受到新的市場(chǎng)法規、市場(chǎng)結構和國際能源轉型潮流的影響。為確保能源的可持續發(fā)展成為了如今政治、經(jīng)濟和社會(huì )的當務(wù)之急。在當前和未來(lái)技術(shù)發(fā)展的鼎力支持下，智能電網(wǎng)將更好地幫助企業(yè)滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的需求，提高供電的可靠性和質(zhì)量，改進(jìn)能源效率并將低碳能源整合到電網(wǎng)中。
本文從行業(yè)標準角度探討了智能電網(wǎng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，以及互聯(lián)互通的新智能電網(wǎng)如何被視為物聯(lián)網(wǎng)的良好典范進(jìn)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(lǐng)導業(yè)界的制造能力結合在一起。英特爾也有開(kāi)發(fā)主板芯片組、網(wǎng)卡、閃存、繪圖芯片、嵌入式處理器，與對通信與運算相關(guān)的產(chǎn)品等。
在1990年代時(shí)，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(yè)。在這段期間，英特爾成為PC微處理器的供應領(lǐng)導者，而且占領(lǐng)著(zhù)主導的市場(chǎng)地位，就像是微軟公司一樣支配著(zhù)PC工業(yè)的發(fā)展方向。
瞬息萬(wàn)變的環(huán)境
但同時(shí)，隨著(zhù)英特爾的主要競爭對手AMD，NVIDIA，Samsung及TSMC的快速發(fā)展，不斷的擠壓其原來(lái)的市場(chǎng)優(yōu)勢。英特爾也將其企業(yè)的價(jià)值鏈拓展到了其他行業(yè)；其中，能源行業(yè)的數據能源管理與物聯(lián)網(wǎng)成為了英特爾下一個(gè)亟需征服的領(lǐng)域。
根據英特爾的物聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)中所提及的，隨著(zhù)低碳技術(shù)的采用，能源系統正經(jīng)歷著(zhù)從需求驅動(dòng)到供應依賴(lài)型的轉變，電網(wǎng)已經(jīng)從本質(zhì)上開(kāi)始進(jìn)行轉變：
1.可再生能源的影響
隨著(zhù)太陽(yáng)能，陸上與海上風(fēng)電，生物質(zhì)能，熱電聯(lián)產(chǎn)等一系列的可持續能源接入電網(wǎng)，這種不可預測的間歇供電需求的增長(cháng)正在打亂微妙的供需關(guān)系平衡，給如今的用電限制和需求響應能力帶來(lái)了新的壓力。間歇供電需求的增長(cháng)也意味著(zhù)，某些電網(wǎng)區域在一天中特定時(shí)間所吸收的可再生能源發(fā)電量可能會(huì )大于其實(shí)際消耗量。
2.生產(chǎn)消費者去中心化現象
電網(wǎng)系統運營(yíng)商和公用事業(yè)企業(yè)正在失去其能源生產(chǎn)的壟斷地位。傳統的住宅、商業(yè)或工業(yè)級的能源消費者，如今也逐漸滲透到發(fā)電環(huán)節，挑戰著(zhù)從發(fā)電者到消費者的舊單向關(guān)系。無(wú)論是使用太陽(yáng)能電池板給一個(gè)家庭供暖，還是使用商業(yè)風(fēng)電場(chǎng)給整個(gè)超市供電，生產(chǎn)消費者都在創(chuàng )造一個(gè)由出于經(jīng)濟動(dòng)機的實(shí)體組成的金字塔，這些實(shí)體運營(yíng)或擁有一個(gè)包含發(fā)電負荷甚至能量存儲的電力系統。
因此，傳統的整體電網(wǎng)正在變?yōu)橐幌盗谢ヂ?lián)系統，包括超高壓電網(wǎng)和區域電網(wǎng)和乃至微電網(wǎng)。隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)的融入，電網(wǎng)的邊界將變得更加模糊。
智能電網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應用
從根本上說(shuō)，智能電網(wǎng)是一種通過(guò)數字化控制、監控和通信能力增強的發(fā)電、輸電和配電網(wǎng)絡(luò )。除了提供實(shí)時(shí)、雙向的電力流之外，智能電網(wǎng)還支持自動(dòng)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(chēng)為‘能耗互聯(lián)網(wǎng)’。并從設備中提取有價(jià)值、切實(shí)可用的數據進(jìn)行分析。物聯(lián)網(wǎng)的真正價(jià)值在于它能夠使無(wú)關(guān)聯(lián)的現有基礎架構中的數據發(fā)揮價(jià)值，收集關(guān)于電力供應鏈每個(gè)環(huán)節的數據后，系統運營(yíng)商可以使用強大的分析、仿真模型和假設場(chǎng)景更準確地預測從電網(wǎng)狀態(tài)到天氣條件的各種因素對其產(chǎn)生的影響。
與負荷預測分析相關(guān)的可能性和從被動(dòng)運營(yíng)到主動(dòng)運營(yíng)的轉變是智能電網(wǎng)最典型、最重要的特性之一。它可幫助電力公司和電網(wǎng)系統運營(yíng)商：
降低資本支出。通過(guò)智能電網(wǎng)，可更準確地匹配整個(gè)電網(wǎng)的供應和需求。公用事業(yè)企業(yè)可以通過(guò)負荷預測減少不必要的發(fā)電容量，滿(mǎn)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(yíng)的最優(yōu)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(yè)可以實(shí)施更多的節能計劃，包括需求響應、時(shí)段使用費和動(dòng)態(tài)定價(jià)。這可幫助平衡供需，最大限度減少過(guò)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(fā)電。公用事業(yè)企業(yè)能夠更有效地響應大規?？稍偕茉吹拈g歇性問(wèn)題和較小規模的分布式發(fā)電，同時(shí)仍確保供應安全。
