電網(wǎng)邊緣的智能化和可見(jiàn)性
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分析人士預(yù)測(cè)，到2050年，全球能源需求可能較當(dāng)前水平增長(zhǎng)逾兩倍1。 要在保持這一增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)脫碳，全球必須將可再生能源的部署規(guī)模擴(kuò)大9倍，并將電網(wǎng)效率提升一倍2。 因此，對(duì)涵蓋能源生產(chǎn)、分配、儲(chǔ)存和消費(fèi)的全流程進(jìn)行實(shí)時(shí)、整體的監(jiān)測(cè)和掌握，已不再是可有可無(wú)，而是必不可少。
電網(wǎng)的現(xiàn)代化絕不僅僅是增加可再生能源或儲(chǔ)能設(shè)施，而是從根本上重塑電網(wǎng)對(duì)實(shí)時(shí)能源需求的感知、分析和響應(yīng)能力。盡管太陽(yáng)能、風(fēng)能和儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)等去中心化能源資產(chǎn)迅猛增長(zhǎng)，但資產(chǎn)和能源流的可見(jiàn)性有限依然是一個(gè)核心挑戰(zhàn)。這一可見(jiàn)性缺口已成為公用事業(yè)公司的主要痛點(diǎn)，直接影響資本支出(CAPEX)、運(yùn)營(yíng)支出(OPEX)和安全規(guī)范的有效執(zhí)行。
電網(wǎng)常被稱(chēng)為世界上最大的機(jī)器裝置，誕生于一個(gè)多世紀(jì)前，當(dāng)時(shí)采用“中心輻射式”設(shè)計(jì)，電能從大型發(fā)電站單向輸送至用戶。這種集中式模式適合昔日較為簡(jiǎn)單且可預(yù)測(cè)的能源環(huán)境。
然而，這種集中式電網(wǎng)模式已越來(lái)越不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展。它既無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的能源需求，也難以整合分布式能源資源(DER)，同時(shí)在應(yīng)對(duì)突發(fā)中斷時(shí)韌性不足。于是，去中心化電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生：它將小型、分布式發(fā)電資源融入大電網(wǎng)中，因而輸電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)程度更高。這一架構(gòu)支持能源雙向流動(dòng)，傳統(tǒng)消費(fèi)者升級(jí)為產(chǎn)消者, 能夠?qū)⒏挥嚯娏u(mài)給電網(wǎng)，從而催生出全新的能源市場(chǎng)。
這種去中心化的電網(wǎng)架構(gòu)雖然提升了電網(wǎng)的強(qiáng)韌性，但同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)峻的可見(jiàn)性挑戰(zhàn)。數(shù)量龐大的表后資產(chǎn)，使得電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商難以進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)中斷。
可見(jiàn)性使洞察成為可能，進(jìn)而推動(dòng)智能化。為了管理日益復(fù)雜的能源生態(tài)系統(tǒng)，全面的電網(wǎng)級(jí)智能化必不可少。可見(jiàn)性對(duì)于實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)至關(guān)重要：
平衡能源的生產(chǎn)、使用和儲(chǔ)存： 確保能源資源得到有效利用，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)能力最大化。
監(jiān)測(cè)資產(chǎn)健康狀況：檢測(cè)、定位、預(yù)測(cè)故障，避免停機(jī)并確保安全。
整合分布式能源資源(DER)： 在接入新資產(chǎn)的同時(shí)，維護(hù)電力質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定。
發(fā)揮產(chǎn)消者作用：借助電動(dòng)汽車(chē)(EV)等技術(shù)，讓消費(fèi)者能夠參與電網(wǎng)運(yùn)行。
電網(wǎng)必須具備快速響應(yīng)能力，以應(yīng)對(duì)不斷變化的能源消費(fèi)模式、突發(fā)中斷和異常情況。隨著電網(wǎng)復(fù)雜性的攀升，尤其是隨著DER接入規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)電網(wǎng)的物理和電氣連接進(jìn)行準(zhǔn)確建模變得不可或缺。這要求電網(wǎng)管理系統(tǒng)必須加強(qiáng)各環(huán)節(jié)間的協(xié)調(diào)、實(shí)現(xiàn)不間斷的監(jiān)測(cè)，并具備實(shí)時(shí)智能決策能力。
傳統(tǒng)智能系統(tǒng)依賴(lài)于具備高帶寬連接的集中式數(shù)據(jù)中心，在處理數(shù)據(jù)密集型計(jì)算任務(wù)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。然而，面對(duì)智能電網(wǎng)對(duì)超低延遲、高能效和實(shí)時(shí)性能的嚴(yán)苛要求，傳統(tǒng)系統(tǒng)便力有不逮。此外，這種集中式系統(tǒng)在數(shù)據(jù)隱私保護(hù)和安全性方面也存在局限。
在此背景下，在電網(wǎng)邊緣部署分布式智能變得至關(guān)重要。邊緣端是模擬感知與數(shù)字化融合的地方，支持多點(diǎn)決策，從而實(shí)現(xiàn)更靈敏、更高效、更安全的解決方案。讓決策能力更貼近能源源頭，有助于優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行，提升系統(tǒng)強(qiáng)韌性。
要實(shí)現(xiàn)可靠的電網(wǎng)智能化，必須識(shí)別集中式控制與分布式控制的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮協(xié)同作用，通過(guò)靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化處理能力。
可再生能源發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車(chē)、家居設(shè)施、工業(yè)設(shè)施等現(xiàn)代能源資產(chǎn)的分布式特征，推動(dòng)了智能邊緣的興起。在這一架構(gòu)下，來(lái)自傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)可以在本地處理，從而實(shí)現(xiàn)更快速、更精準(zhǔn)的決策。在變電站、電池包、工廠、數(shù)據(jù)中心等能源網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署邊緣智能，可獲取實(shí)時(shí)洞察，進(jìn)而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)韌性、響應(yīng)能力和運(yùn)行效率。
