)模式

車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將電能指示發(fā)送到電動(dòng)汽車(chē)上，但是電動(dòng)汽車(chē)的具體操作過(guò)程是車(chē)主通過(guò)自行判斷與自我協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的，或者根據(jù)設(shè)置好的計(jì)劃調(diào)整出力。因?yàn)檎w規(guī)模較小，電動(dòng)汽車(chē)的出力調(diào)整不會(huì)超過(guò)電網(wǎng)所許可的界限范圍，也不會(huì)造成區(qū)域性的電力過(guò)剩溢出或欠缺[5]。在保持穩(wěn)定性和可控性的前提下，初級(jí)模式減少了整體操控的難度，是電動(dòng)汽車(chē)在小規(guī)模接人過(guò)程中一種合理的運(yùn)行方法。

2.2.2 高級(jí)模式

電動(dòng)汽車(chē)集群網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)由本地響應(yīng)層、協(xié)調(diào)層以及調(diào)度層組成，將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳遞與交互，完成不同層次之間的協(xié)調(diào)與調(diào)度任務(wù)。將電動(dòng)汽車(chē)的實(shí)時(shí)狀態(tài)以由下到上的方式進(jìn)行上傳，從本地響應(yīng)層傳輸?shù)秸{(diào)度控制層，傳輸內(nèi)容包括荷電狀態(tài)、是否需要充電、電動(dòng)汽車(chē)的充電時(shí)間與時(shí)段等固定形式信息，此外，可調(diào)充電時(shí)長(zhǎng)與可調(diào)充電需求都可以作為附加信息進(jìn)行上傳。此類信息通過(guò)上傳至本地響應(yīng)層，之后再傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)層進(jìn)行信息匯總與綜合性調(diào)控，流程最后是上報(bào)給調(diào)度控制層，進(jìn)行車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的部署。

2.3 光、儲(chǔ)、充一體化充電站

儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)及電力網(wǎng)路都可以通過(guò)充電站中的光伏能源進(jìn)行清潔能源的補(bǔ)充，而充電站需要具備光伏、儲(chǔ)能、充電樁等綜合型能源設(shè)備。通過(guò)平衡光伏能源發(fā)電以及充電站的用電負(fù)荷，有效減少建設(shè)一體化充電站中發(fā)電設(shè)備的資金投入。

衡量光、儲(chǔ)、充一體化充電站的運(yùn)行狀態(tài)，需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性、安全性及環(huán)保性進(jìn)行綜合考慮[6]。經(jīng)濟(jì)性的主要含義是指充電站在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生最低的運(yùn)營(yíng)成本，可以通過(guò)對(duì)充電站進(jìn)行整體優(yōu)化的方式，減少配置容量，合理降低投資成本;安全性是指充電站在完成客戶的充電需求后，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的電池進(jìn)行過(guò)充過(guò)放的保護(hù)機(jī)制;環(huán)保性的要求在于充電站在運(yùn)行系統(tǒng)工作時(shí)，所排放的溫室氣體在折算成碳稅總額后的數(shù)值最小。

3 基于能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系的交易機(jī)制

3.1 交易機(jī)制主體

結(jié)合交易系統(tǒng)中的資金流向與電量流向，現(xiàn)代化的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系交易的主體內(nèi)容的主體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

電動(dòng)汽車(chē)公司：電動(dòng)汽車(chē)公司從投資方處購(gòu)進(jìn)自發(fā)電力，之后為用戶提供電力補(bǔ)充以及綜合性能源服務(wù);依靠車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，進(jìn)行多方面的費(fèi)用結(jié)算。

電動(dòng)汽車(chē)用戶：能夠直接獲得車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的充電服務(wù)、車(chē)輛租賃等全線服務(wù);結(jié)合電動(dòng)汽車(chē)的儲(chǔ)能電量可釋放的條件，展開(kāi)輔助服務(wù)，同樣可以獲得相應(yīng)收益。

電力用戶：為減少自身用電資金支出，可以通過(guò)車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)聯(lián)系電動(dòng)汽車(chē)公司，向電動(dòng)汽車(chē)公司提出購(gòu)買(mǎi)電力的申請(qǐng)，之后進(jìn)行購(gòu)電合同的簽署，從而建立買(mǎi)賣(mài)關(guān)系。

