一、概念

　　(1)能源互聯(lián)網(wǎng)的概念

　　根據(jù)清華大學能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院定義，能源互聯(lián)網(wǎng)分為三個層次：首先，是物理基礎層面，能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力為主，氣、熱、水等多種能源互補融合的網(wǎng)絡，涵蓋能源生產(chǎn)、存儲、能源傳輸、能源轉換和能源消費多個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)能源利用的最優(yōu)化和綠色能源利用的最大化。其次，是物理和信息融合層面，能源互聯(lián)網(wǎng)是信息、物理融合的網(wǎng)絡，為實現(xiàn)能源信息共享、各種能源協(xié)同優(yōu)化，信息網(wǎng)絡是物理網(wǎng)絡的大腦，讓物理網(wǎng)絡更有智慧。最后，是價值挖掘層面，通過創(chuàng)新的商業(yè)模式、互聯(lián)網(wǎng)的思維來改變整個能源產(chǎn)業(yè)鏈。

　　(2)能源互聯(lián)網(wǎng)的內涵

　　根據(jù)國務院[2015]40號文《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》，能源互聯(lián)網(wǎng)內涵廣泛，主要涉及：

　　a)推進能源生產(chǎn)智能化。包括能源生產(chǎn)的運行監(jiān)測、故障診斷、負荷預測、信息共享、協(xié)同運行、精準調度、智能管理、安全高效等。

　　b)建設分布式能源網(wǎng)絡。包括光伏和風力發(fā)電站建設，儲能、微網(wǎng)、主動配電網(wǎng)技術研究，實現(xiàn)能源和信息的雙向流動等。

　　c)探索能源消費新模式。包括電力市場交易，電動汽車、港口岸電等電能替代技術應用，電力需求側管理，用戶端智能化用能，能源共享經(jīng)濟等。

　　d)發(fā)展基于電網(wǎng)的通信設施和新型業(yè)務。包括能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信系統(tǒng)、家庭能效管理等。

　　二、分布式光伏與能源互聯(lián)網(wǎng)的結合

　　分布式光伏是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成元素。本文將從推動分布式光伏發(fā)展、促進能源互聯(lián)網(wǎng)建設的角度，探討分布式光伏如何與能源互聯(lián)網(wǎng)結合，主要包括分布式光伏發(fā)電智能化、分布式光伏能源網(wǎng)絡、分布式光伏電能利用模式、分布式光伏通信網(wǎng)絡和新型業(yè)務。

　　(1)分布式光伏發(fā)電智能化

　　a)分布式光伏智能生產(chǎn)運營

　　分布式光伏智能生產(chǎn)運營內容：提升光伏發(fā)電生產(chǎn)信息化建設水平，實現(xiàn)光伏發(fā)電生產(chǎn)管理精細化、分析智能化、決策科學化、信息數(shù)字化、運行自動化和作業(yè)標準化。

　　管理精細化，主要是指對設備的全壽命周期管理，對人員行為的全方位管理，對財務費用的實時計算。分析智能化，主要是指對光伏發(fā)電設備性能和故障、太陽能資源、光伏電站運行等數(shù)據(jù)的綜合分析。決策科學化，主要是指對電站選址、發(fā)電設備采購、發(fā)電備件管理、發(fā)電維護模式的科學決策。信息數(shù)字化，主要是指生產(chǎn)監(jiān)控、管理及分析的資料和過程全面數(shù)字化。運行自動化，主要是指設備點檢自動化，光伏電站功率準確預報。作業(yè)標準化，主要是指光伏發(fā)電運行、維護和檢修知識的積累、經(jīng)驗的沉淀和行為的規(guī)范。

　　b)分布式光伏與虛擬電廠

　　虛擬發(fā)電廠是將一定區(qū)域內的傳統(tǒng)發(fā)電廠、分布式電源、可控負荷和儲能系統(tǒng)有機結合，通過一個控制中心的管理，合并為一個整體參與電網(wǎng)運行和電力市場。

