近年來，我國電力消耗持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)用電和商業(yè)用電都在不斷增加，這也直接提高了生產(chǎn)和生活成本，同時(shí)在電力使用中也存在著不必要的浪費(fèi)現(xiàn)象。針對(duì)以上問題我國逐漸興起了智慧能源解決方案，智慧能源一般借助能源互聯(lián)網(wǎng)，將電、水、氣等能源數(shù)據(jù)化，利用IPv6、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將能源產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化，動(dòng)態(tài)管理能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)，達(dá)到提高效率、節(jié)能減排等作用。而智慧能源系統(tǒng)在電力節(jié)能上尤為突出，近幾年已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

我國用電量持續(xù)增長(zhǎng) 限電和節(jié)能成為首要問題

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國民用電需求也持續(xù)走高，2017年，全社會(huì)用電量首次突破6萬億千瓦時(shí)大關(guān)，達(dá)到6.3077萬億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)6.6%，電力消費(fèi)達(dá)到3萬億以上，這也創(chuàng)造了新高。

表1 2010-2017年全國用電量及增速（單位億瓦時(shí)/%）

（資料來源：中國電力年度發(fā)展報(bào)告）

然而在電力大規(guī)模應(yīng)用之后也相應(yīng)的面臨著一些問題。目前我國電力消耗還是以第二產(chǎn)業(yè)為主，我國工業(yè)生產(chǎn)中的耗電占到了相當(dāng)大的一部分。在用電高峰電力短缺的環(huán)境下，對(duì)高耗能產(chǎn)業(yè)的影響整體上是負(fù)面的，而且部分缺電嚴(yán)重的省市高耗電企業(yè)可能面臨“拉閘限電”的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)國家能源局對(duì)投入產(chǎn)出的多個(gè)行業(yè)電力消耗情況進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果顯示除電力行業(yè)自身外，鋼鐵、建材、有色、化工和石化等五大行業(yè)是中國耗電最高的五個(gè)行業(yè)，這些行業(yè)面對(duì)“電荒”將首當(dāng)其沖，成為“拉閘限電”的重點(diǎn)對(duì)象，一旦對(duì)企業(yè)限電，將會(huì)極大地打亂企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)劃，企業(yè)將會(huì)受到一定的經(jīng)濟(jì)損失。此外，在工業(yè)生產(chǎn)中的用電成本也給企業(yè)造成了一定的負(fù)擔(dān)，而電力成本不僅表現(xiàn)為直接消耗的影響，而且還可以通過產(chǎn)業(yè)鏈的價(jià)格傳導(dǎo)對(duì)行業(yè)成本產(chǎn)生影響。如化工行業(yè)對(duì)電力的完全消耗，不僅包括生產(chǎn)過程中直接消耗的電力，還涉及到產(chǎn)業(yè)鏈上游電力消耗包括：基礎(chǔ)化學(xué)、石油、燃料、電力、采礦業(yè)，這些電力成本都會(huì)間接承壓到生產(chǎn)企業(yè)。長(zhǎng)此以來，解決電力限制，降低用電成本也成為企業(yè)必須解決的難題。

除了工業(yè)用電外商用和民用電力也面臨著一些困擾，目前一些園區(qū)、校園、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、居民住宅區(qū)等大型公共區(qū)域也急需解決電力消耗過大、用電成本較高的難題。目前我國電力實(shí)行峰谷分時(shí)電價(jià)，峰時(shí)和谷時(shí)價(jià)格相差較大，以江蘇省為例，峰時(shí)電價(jià)1.0697元/度，平價(jià)0.6418元/度，谷時(shí)電價(jià)0.3139元/度，峰谷電價(jià)相差3倍多，而這些大型公共區(qū)域用電高峰也主要集中在峰時(shí)，這也帶來一筆額外的開支。

針對(duì)這些問題，急需一個(gè)解決方案，而智慧能源系統(tǒng)在發(fā)電、輸電、配電和用電環(huán)節(jié)都能起到很好的優(yōu)化效果，在發(fā)電側(cè)方面，用于負(fù)荷調(diào)節(jié)，平滑間歇性能源，提高新能源消納，提高備用電網(wǎng)容量等；在輸配電方面，用于提高電能質(zhì)量，降低線路損耗，提高輸配電設(shè)備利用率，延緩增容需求；在用戶側(cè)方面，用于提高分布式能源消納、削峰填谷、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、平抑負(fù)荷、降低用電費(fèi)用，提高供電可靠性和電能質(zhì)量。經(jīng)過多年的發(fā)展，智慧能源系統(tǒng)已經(jīng)較多的應(yīng)用到日常的生產(chǎn)生活中，其帶來的能源優(yōu)化及電力節(jié)能效果十分顯著。

