以下內容根據論壇演講實錄進行整理。
我叫作John McDonald,我是GE電網解決方案的業務負責人,我現在在美國,喬治亞州的亞特蘭大,我非常高興被邀請參加第四屆的未來能源大會做一個發言。這部分的主題是關于氣候變化以及全球國際合作和減排的共識,我的發言主題叫作能源轉型工程,我在電力和能源領域已經工作了48年,同時也是IEE積極的成員之一,在國際大電網委員會我也非常活躍,主要是負責它在美國的分部。
這些是我今天想要討論的重點,包括像智能電網,微電網的集成,像網格數據類型,數字化的分布,以及還有包括數字化的輸配電網絡,大數據分析,企業數據管理等,對于工程來說最主要進行能源轉型,在能源轉型的過程中需要把信息或者說IT部分和我們整個電力事業,電力運營結合在一起,這兩者需要密切的無縫的進行銜接和合作,這樣我們才能夠有有效的業務數據管理,這種綜合性的解決方案實際上有很多的好處。一方面提高了能效,減少了碳排放,比如說我們對于像公用事業消費者,經濟和環境提供這樣的有意義的可衡量的利益。
另外除了關注輸配電之外,我們今天更多想要談一下關于配電的概念,我喜歡把電網叫作更智能電網,我們這些年一直是讓電網變得更加智能,比如說淺灰色代表我們原來做的工作,現在淺綠色的和陰影代表我們現在做的工作,我們知道電壓和負載是成正比的,我們希望能夠把電壓控制和無功控制相結合,這樣我們可以減少損失,同時來管理一個集成負載。
另外將來有更多的可再生能源來連接到電網當中,在中間我們可以看到我們為電網額外的增加了很多專門的感應器,這個顯示的是來自于變壓器的油,檢測到主油箱中溶解的不同氣體,這個在變壓器中發生潛在的故障的模式,因此在接下來我會做介紹。
我要談一個概念是整體性解決方案,這個是能源過渡的基礎,整體性指的是整個企業不是說針對于一個集團,而是針對整個企業,這也說是說通過集成在一起的技術組件滿足客戶的要求,一共有6個這方面的分類,包括像資產優化,也就是我們在做變壓器和高壓,中壓斷路器的監測和診斷,需求優化主要集中包括像負載,智能電表,還有包括雙向計量等方式。
另外包括像電網的優化分布,電網的傳輸,同時現在由于全球我們有老齡化的人口,因此我們對于基礎設施能源也是老齡化的,意味著我們需要進行高水平的整體性的解決方案。這邊是6個解決方案的技術路線圖,可以分別的看到技術以及所處的位置,右邊是配電設備,還有通信的基礎設施。
通信是非常關鍵的,只有通信才能夠使得讓我們實現自動化,可以真正的實現自動化的目的。在嘗試更智能的電網之前我們必須保證電網是強大的,也就是說在購買很多新的設備之前,整個電網的基礎設施,包括IT的基礎設施和通信的基礎設施都是應該非常強勁的。比如說通過配電的優化解決方案,所有的淺藍色的,包括軟件,應用程序,系統,設備,這些基于應用程序基礎之上進行邏輯性的操縱。
這些藍色的框都可以來自于不同的供應商,因此最重要的兩個詞,一個是集成,第二個操作性,對于一個行業我們采用統一的行業標準實現這個行業內部的操作性,有一些例子在智能電表的組件,比如說AMI,包括地理信息系統,停電管理系統和配電管理系統。
大家會問為什么集成這么重要,因為我們在集成關鍵組件方面做的最好,做的更好,我們的電網還有公用事業更加具有韌性和彈性。
在配電系統設計好了之后,正如PPT的底部,我們可以保護控制設計我們的電力向一個方向流動,隨著電網上進行整合分布式的發電,電是向兩個方向進行雙向流動的,這也為我們帶來很多的額外挑戰,比如說這一頁當中是保護,保護的基點和我們的電流不匹配,當我們在確定保護的等級的時候,首先我們做一個短路的研究,很多的時候我們只考慮電源側組件的故障,而忽略了負載側的情況,負荷隨著分布式發電,隨著它的密度的增加,負荷側有可能出現顯著的障礙。
另外很多時候來自于分布式的消費側的,比如說在農村這是一個來安裝的一個微電網的例子,如果我們看一下聯合國可持續發展目標,第七個目標,就是要為人們帶來負擔的起的清潔能源。第九個目標是要提供一個有韌性的基礎設施,因此這也是為什么在全球很多國家,很多公用的事業公司,他們添加了很多微電網來加強電網的韌性,而并不是說一個統一的大的電網模式,因為如果他的即聯有問題的話,整個電網的運行效率就會下降。
另外還有一點,就是可持續發展目標的第十一,就是關于可持續發展的城市和社區,這也是我們希望建立的,叫做智慧村莊、智慧城市。可持續發展目標十三,要采取緊急的行動應對氣候變化,這也是我們這次會議的主題。
隨著分布式發電的范圍越來越廣泛,覆蓋率越來越高,我曾經寫過一篇文章,這是九年之前在《電力電子》雜志當中談到了屋頂太陽能,家庭當中會有太陽能板,現在全球增長的速度超過了35%,也就是說當太陽能照射到太陽能板的時候,電壓會出現峰值,之后會在一定范圍之內進行浮動和隔離。現在我們電網當中使用的很多控制器都是機械的,同時對于變電站來說,他的轉換器使用的也非常頻繁。由于這種太陽能的使用,以及每天日光的變化,所以轉換器的壽命從35年到2年不等。