　　分布式光伏通常安裝在工廠屋頂或商業(yè)地產(chǎn)屋頂，在工廠內通常可能具備了冷藏倉庫、空調系統(tǒng)、熱泵等可調負荷，通過虛擬電廠控制中心，可以優(yōu)化虛擬電廠范圍內各組成對象的能源供應(即分布式光伏的發(fā)電計劃和可調負荷的供電計劃)，并預測發(fā)電和用電負荷信息，提供發(fā)電和用電負荷的費用信息。

傳統(tǒng)電廠與虛擬電廠的電量交易

　　虛擬電廠控制軟件功能包括：發(fā)電單元監(jiān)視和優(yōu)化調度、新能源發(fā)電功率預測、用電負荷預測和管理、數(shù)據(jù)分析、費用成本計算等。

　　c)分布式光伏與功率預測

　　通過對光伏電站運行數(shù)據(jù)、輻照信息和中長期氣象數(shù)據(jù)的分析、對比及數(shù)據(jù)挖掘，采用光伏電站局地高分辨率數(shù)值天氣預報模型，對光伏電站所在區(qū)域未來1-3天的氣象要素進行預測，同時結合光伏電站歷史運行數(shù)據(jù)的功率預測模型，將數(shù)值氣象數(shù)值模式的預測結果轉換成光伏電站的功率輸出。

　　其中數(shù)值天氣預報采用WRF數(shù)值氣象模式，利用高分辨率的地形、地貌、水陸分布等數(shù)據(jù)，結合觀測資料進行數(shù)據(jù)同化，建立光伏電站局地氣象預報模型;功率預測模型主要是通過建立單臺逆變器歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法，消除地形和位置所帶來的微環(huán)境影響，結合設備狀態(tài)及運行工況，給出光伏電站未來有功功率的時間序列。

　　(2)分布式光伏能源網(wǎng)絡

　　a)分布式光伏與儲能

　　儲能技術是解決分布式光伏功率輸出不穩(wěn)定、電能質量不符合電網(wǎng)要求的重要手段。

　　光伏電站儲能方式較為成熟的主要是化學儲能，化學儲能主要有鈉硫電池儲能、液流電池儲能、磷酸鐵鋰電池儲能、鉛酸電池儲能及超級電容器等多種形式。

　　鈉硫電池具有能量密度大、充電效率高的優(yōu)點，但是由于需要在高溫下工作，具有一定的安全隱患，而且生產(chǎn)工藝復雜，目前專利權主要掌握在日本公司手中，成本相對較高。

　　液流礬電池具有能量密度較高，放電深度可達100%的優(yōu)點，但是由于正負極電解液容易交叉污染，對環(huán)境影響較大，目前還需解決一些問題后方可大規(guī)模推廣。

　　超級電容器儲能一般作為快速響應的儲能系統(tǒng)，由于能量密度低及單位成本高，不適合整體作為大型儲能系統(tǒng)配置，可作為大型儲能系統(tǒng)的補充。

　　鉛酸蓄電池是目前最為成熟的儲能系統(tǒng)方案，具有技術成熟、成本低廉、可構建大規(guī)模儲能系統(tǒng)的優(yōu)點。但是其對運行溫度要求較高，且儲能密度低，放電深度低(常規(guī)放電深度應不超過30%，特殊運用也不應超過50%)，充放電次數(shù)有限的缺點，制約了在大型儲能系統(tǒng)，特別是氣候惡劣、交通不便的西部微網(wǎng)系統(tǒng)中的應用。鉛酸蓄電池在制作過程中產(chǎn)生的酸霧也對環(huán)境造成污染，不利于環(huán)保方面的要求。