投資方：在對(duì)電動(dòng)汽車(chē)公司進(jìn)行電力資源售賣(mài)后收取其相應(yīng)的電費(fèi)，此外還將獲得由政府提供的分布式能源補(bǔ)貼;關(guān)于投資方所占場(chǎng)地的費(fèi)用，應(yīng)支付場(chǎng)地業(yè)主相應(yīng)的租賃費(fèi)。 場(chǎng)地業(yè)主：場(chǎng)地所有者通過(guò)搭建一體化充電站和分布式能源站，為投資方提供電力生產(chǎn)條件，從中獲得收益;或者直接對(duì)電力生產(chǎn)進(jìn)行參與工作，縮減本身用電資金[7]。

3.2 交易機(jī)制

3.2.1 充電權(quán)交易機(jī)制

充電權(quán)的意思是用戶在一定時(shí)間段中，能使用規(guī)定區(qū)域內(nèi)的充電樁對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電[8]。出現(xiàn)充電設(shè)備的容量受到限制時(shí)，“充電權(quán)”也可以展現(xiàn)在一定距離范圍內(nèi)，用戶與用戶之間進(jìn)行的電力交易，有效達(dá)成充電需要的自主化調(diào)控機(jī)制，不僅保證了電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自主交易的安全性，同時(shí)提升了用戶滿意度、滿足了用戶需求。交易機(jī)制如圖3所示。

通過(guò)采取“充電權(quán)”交易方式，達(dá)成用戶對(duì)充電需求自行排序并根據(jù)重要級(jí)進(jìn)行充電樁的統(tǒng)一集群控制。在“充電權(quán)”敲定售賣(mài)價(jià)格的問(wèn)題中，由已經(jīng)接入充電樁的用戶來(lái)決定，采用價(jià)錢(qián)排序的方法，出價(jià)越高的用戶擁有更高的充電優(yōu)先權(quán)。在充電設(shè)施總能力的基礎(chǔ)上，車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)根據(jù)充電的優(yōu)先級(jí)選擇可充電的電動(dòng)汽車(chē)。

3.2.2 分布式能源交易機(jī)制

通常情況下，電力網(wǎng)絡(luò)企業(yè)按照發(fā)電企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一售價(jià)進(jìn)行電力和電量的購(gòu)買(mǎi)，之后電力網(wǎng)絡(luò)企業(yè)采用峰谷平電價(jià)出售給電力用戶?；诖朔N交易模式，投資方能夠不僅得到上網(wǎng)電價(jià)，還可以領(lǐng)取政府給予的補(bǔ)貼，然而電力用戶則需按照常規(guī)交易機(jī)制從充電網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買(mǎi)電量[9]。

在納入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)模式后，電力用戶能夠?qū)C合能源服務(wù)進(jìn)行自主選擇。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的購(gòu)電流程先是對(duì)注冊(cè)投資方的所有電力電量進(jìn)行收購(gòu)，之后按照優(yōu)惠的價(jià)格提供給平臺(tái)內(nèi)的注冊(cè)用戶。在購(gòu)電量與售電量出現(xiàn)明顯差異時(shí)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將采取向其他發(fā)電企業(yè)進(jìn)行電力購(gòu)買(mǎi)的方式，減少購(gòu)、售電量之間的差異。車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)投資方、電力用戶、電網(wǎng)公司以及傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)的能源進(jìn)行整合，形成了完備的能源交易體系與機(jī)制，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)中的電量交易模式落實(shí)。

3.3 交易系統(tǒng)

交易系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分化具有多樣性，可實(shí)現(xiàn)能源信息與能源服務(wù)的全方位校核、交易、結(jié)算等功能。車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的能源交易體系有充電企業(yè)與電力用戶組成;交易系統(tǒng)的信息交互是由監(jiān)管部門(mén)、交易中心、調(diào)控中心以及車(chē)聯(lián)網(wǎng)的交易平臺(tái)組成，以此實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域之間的全程交易管理作用[10]。交易系統(tǒng)中各管理模塊有以下功能。