未來隨著可再生能源使用的越來越頻繁,它的市場份額增加,我們的控制器必須要有電子為基礎的控制器,而不是機械的控制器。另外就是在能源轉型的過程當中,電力企業最主要的目標就是希望能夠建立一個數字化的電網。但是,沒有任何一家公司可以一步完成數字化的過程,這個要花很多的錢,會遠遠超出預算,而且他也需要很多人力的資源來做。因此,我們幫助公用事業公司制定了發展的路線圖,在工程設計的過程當中,公用實業公司如何能夠實現能源轉型,從現在的控制、監控發展到未來完全數字化的階段。這邊是一個例子,我們把現有的網絡轉化成為未來的數字化方式。首先第一步是增加了遠程的控制器,還有故障呼叫的智能電表,可以使得客戶供電的中斷時間低了28%。另一步就是增加自動化和可視化,這樣的話進一步減少了43%的客戶斷電可能性,也就是它提供的服務更加具有可靠性。最終他們實現了數字化,他們客戶的服務或者業務中斷降低了50%以上。
因此在制定路線圖的時候,我們需要設定路線圖當中的每一步,以及每一步所帶來的好處。另外一個例子就是在能源轉型的時候,為大型的公用事業公司的配電網進行自動化,比如在這個電路當中,它有856個電路的開關,在現實生活當中,實現所有電路自動化的成本是非常昂貴的,我們發現這些電路當中23%電路的中斷占到了總中斷分鐘的71%,這樣的話我們可以節省很多錢,也就是只對其中23%的電路實現自動化,就可以解決3/4的斷電問題。
在這個過程當中,我們必須認識到,這些是基于微處理器的設備和系統,它往往有多種不同的數據模式,原來我們會使用運營的模式,也就是運營商在控制中心進行監控和控制,包括有信息點、模擬點,還包括狀態點等等。
但是,以系統為基礎的微處理器給我們提供了很多非操作性數據,它的主要用戶并不是系統的操作員,這些都是信息點對點文件的傳輸,因此,可能會25個不同的組進行它的信息的獲取和使用,因此我們需要從現在的設備系統當中來獲取更多的價值,需要充分的來利用它的一個運營的數據。同時我們還可以看到它的這些數據包括像時間序列的數據,我們使用標準的通信協議來進行通信,用這種方式觀察到一個歷史變化的趨勢。
現在我們希望能夠利用下一次生產力革命的機會,把智能的機器和大數據,以及分析的數據結合在一起,另外把人的因素加入進去,在任何地方隨時隨地的讓人可以進行智能化的操作,這是為什么我說的它的通信是基礎性的,也是智能電網最核心的一點,這也是一個強大電網的基礎。左邊的這個圖是很多企業所遇到的,每一個系統它都是獨自運營的,上面有一些智能電子設備,或者是基于微處理器的設備來進行存儲。
但是系統之間并沒有分享,右邊的這個是我們所希望實現的目標,也就是整體性的解決方案,在整個企業公司范圍內各個組之間進行數據的共享,我們也查看了所有的數據源和企業,包括數據的需求等等。
它的好處就是說在左邊我們的一個變電站,通過這種方式提取要有價值的數據,通過這些數據的通信把這些數據推送給需要它的組織,右邊是淺綠色的,我們列出企業當中所有的數據源的列表,綠色的是所有用戶,運營的用戶,非運營的用戶,他們現在擁有更多的數據,可以提供更多的價值。
這個就是我們所說的走向數字化轉型的過程,我覺得對于能源工程轉型是最重要的一頁PPT,在過去這些年當中,我們從這種無功的研究開始,或者說在研究了系統之后看到系統失敗了,我們研究為什么失敗,來彌補補救這些問題,但是現在我們希望更加積極主動進行預測,比如說應該獲得電網當中的資產什么樣健康狀況的信息,用什么樣的數據預測是否可能會出現失敗,真正的采取相應的行動。
但是我們現在只走了這條路當中的一半,將來我們希望可以通過更多的人工智能,機器學習,更多的數字化來實現自主。
在這個過程中很重要的就是關于集成和互操作性,我們必須要遵守同樣的標準,或者一套標準,比如說左邊的圖列出7個領域以及它們之間如何相互作用,這是智能電網的一個概念的參考的模型,它的七大領域。
更重要的一點智能電網涉及數百個行業的標準,IEE超過100人做這個研究,IEC也有超過100人的團隊,我們一共有25個行業的專家在我們小組里面,我們把進一步縮小16個,我們叫作智能電網最高的標準。
現在我們需要確定哪些標準和這個行業相關,比如說這些所有的標準當中只有16個標準是最為核心的,不管是輸電,配電,客戶,網絡安全,不管是什么,所需要的標準或者一套標準都是在16個標準當中的。
下面我們來看一下我們有三個不同的控制的級別,從控制中心到現場控制,同時我們還在全球的范圍之內,我們看的并不是某一個國家的標準,而是全球范圍內,比如說有全球一個統一的標準的控制中心,或者稱之為ICCT,或者叫作控制中心的通信協議,還有兩個用于控制中心到現場的設備。
其中一個是IEC61850的標準,我住在北美,我們現在仍然使用很多的DNP的標準,這是我簡單的介紹。
我也是非常感謝大家,也非常高興有這樣的一個機會和大家來進行交流,謝謝大家。
責任編輯: 張磊