　　磷酸鐵鋰電池是近幾年發(fā)展較為迅速的一類電池，由于其具有能量密度較高、循環(huán)壽命較長、放電深度較大、放電電流大的特點，被大家所看好。磷酸鐵鋰電池正常運行時放電深度可達80%以上，其成組后的充放電次數(shù)也能達到1500次以上，非常適合作為需要頻繁充放電的系統(tǒng)。但是磷酸鐵鋰電池對充放電系統(tǒng)控制的要求較高，這也在一定程度上制約了其發(fā)展。

　　b)分布式光伏與微網(wǎng)

　　微網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，能促進分布式能源的大規(guī)模接入，實現(xiàn)內部電源和負荷的一體化運行，并通過和主電網(wǎng)的協(xié)調控制，可平滑接入主網(wǎng)或獨立自治運行，充分滿足用戶對電能質量、供電可靠性和安全性的要求。

　　根據(jù)美國電氣可靠性技術解決方案聯(lián)合會(CERTS)給出的定義，微網(wǎng)是一種由負荷和分布式電源共同組成的系統(tǒng)，它可同時提供電能和熱能;微網(wǎng)內部的電源主要由電力電子器件負責能量的轉換，并提供必需的控制。微網(wǎng)相對于外部電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，可同時滿足用戶對電能質量和供電安全等的要求。

微網(wǎng)結構示意圖

　　微網(wǎng)包括發(fā)電、傳輸、存儲、分配和用電全過程，具有內部分布式電源種類和并網(wǎng)形式多樣等特點，存在獨立運行和聯(lián)網(wǎng)運行兩種模式。

　　微網(wǎng)相關技術體系主要涉及：微網(wǎng)計算與仿真、微網(wǎng)可靠性分析、微網(wǎng)設計與規(guī)劃、微網(wǎng)儲能、微網(wǎng)保護及接地、微網(wǎng)通信、微網(wǎng)運行與控制、微網(wǎng)能量管理、微網(wǎng)電能質量。

　　c)分布式光伏與主動配電網(wǎng)

　　主動配電網(wǎng)是可以綜合控制分布式能源(分布式發(fā)電、柔性負載和儲能)的配電網(wǎng)，可以使用靈活的網(wǎng)絡構架實現(xiàn)潮流的有效管理，分布式能源在其合理的監(jiān)管環(huán)境和接入準則基礎上承擔對系統(tǒng)一定的支撐作用。

　　分布式光伏通過自動有功無功調節(jié)技術的應用和配套儲能裝置，減少功率波動，并提供一定的無功支撐能力。

　　分布式光伏應滿足GB/T19964-2012光伏電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定的要求，具備有功功率連續(xù)平滑調節(jié)的能力，應能夠接收并自動執(zhí)行電網(wǎng)調度機構下達的有功功率及有功功率變化的控制指令，同時，分布式光伏并網(wǎng)逆變器應滿足額定有功出力下功率因素在超前0.95-滯后0.95的范圍內動態(tài)可調。

　　分布式光伏通過配備的小型儲能裝置，可以對其輸出功率進行平滑，可以減少對電網(wǎng)的沖擊。

　　(3)分布式光伏電能利用模式

　　a)分布式光伏與電動汽車

　　相對傳統(tǒng)基于電網(wǎng)的電動汽車充電方式來說，太陽能充電成本目前依然相對較高。但對于建設了分布式電站的屋頂來說，如果就地消納比例不高，增加電動汽車充電樁，是有效消納光伏電站所發(fā)電量的途徑。

　　b)分布式光伏與電力需求側管理

　　電力需求側管理是指通過采取有效的激勵措施，引導電力用戶改變用電方式，提高終端用電效率，優(yōu)化資源配置，改善和保護環(huán)境，實現(xiàn)最小成本電力服務所進行的用電管理活動，是促進電力工業(yè)與國民經(jīng)濟、社會協(xié)調發(fā)展的一項系統(tǒng)工程。

