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Intel數字能源網絡:物聯網如何應用在智能電網中

2019/9/3 15:35:03 人評論

受到新的市場法規、市場結構和國際能源轉型潮流的影響。為確保能源的可持續發展成為了如今政治、經濟和社會的當務之急。在當前和未來技術發展的鼎力支持下,智能電網將更好地幫助企業滿足不斷增長的需求,提高供電的可靠性和質量,改進能源效率并將低碳能源整合到電網中?!?/p>

 受到新的市場法規、市場結構和國際能源轉型潮流的影響。為確保能源的可持續發展成為了如今政治、經濟和社會的當務之急。在當前和未來技術發展的鼎力支持下,智能電網將更好地幫助企業滿足不斷增長的需求,提高供電的可靠性和質量,改進能源效率并將低碳能源整合到電網中。
 
  本文從行業標準角度探討了智能電網的開發環境,以及互聯互通的新智能電網如何被視為物聯網的良好典范進行闡述。
 
  我們所熟知的英特爾
 
  英特爾公司是世界上第二大的半導體公司,也是第一家推出x86架構處理器的公司,總部位于美國加利福尼亞州圣克拉拉,以“集成電子”(IntegratedElectronics)之名在將高端芯片設計能力與領導業界的制造能力結合在一起。英特爾也有開發主板芯片組、網卡、閃存、繪圖芯片、嵌入式處理器,與對通信與運算相關的產品等。
 
  在1990年代時,英特爾在新的微處理器設計上做了相當大的投資,培養出快速崛起的PC工業。在這段期間,英特爾成為PC微處理器的供應領導者,而且占領著主導的市場地位,就像是微軟公司一樣支配著PC工業的發展方向。
 
  瞬息萬變的環境
 
  但同時,隨著英特爾的主要競爭對手AMD,NVIDIA,Samsung及TSMC的快速發展,不斷的擠壓其原來的市場優勢。英特爾也將其企業的價值鏈拓展到了其他行業;其中,能源行業的數據能源管理與物聯網成為了英特爾下一個亟需征服的領域。
 
  根據英特爾的物聯網白皮書中所提及的,隨著低碳技術的采用,能源系統正經歷著從需求驅動到供應依賴型的轉變,電網已經從本質上開始進行轉變:
 
  1.可再生能源的影響
 
  隨著太陽能,陸上與海上風電,生物質能,熱電聯產等一系列的可持續能源接入電網,這種不可預測的間歇供電需求的增長正在打亂微妙的供需關系平衡,給如今的用電限制和需求響應能力帶來了新的壓力。間歇供電需求的增長也意味著,某些電網區域在一天中特定時間所吸收的可再生能源發電量可能會大于其實際消耗量。
 
  2.生產消費者去中心化現象
 
  電網系統運營商和公用事業企業正在失去其能源生產的壟斷地位。傳統的住宅、商業或工業級的能源消費者,如今也逐漸滲透到發電環節,挑戰著從發電者到消費者的舊單向關系。無論是使用太陽能電池板給一個家庭供暖,還是使用商業風電場給整個超市供電,生產消費者都在創造一個由出于經濟動機的實體組成的金字塔,這些實體運營或擁有一個包含發電負荷甚至能量存儲的電力系統。
 
  因此,傳統的整體電網正在變為一系列互聯系統,包括超高壓電網和區域電網和乃至微電網。隨著電動車和混合動力車的融入,電網的邊界將變得更加模糊。
 
  智能電網:物聯網的實際應用
 
  從根本上說,智能電網是一種通過數字化控制、監控和通信能力增強的發電、輸電和配電網絡。除了提供實時、雙向的電力流之外,智能電網還支持自動化的雙向信息流。為了給現有基礎架構增加智能特性,需要戰略性部署新的數字設備和裝置,這種新的數字設備層能夠將其稱為‘能耗互聯網’。并從設備中提取有價值、切實可用的數據進行分析。物聯網的真正價值在于它能夠使無關聯的現有基礎架構中的數據發揮價值,收集關于電力供應鏈每個環節的數據后,系統運營商可以使用強大的分析、仿真模型和假設場景更準確地預測從電網狀態到天氣條件的各種因素對其產生的影響。
 
  與負荷預測分析相關的可能性和從被動運營到主動運營的轉變是智能電網最典型、最重要的特性之一。它可幫助電力公司和電網系統運營商:
 
  降低資本支出。通過智能電網,可更準確地匹配整個電網的供應和需求。公用事業企業可以通過負荷預測減少不必要的發電容量,滿足高峰需求,并確保最高效的分配方案,從而最大限度降低傳輸成本并獲取運營的最優解。
 