智慧能源電力管理系統(tǒng)應(yīng)用范圍較廣 主要包括工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)用電

出于用電成本和節(jié)能環(huán)保的目的，智慧能源中的電力管理系統(tǒng)已經(jīng)有較多的應(yīng)用。一般電力管理系統(tǒng)也要與相應(yīng)的節(jié)能設(shè)備結(jié)合使用才能起到最佳效果。能源端主要以分布式光伏、分布式風(fēng)電、余熱發(fā)電、電儲(chǔ)能還有儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱等供能形式。其應(yīng)用場(chǎng)景除了大型園區(qū)、工業(yè)廠房還包括一些獨(dú)立的居民樓、商業(yè)樓、校園、醫(yī)院等大型公共區(qū)域。

圖1 我國電力配網(wǎng)應(yīng)用主要場(chǎng)所

（資料來源：國金證券）  

     （1）工業(yè)應(yīng)用
      智慧能源電力節(jié)能系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)園區(qū)或工廠應(yīng)用較多，其帶來的效益也更加明顯，但是整個(gè)節(jié)能系統(tǒng)配套設(shè)備較多且成本相對(duì)較高，整體采用的節(jié)能方式為“節(jié)能系統(tǒng)+節(jié)能設(shè)備”的聯(lián)合使用。工廠一般處于連續(xù)工作狀態(tài)，工廠內(nèi)照明系統(tǒng)也是損耗電能的一大部分，在智慧能源系統(tǒng)有相應(yīng)的節(jié)能手段，系統(tǒng)會(huì)對(duì)照明時(shí)間段、照明覆蓋范圍進(jìn)行合理計(jì)算，同時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)廠區(qū)照明用電量，對(duì)照明用電進(jìn)行合理分配，最大限度的降低無效照明率。同時(shí)針對(duì)整個(gè)廠區(qū)的用電環(huán)境，廠區(qū)一般會(huì)建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)及儲(chǔ)能系統(tǒng)，這兩部分也直接由智慧能源系統(tǒng)所控制，在用電低谷時(shí)光伏發(fā)電及電網(wǎng)配電會(huì)進(jìn)入儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存，在用電高峰期則優(yōu)先采用儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力，起到一個(gè)削峰填谷的用，最大限度地降低用電成本，同時(shí)避免“拉閘限電”現(xiàn)象的發(fā)生，維持工廠的正常運(yùn)行。除此以外電力節(jié)能系統(tǒng)還可以綜合調(diào)節(jié)電力應(yīng)用，對(duì)整個(gè)工廠的電力起到能耗統(tǒng)計(jì)、在線監(jiān)測(cè)、異常報(bào)警、用能診斷等作用。

智慧能源在工業(yè)中應(yīng)用案例很多，如在河北保定英利集團(tuán)廠區(qū)內(nèi)就建設(shè)了智慧能源管理系統(tǒng)，在園區(qū)實(shí)驗(yàn)樓上安裝了大量太陽能發(fā)電板，這套光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量為605千瓦時(shí)，除此以外廠區(qū)內(nèi)還安裝了200千瓦時(shí)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、1.5千瓦時(shí)的飛輪儲(chǔ)能，和100千瓦時(shí)的柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。這些發(fā)電單元構(gòu)成了工業(yè)園區(qū)的供電系統(tǒng)，并結(jié)合建筑大樓負(fù)荷構(gòu)建具備并網(wǎng)和離網(wǎng)運(yùn)行能力的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。這些電力能源統(tǒng)一由廠區(qū)內(nèi)的智慧能源系統(tǒng)控制，廠區(qū)白天用負(fù)荷較大，且處于用電峰值期間，電價(jià)較高，這一階段智慧能源系統(tǒng)則啟用光伏發(fā)電系統(tǒng)首先為負(fù)載供電，在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，飛輪儲(chǔ)能聯(lián)合電池儲(chǔ)能可以平抑光伏的功率波動(dòng)，保證公共連接點(diǎn)的電能質(zhì)量。在夜間廠區(qū)負(fù)荷較小且處于谷時(shí)，電價(jià)較低，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行儲(chǔ)能。同時(shí)在電網(wǎng)出現(xiàn)故障或者大范圍整修時(shí)，智慧能源系統(tǒng)也會(huì)監(jiān)測(cè)、預(yù)警及修復(fù)，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)儲(chǔ)能電源或者柴油電機(jī)發(fā)電，保證工廠的正常運(yùn)行。據(jù)測(cè)算，605千瓦時(shí)光伏系統(tǒng)平均每年產(chǎn)生39萬千瓦時(shí)電能，與同等電量火電廠相比，相當(dāng)于每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約137噸，減排二氧化碳316噸這將大大助力工業(yè)園區(qū)的節(jié)能減排。同時(shí)光伏系統(tǒng)結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)和電力優(yōu)化系統(tǒng)，在電力消費(fèi)方面每年為企業(yè)可以節(jié)約近百萬元。