　　對于余量上網(wǎng)的居民用戶分布式光伏發(fā)電站，如果存在可調負荷，可通過積極參與需求側響應，增加相應時段的上網(wǎng)電量，獲取相應的激勵費用，提高項目的經(jīng)濟性。

　　c)分布式光伏與用戶端智能化用能

　　智能用電是將供電端到客戶端的重要設備，通過靈活的電力網(wǎng)絡、高效設備和信息網(wǎng)絡相連，形成高效完整的用電和信息服務體系，并對其中信息加以整合分析，指導用戶或直接進行用電方式優(yōu)化，提高供電質量，優(yōu)化資源。

　　能源互聯(lián)網(wǎng)通過在分布式發(fā)電設備、儲能設備、用電設備等環(huán)節(jié)部署各類傳感器和數(shù)據(jù)采集控制單元，實現(xiàn)發(fā)電、用電、環(huán)境及安全數(shù)據(jù)的實時采集，實現(xiàn)用電智能化，提升能源效率，保障能源安全。

　　示例：Ayla

　　Ayla是一個成立于2010年的物聯(lián)網(wǎng)云平臺服務提供商，它與芯片制造商合作，面向家電制造商提供物聯(lián)網(wǎng)服務，使其生產(chǎn)的家電具有智能控制的功能。一方面綁定芯片制造商，一方面直接面向家電制造商。

　　睡覺前打開手機應用，于是燈自動關閉，空調定時運轉，音樂的音量漸漸降低伴你入眠……這是對智能家居最基本的想象。Ayla想要“簡單地連接一切”。家電到了消費者手里，下載應用或登入網(wǎng)站，即可按照說明書激活自己的Ayla賬戶，接入Ayla云平臺。各個終端的Ayla系統(tǒng)一旦被激活，Ayla的云平臺就開始收集來自終端的數(shù)據(jù)，處理之后再迅速傳遞給家電使用者，用戶通過應用客戶端或網(wǎng)頁界面發(fā)出指令，就可以簡便地遠程監(jiān)測或管理自己的家電了。

　　Ayla  最大的優(yōu)勢在于它提供的是一個云平臺，十幾個人的團隊依然可以處理龐大的數(shù)據(jù)，無需實驗室或生產(chǎn)線上大量的科研人員和制造人員。Ayla引以為傲的就是云平臺的靈活性，可以支持多種操作系統(tǒng)和傳輸標準如Wi-Fi、藍牙、Zigbee、Linux、Android以及iOS。

　　同時，它可以依據(jù)不同廠商的要求，設置賣給對方的Ayla系統(tǒng)，以決定從家電中收集什么數(shù)據(jù)、給用戶終端發(fā)送什么數(shù)據(jù)。比如，一個寵物碗生產(chǎn)商所需要信息就是碗里的水或食物是否空了，如果收到的信息是“空了”，用戶在App端就可以通過動動手指來給寵物加水或食物;而恒溫器制造商，需要的就是溫度數(shù)據(jù)。

　　示例：Auto Grid

　　AutoGrid 的核心為其能源數(shù)據(jù)云平臺--Energy Data  Platform(EDP)，它收集并處理其客戶接入智能電網(wǎng)的智能儀表等設備的數(shù)據(jù)，面向其客戶或合作者提供DROMS--需求響應優(yōu)化及管理系統(tǒng) (Demand  Response Optimization and Management System)。

　　DROMS從已存在的  AMI系統(tǒng)、有線網(wǎng)關、建筑管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)獲得實時數(shù)據(jù)，結合配電系統(tǒng)的物理特性，基于機器智能，分析產(chǎn)生對單一負載的精確預測，在需求響應要求產(chǎn)生之前介入，迅速生成針對某一需求響應的應對策略。除此之外，對甩負荷要求及價格信號亦能有及時準確的反應。

　　d)分布式光伏與能源共享經(jīng)濟

　　光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開上下游產(chǎn)業(yè)鏈的合作，通過光伏運維平臺積累的數(shù)據(jù)、知識和信息，依托信息共享、備件共享和人員共享，提升平臺的使用價值，服務于大型和小型光伏運營商、第三方運維服務商、設備制造商、EPC廠商、安裝光伏系統(tǒng)的家庭等，有助于形成共享共贏的光伏生態(tài)體系。