  管理需求。借助對消費模式的精細了解和更精確的預測能力,企業可以實施更多的節能計劃,包括需求響應、時段使用費和動態定價。這可幫助平衡供需,最大限度減少過度配置基本負載或峰值負載所導致的浪費。
 
  提高可再生能力。能源結構中可納入更多的陸上和海上可再生能源發電。公用事業企業能夠更有效地響應大規??稍偕茉吹拈g歇性問題和較小規模的分布式發電,同時仍確保供應安全。
 
  降低維護成本。通過數據監控各種發電、輸電和配電資產的活動可幫助企業執行遠程故障診斷,最大限度減少現場訪問,提高預測維護能力,從而更高效地提供技術支持,使工程團隊專注于專業領域。
 
  增強客戶參與。由于在放開管制的市場中競爭,并滿足特定監管市場的節能目標,電力企業可以利用洞察來準確地了解客戶的使用模式,從而提供更有針對性、更有競爭力的產品和服務。
 
  技術路線
 
  隨著電網從模擬向數字轉變,幾乎每一個設備和設備部件都需要內置安全且互聯的智能特性。此外,還需要對支持性的云和網絡基礎架構進行增強,以保護數據,管理設備并執行數據分析。
 
  若要實現智能電網的承諾,必須滿足四大技術標準:
 
  1.安全性
 
  安全性是關鍵:如果不具備安全性,智能電網將和所有數據網絡一樣,無法正常工作。電網是需要提供保護以防范網絡威脅的重要目標。作為一個大型分布式和互聯系統,智能電網成為了一個非常大的攻擊面,對關鍵元件的任何成功攻擊都會危害電網安全,導致整個系統斷電。
 
  保護智能電網所需的網絡安全技術和最佳實踐包括:防病毒、防火墻、入侵防御系統、網絡安全設計,深度防護和系統強化。
 
  此外,應對更復雜的高級持續性威脅(APT)需要先進的網絡安全技術,包括安全信息和事件管理(SIEM)系統、應用白名單和嵌入在處理器級別的安全功能等。
 
  2.通信
 
  和任何其他數據網絡一樣,智能電網的最終成功取決于各個設備和系統安全、可靠地互聯并相互共享信息的能力。
 
  在智能電網中,通信分為兩類:在相對封閉的環境(如家庭局域網絡或工業園區網絡)中傳輸數據所需的協議;從外部將數據傳輸回中心位置所需的協議。這將涉及各種協議,包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和 WAN,并需要專業電信服務提供商、硬件和軟件公司的參與。
 
  這需要基于開放行業標準的通用框架,以便電網系統運營商無需將其電網生態系統與一家公司的解決方案相關聯便可確??苫ゲ僮鞯倪B接性。
 
  3.分析
 
  電網中可收集各種數據進行分析,包括可提高維護計劃效率的實時運營可視化,以及可實現更精準發電計劃和負載平衡的預測分析。從這些數百萬個數據點中獲取切實可行的信息。
 
  在能源生產中,可再生能源電廠可使用計算密集型仿真模型來更準確的預測能源需求,考慮天氣條件并優化容量。例如,分析風型可預測可能的發電量,在高風速運行下何時能完全切斷發電。這些信息可用來解決間歇性問題并減少旋轉備用。同樣,分析可幫助配電服務運營商(DSO)、輸電服務運營商(TSO) 和垂直整合的公用事業企業,實時優化變電站的供電電壓和相機,從而提高能源效率。
 
  隨著電網的復雜性不斷增加,公用事業運營商將需要分布在整個電網中的智能電表來做出直接影響運營效率的實時決策。這種分布式智能及其支持的機器對機器通信對于提高未來智能電網的能力至關重要。
 
  4.可管理性
 
  有了延伸數千公里的智能電網基礎架構、最終用戶場所的各種設備(包括大型渦輪機和智能電表等)以及涵蓋各種軟件和硬件類型的技術,設備和通信的可管理性是打造成功智能電網的第四個關鍵要素??晒芾硇院w三大領域:設備、軟件和安全性,并且可以一直延伸到管理現場員工的移動電腦和平板電腦的升級和維修上。
 
  遠程診斷、控制和維修能力可顯著提高設備可用性,提升維護和運營效率,特別是當資產分散在各地或難以訪問時(比如在地下、水下時)。
 
  數據模型還必須反映出復雜技術和運營挑戰的難題。虛擬化執行環境可幫助開發人員隔離不同的工作負載,運行多個操作系統并防止它們之間互相干擾,從而保護數百萬行計算代碼并提高控制系統可靠性。
 
  最后,使用內建到計算系統中的基于硬件的安全特性可創造一個可信執行環境,這個環境中只能添加經過驗證的軟件,以防止黑客在控制網絡中執行惡意軟件,避免造成安全問題。


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