1）用戶管理模塊通過(guò)對(duì)參與到系統(tǒng)內(nèi)部的用戶進(jìn)行高效管理，用戶管理系統(tǒng)的主要工作包括用戶的ID注冊(cè)、信息變更、用戶注銷(xiāo)等管理性交易業(yè)務(wù)。

2）交易管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)交易機(jī)制體系內(nèi)部的全周期管理，并對(duì)交易系統(tǒng)進(jìn)行安全審核，在多種交易場(chǎng)景中，提供管理服務(wù)與安全保障。

3）結(jié)算管理模塊的關(guān)鍵作用是對(duì)各項(xiàng)交易流程的終端數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)結(jié)算，通過(guò)結(jié)算管理模塊的處理工作，實(shí)現(xiàn)計(jì)量點(diǎn)、電量等信息在車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的記錄與顯示。

4）合同管理模塊是對(duì)內(nèi)部交易體系的各項(xiàng)交易合同進(jìn)行科學(xué)化歸納整理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)交易合同的高效管理，合同管理模塊內(nèi)容包括合同的簽訂、分類、跟蹤等一切與合同有關(guān)的工作。

5）信息發(fā)布模塊是對(duì)不同受眾群體進(jìn)行差異化信息發(fā)布，通過(guò)用戶使用習(xí)慣及自主訂閱情況實(shí)時(shí)發(fā)布相關(guān)公告、通知、交易信息以及結(jié)算信息。

6）交易計(jì)劃管理模塊能夠智能化管理系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)交易計(jì)劃，對(duì)交易計(jì)劃進(jìn)行編制、跟蹤及情況統(tǒng)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的認(rèn)識(shí)開(kāi)始加深，電動(dòng)汽車(chē)自身的性質(zhì)隨之發(fā)生改變。互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中信息與能源的交互，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)與充電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化建設(shè)，為用戶提供高效便捷地存儲(chǔ)與共享服務(wù)。國(guó)家電網(wǎng)公司將能源信息網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)物理設(shè)施與車(chē)聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)整合優(yōu)化，建立了智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。通過(guò)參考互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)方式，結(jié)合交易機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，構(gòu)建出智能、先進(jìn)、高效的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系，為用戶與充電運(yùn)營(yíng)商提供高質(zhì)量服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王明富，吳華華，楊林華，等.電力市場(chǎng)環(huán)境下能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].電力需求側(cè)管理，2020，22（02）：1-7.

[2]董凌，年珩，范越，等，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下共享儲(chǔ)能的商業(yè)模式探索與實(shí)踐[J].電力建設(shè)，2020，41（04）：38-44.

[3]姚鋼，李琳，周荔丹，等.城市居民區(qū)的綜合能源利用綜述[J].現(xiàn)代電力，2020，37（01）：152-162.

[4]邢通，譚清坤，王堯，等.我國(guó)能源系統(tǒng)演化發(fā)展模式研究[J].價(jià)格理論與實(shí)踐，2019（11）：154-157.

[5]王利利，張琳娟，尚雪寧，等，計(jì)算智能在電動(dòng)車(chē)充電站規(guī)劃的應(yīng)用研究綜述[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2020，56（2）：1-10.

[6]李林，曹軍，陶維青，光儲(chǔ)充電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)控制技術(shù)研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2019，33（09）：25-32.

[7]楊錦春，劉慧.能源互聯(lián)網(wǎng)的資源配置效應(yīng)研究[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2020（01）：109-113.

[8]金志剛，吳若茜，李根，等，基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的電動(dòng)汽車(chē)充電交易模型[J].電網(wǎng)技術(shù)，2019，43 （12）：4362-4370.

[9]張奇，李彥，王歌，等，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁眾籌市場(chǎng)信用風(fēng)險(xiǎn)建模與分析[J].中國(guó)管理科學(xué)，2019，27（08）：66-74.

[10]葉暢，苗世洪，劉昊，等，聯(lián)盟鏈框架下主動(dòng)配電網(wǎng)電力交易主體合作演化策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2020，35（08）：1739-1753.

作者簡(jiǎn)介：魯璽（1988-）女，漢族，陜西延安人，碩士學(xué)位，講師，研究方向：汽車(chē)定損與評(píng)估。