　　通過光伏運營數(shù)據(jù)的共享，可以對各運營商的資源、設備、人員管理、電網(wǎng)接入水平進行數(shù)據(jù)對比，找到自身的短板，提升運營管理水平。

　　通過各運營商之間備件共享系統(tǒng)的打造，通過分享儲備、備件調撥、財務結算等模塊，能夠降低備件儲備成本，互通有無，提高備件更換響應速度。

　　通過各類具備資質的社會運維人員資源的整合，結合運維任務遠程推送、運維過程標準化等功能，能夠降低運營商運維人員成本，避免小電站人員過剩、大電站人員不足、任務集中時人員不夠、任務較少時人員過剩等問題，提高光伏運維水平。

　　(4)分布式光伏通信網(wǎng)絡和新型業(yè)務

　　(a)分布式光伏通信網(wǎng)絡

　　分布式光伏通信網(wǎng)絡設備應具備以下特點：在嚴苛環(huán)境下長時間穩(wěn)定運;現(xiàn)場無需配置，即插即用;采用先進網(wǎng)絡通訊技術，能支持十萬以上設備同時在線;電站與戶用系統(tǒng)應采取不同方案。

光伏電站采集系統(tǒng)

戶用光伏采集系統(tǒng)

　　(b)分布式光伏與能源大數(shù)據(jù)分析

　　分布式光伏的能源大數(shù)據(jù)分析涉及光伏資源評估、設備性能比較、生產(chǎn)運營保障、并網(wǎng)性能分析、電力市場競價、電力輔助服務、用戶用能數(shù)據(jù)分析等。

　　太陽能資源分析：建立太陽能資源特征變化評估體系，利用輻照強度、太陽能頻率分布等特征指標綜合評價光伏電站一段時間的資源變化特征。

　　設備性能分析：建立設備性能評價指標體系，利用可利用率、發(fā)電效率等指標和曲線綜合評價電池板、匯流箱和逆變器性能。

　　電量數(shù)據(jù)分析：應發(fā)電量、預測發(fā)電電量、場用電量、限電量、受累損失電量、計劃停機損失電量、非計劃停機損失電量等指標的分析。

　　示例：Solar GIS

　　Solar  GIS的本質是由一系列太陽輻射、光伏數(shù)據(jù)、氣象和地理要素構成的數(shù)據(jù)庫，以此數(shù)據(jù)庫為基礎，經(jīng)科學算法計算之后，提供太陽能資源評估和光伏模擬數(shù)據(jù)服務，以有交互特點的iMaps、clim  Data、pv Planner、pv Shot四種應用為主要軟件工具。

　　它可以提供最長14年、時間分辨率為30分鐘的GHI、DNI、DIFF和溫度的時間序列，環(huán)境參數(shù)的分辨率可以達到250米。而這些數(shù)據(jù)是綜合天氣預報數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及地面觀測信息分析得來。

　　設備故障數(shù)據(jù)分析：對設備性能缺陷及故障進行分析和預警，統(tǒng)計光伏電站各設備以及各主要部件的故障率、故障時間、故障平均間隔時間(MTBF)，平均修復時間(MTTR)等。

　　運營效益分析：統(tǒng)計各區(qū)域、各電站的利潤率、度電成本等運營效益指標。

　　投資決策分析：根據(jù)資源數(shù)據(jù)、并網(wǎng)條件、設備性能、銀行貸款等，綜合決定是否投資光伏電站。

　　示例：Geostellar

　　Geostellar是一個太陽能設備的線上B2C平臺，介于供應商和終端家庭用戶之間，為用戶簡化太陽能電池陣列的采購、融資、安裝和維護等整個過程。

　　Geostellar  具備強大的線上數(shù)據(jù)分析及搜索系統(tǒng)，它從第三方獲取數(shù)據(jù)，整合后可根據(jù)用戶需求評估美國境內不同地點的太陽能發(fā)電潛力，結合當?shù)卣难a貼政策及銀行提供的付款方案，分析可產(chǎn)生的能源效益，給使用者提供特定屋頂太陽能面板成本估計、負荷曲線、設備配置、安裝和許可要求等參考。