降低維護成本。通過(guò)數據監控各種發(fā)電、輸電和配電資產(chǎn)的活動(dòng)可幫助企業(yè)執行遠程故障診斷，最大限度減少現場(chǎng)訪(fǎng)問(wèn)，提高預測維護能力，從而更高效地提供技術(shù)支持，使工程團隊專(zhuān)注于專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。
增強客戶(hù)參與。由于在放開(kāi)管制的市場(chǎng)中競爭，并滿(mǎn)足特定監管市場(chǎng)的節能目標，電力企業(yè)可以利用洞察來(lái)準確地了解客戶(hù)的使用模式，從而提供更有針對性、更有競爭力的產(chǎn)品和服務(wù)。
技術(shù)路線(xiàn)
隨著(zhù)電網(wǎng)從模擬向數字轉變，幾乎每一個(gè)設備和設備部件都需要內置安全且互聯(lián)的智能特性。此外，還需要對支持性的云和網(wǎng)絡(luò )基礎架構進(jìn)行增強，以保護數據，管理設備并執行數據分析。
若要實(shí)現智能電網(wǎng)的承諾，必須滿(mǎn)足四大技術(shù)標準：
1.安全性
安全性是關(guān)鍵：如果不具備安全性，智能電網(wǎng)將和所有數據網(wǎng)絡(luò )一樣，無(wú)法正常工作。電網(wǎng)是需要提供保護以防范網(wǎng)絡(luò )威脅的重要目標。作為一個(gè)大型分布式和互聯(lián)系統，智能電網(wǎng)成為了一個(gè)非常大的攻擊面，對關(guān)鍵元件的任何成功攻擊都會(huì )危害電網(wǎng)安全，導致整個(gè)系統斷電。
保護智能電網(wǎng)所需的網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)和最佳實(shí)踐包括：防病毒、防火墻、入侵防御系統、網(wǎng)絡(luò )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(jìn)的網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)，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(wǎng)絡(luò )一樣，智能電網(wǎng)的最終成功取決于各個(gè)設備和系統安全、可靠地互聯(lián)并相互共享信息的能力。
在智能電網(wǎng)中，通信分為兩類(lèi)：在相對封閉的環(huán)境（如家庭局域網(wǎng)絡(luò )或工業(yè)園區網(wǎng)絡(luò )）中傳輸數據所需的協(xié)議；從外部將數據傳輸回中心位置所需的協(xié)議。這將涉及各種協(xié)議，包括2G、3G、LTE、5G、LTN 和 WAN，并需要專(zhuān)業(yè)電信服務(wù)提供商、硬件和軟件公司的參與。
這需要基于開(kāi)放行業(yè)標準的通用框架，以便電網(wǎng)系統運營(yíng)商無(wú)需將其電網(wǎng)生態(tài)系統與一家公司的解決方案相關(guān)聯(lián)便可確?？苫ゲ僮鞯倪B接性。
3.分析
電網(wǎng)中可收集各種數據進(jìn)行分析，包括可提高維護計劃效率的實(shí)時(shí)運營(yíng)可視化，以及可實(shí)現更精準發(fā)電計劃和負載平衡的預測分析。從這些數百萬(wàn)個(gè)數據點(diǎn)中獲取切實(shí)可行的信息。
在能源生產(chǎn)中，可再生能源電廠(chǎng)可使用計算密集型仿真模型來(lái)更準確的預測能源需求，考慮天氣條件并優(yōu)化容量。例如，分析風(fēng)型可預測可能的發(fā)電量，在高風(fēng)速運行下何時(shí)能完全切斷發(fā)電。這些信息可用來(lái)解決間歇性問(wèn)題并減少旋轉備用。同樣，分析可幫助配電服務(wù)運營(yíng)商（DSO）、輸電服務(wù)運營(yíng)商（TSO） 和垂直整合的公用事業(yè)企業(yè)，實(shí)時(shí)優(yōu)化變電站的供電電壓和相機，從而提高能源效率。
隨著(zhù)電網(wǎng)的復雜性不斷增加，公用事業(yè)運營(yíng)商將需要分布在整個(gè)電網(wǎng)中的智能電表來(lái)做出直接影響運營(yíng)效率的實(shí)時(shí)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(lái)智能電網(wǎng)的能力至關(guān)重要。
4.可管理性
有了延伸數千公里的智能電網(wǎng)基礎架構、最終用戶(hù)場(chǎng)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(lèi)型的技術(shù)，設備和通信的可管理性是打造成功智能電網(wǎng)的第四個(gè)關(guān)鍵要素?？晒芾硇院w三大領(lǐng)域：設備、軟件和安全性，并且可以一直延伸到管理現場(chǎng)員工的移動(dòng)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(zhù)提高設備可用性，提升維護和運營(yíng)效率，特別是當資產(chǎn)分散在各地或難以訪(fǎng)問(wèn)時(shí)（比如在地下、水下時(shí)）。
數據模型還必須反映出復雜技術(shù)和運營(yíng)挑戰的難題。虛擬化執行環(huán)境可幫助開(kāi)發(fā)人員隔離不同的工作負載，運行多個(gè)操作系統并防止它們之間互相干擾，從而保護數百萬(wàn)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(chuàng )造一個(gè)可信執行環(huán)境，這個(gè)環(huán)境中只能添加經(jīng)過(guò)驗證的軟件，以防止黑客在控制網(wǎng)絡(luò )中執行惡意軟件，避免造成安全問(wèn)題。