將高效能源管理拓展到表后應(yīng)用，為個(gè)人和企業(yè)參與能源轉(zhuǎn)型打開(kāi)了廣闊空間。從數(shù)據(jù)中心到微電網(wǎng)，再到家庭能源管理系統(tǒng)，邊緣智能不僅能提升能效、保障電力質(zhì)量、節(jié)約成本，還能為產(chǎn)消者提供一套先進(jìn)完善的解決方案。
能源管理已不再是單純的集中式控制，而是讓設(shè)備、傳感器和系統(tǒng)能夠在需要的時(shí)候自主決策，從而推動(dòng)電網(wǎng)優(yōu)化邁向新的高度。
電網(wǎng)現(xiàn)代化是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，但也蘊(yùn)含著通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策釋放潛在價(jià)值的機(jī)遇。我們必須充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)整合新技術(shù)，以推進(jìn)數(shù)字化和平臺(tái)化，促成多方價(jià)值共創(chuàng)。
以數(shù)據(jù)為中心的電網(wǎng)現(xiàn)代化方法，要求實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)全層級(jí)的可見(jiàn)性，從輸電網(wǎng)絡(luò)一直到最小的配電節(jié)點(diǎn)和計(jì)量點(diǎn)全都涵蓋在內(nèi)。通過(guò)收集和分析數(shù)據(jù)，我們能夠識(shí)別低效環(huán)節(jié)，優(yōu)化投資，確保更準(zhǔn)確地評(píng)估現(xiàn)代化改造帶來(lái)的影響。
此外，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上部署智能后，會(huì)形成一個(gè)反饋循環(huán)，從而持續(xù)推動(dòng)現(xiàn)代化升級(jí)，并改善投資回報(bào)率(ROI)。
高效推進(jìn)電網(wǎng)現(xiàn)代化，充分提升電網(wǎng)利用率。
機(jī)遇一：促進(jìn)分布式能源資源(DER)的采用和電氣化應(yīng)用的普及
利用基礎(chǔ)硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)部署簡(jiǎn)化、規(guī)模擴(kuò)展和全面可見(jiàn)性。ADI公司已開(kāi)發(fā)了涵蓋 電源轉(zhuǎn)換、能源管理和儲(chǔ)能領(lǐng)域的關(guān)鍵解決方案，助力推動(dòng)這一轉(zhuǎn)型。機(jī)遇二：增強(qiáng)邊緣處理能力
在邊緣端對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理和解譯，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)洞察和分布式控制。降低數(shù)據(jù)復(fù)雜性，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，充分發(fā)揮集中式與分布式處理的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同。機(jī)遇三：打造電網(wǎng)級(jí)智能
依托深度互聯(lián)、響應(yīng)迅速的網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化云端和邊緣端的特定應(yīng)用處理能力，并通過(guò)聚合元數(shù)據(jù)，為整個(gè)電網(wǎng)提供全面的智能支持。
能源的未來(lái)取決于我們?nèi)绾卫秒娋W(wǎng)邊緣的智能技術(shù)來(lái)推動(dòng)創(chuàng)新，以及這種創(chuàng)新將對(duì)世界產(chǎn)生怎樣的影響。以下技術(shù)已被應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景：
可再生能源發(fā)電——優(yōu)化輸出并整合風(fēng)能、太陽(yáng)能等不穩(wěn)定能源。
儲(chǔ)能系統(tǒng)——確保可再生能源的高效儲(chǔ)存和調(diào)度。
輸配電——監(jiān)測(cè)和管理龐大網(wǎng)絡(luò)中的能源流動(dòng)。
高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)和分表——向消費(fèi)者和公用事業(yè)公司提供實(shí)時(shí)消費(fèi)數(shù)據(jù)，并監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量。
電動(dòng)車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施——將電動(dòng)汽車(chē)充電環(huán)節(jié)納入整體電網(wǎng)體系。
數(shù)據(jù)中心——借助更靈活的能耗管理和與電網(wǎng)的交互能力，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心持續(xù)發(fā)展。
為將智能化延伸到電網(wǎng)邊緣端，能源行業(yè)需要在非接觸式檢測(cè)、本地處理、交互式軟件、模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。通過(guò)發(fā)掘集中式智能與分布式智能的協(xié)同潛力，可以加速電網(wǎng)數(shù)字化進(jìn)程，并推動(dòng)可再生能源發(fā)電、儲(chǔ)能、輸配電、智能電表、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的新一輪技術(shù)進(jìn)步。
電網(wǎng)現(xiàn)代化已是必然趨勢(shì)，必須通過(guò)系統(tǒng)化方法加以推進(jìn)。那些在能源電網(wǎng)交叉領(lǐng)域擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的頭部企業(yè)，能夠幫助加速這一轉(zhuǎn)變，將電網(wǎng)打造成分布式智能中心。
下一階段將要求持續(xù)創(chuàng)新，并堅(jiān)定踐行可持續(xù)發(fā)展理念。能源生態(tài)系統(tǒng)必須更加靈活、高效、智能，在保證電力可靠供應(yīng)的同時(shí)，助力全球社區(qū)在快速變化的時(shí)代背景下蓬勃發(fā)展。
1“Global Energy Perspective 2024”，麥肯錫咨詢(xún)公司，2025年9月
2ADI的分析，所依據(jù)的數(shù)字出自“The economic transformation: What would we change in the net-zero transition”一文，麥肯錫咨詢(xún)公司，2022年1月24日。
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