（2）商業(yè)應(yīng)用
      除了在工業(yè)應(yīng)用中以外，智慧能源在商用和民用中應(yīng)用也較多，主要可以安裝在小型園區(qū)、商區(qū)、居民住宅小區(qū)，及各類大型公共區(qū)域如校園、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)等用電集中區(qū)域。這些區(qū)域中的智慧能源廣泛應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，打造多種能源融合互補(bǔ)的優(yōu)化配置平臺(tái)，在這些區(qū)域中一般還建設(shè)有儲(chǔ)能電站、虛擬電廠等項(xiàng)目，配合電力管理系統(tǒng)，將進(jìn)一步提升用戶的用電質(zhì)量，降低電力使用費(fèi)用，通過多維度的信息處理技術(shù)為用戶提供全方位的節(jié)能服務(wù)。智慧能源通過物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，用戶可建立電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握整個(gè)區(qū)域內(nèi)的電力使用及消耗情況，此外，針對(duì)不同類別區(qū)域中的工商業(yè)、公共區(qū)域、社區(qū)等用戶的差異化用電需求，智慧能源還將提供定制化綜合能源管家式服務(wù)，為區(qū)域用電降低成本提供支持。

智慧能源系統(tǒng)在商業(yè)或居民用電中也得到了較多的應(yīng)用，以天津地區(qū)為例，天津市北辰商務(wù)中心搭建了智慧能源系統(tǒng)，通過新能源自發(fā)自用、儲(chǔ)能系統(tǒng)峰谷電價(jià)的差值、地源熱泵效率提升、管控平臺(tái)的智慧控制使得整個(gè)北辰商務(wù)中心全年總節(jié)能量達(dá)220萬千瓦時(shí)，節(jié)省費(fèi)用超過149萬元。在天津的全運(yùn)村也建設(shè)了智慧能源項(xiàng)目，其中電力管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)及修復(fù)能力最為優(yōu)異，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)智慧能源系統(tǒng)快速啟動(dòng)解決程序，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障區(qū)的自動(dòng)隔離，降低斷電范圍，同時(shí)啟動(dòng)修復(fù)程序，使電網(wǎng)故障處置時(shí)間縮短到“分鐘級(jí)”，非故障區(qū)域內(nèi)客戶的恢復(fù)供電時(shí)間也大大縮短，用戶平均故障停電時(shí)間由原先的56.5分鐘縮短至3分鐘以內(nèi)，在全運(yùn)村示范區(qū)的供電可靠性達(dá)到99.9994%，達(dá)到世界一流水平。

結(jié)語

隨著能源結(jié)構(gòu)的不斷變革及需求的持續(xù)更新，傳統(tǒng)能源管理系統(tǒng)已經(jīng)不再滿足當(dāng)前的需求，需要結(jié)合大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)打造智慧能源系統(tǒng)。尤其是在電力領(lǐng)域?qū)τ谥腔勰茉吹男枨蟾悠惹校瑹o論是在工業(yè)、商業(yè)還是民用領(lǐng)域，智慧能源都能得以應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新及人們節(jié)能意識(shí)的不斷提高，智慧能源系統(tǒng)將會(huì)大有可為。