　　電力市場交易分析：作為光伏電站，參與電力市場交易，前提是對自身發(fā)電的成本和未來發(fā)電功率預測做出準確的判斷，在此基礎上針對各個電力市場交易的規(guī)則，建立相應的交易模型。

　　示例：Powershop

　　Powershop從電力批發(fā)市場買電，支付電網(wǎng)輸電費、纜線使用費等費用后，賣給終端消費者。定期從用戶的量表讀數(shù)，收取費用，進而賺取差價。

　　在  Powershop的網(wǎng)站，輸入自己的地點、現(xiàn)在使用的供電商、每月電費等信息，網(wǎng)站會自動計算出更便宜的方案給用戶，用戶選定滿意的方案后，直接在線簽訂供電合約。剩下的諸如如何買到最便宜的電、如何才能付最少的錢，Powershop會全權處理。可以登錄到Powershop的平臺用戶端，除了掌握自己的用電情況，還可以發(fā)現(xiàn)一些隨時更新的更省錢的供電方案。

　　用戶用能數(shù)據(jù)分析：基于大數(shù)據(jù)平臺，針對海量用戶用能數(shù)據(jù)，能夠掌握用戶用電量、用電時段以及比較類似用戶用能多少。

　　示例：Opower

　　Opower從所服務的公用事業(yè)公司取得大量的家庭能耗數(shù)據(jù)，整合行為科學理論、房齡信息、周邊天氣等，運用自己的軟件系統(tǒng)進行用能分析，建立家庭耗能檔案，并通過綜合分析提出節(jié)能建議。

　　Opower  以公用事業(yè)公司的名義，發(fā)出更貼心的賬單。Opower所提供的賬單亮點在于“鄰里耗能比較”，經(jīng)過Opower“加工”過的賬單上，除了分析本戶用電數(shù)據(jù)，還有相近區(qū)域內最節(jié)能的那20%的用戶耗能數(shù)據(jù)--即所謂的鄰里用電比較，緊接著它會據(jù)此提供建設性的節(jié)能方案。

　　(c)分布式光伏與互聯(lián)網(wǎng)金融

　　光伏電站項目投建后可以通過售電和租賃實現(xiàn)穩(wěn)定的現(xiàn)金流。從行業(yè)發(fā)展階段來看，分布式光伏項目處于啟動初期，2020年左右有望實現(xiàn)平價上網(wǎng)(擺脫補貼的限制)，電站行業(yè)處于高速成長階段。各種融資模式創(chuàng)新將給這個高增長行業(yè)帶來源源不斷的資本支持，各種類型的公司都可以找到合適的融資渠道。股權融資模式包括：定增和可換股債券、眾籌模式、互聯(lián)網(wǎng)金融產(chǎn)品等。債權融資模式包括：銀行貸款、ABS債券等。其它融資模式包括：融資租賃、信托渠道、理財產(chǎn)品、與基金合資等。

　　三、展望

　　大力發(fā)展分布式光伏，促進能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，前景廣闊，各界人士積極投身，勇于探索，必將促進能源革命早日成功。

　　(1)加強標準化工作，在數(shù)據(jù)定義、設備編碼、通訊協(xié)議、軟件體系方面，提高系統(tǒng)標準化工作水平，夯實互聯(lián)互通基礎。

　　(2)加強新型能源生產(chǎn)和消費模式探索，結合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺、互聯(lián)網(wǎng)技術，不斷實踐，必將產(chǎn)生效率更高、質量更優(yōu)、更安全可靠的能源業(yè)務形態(tài)。

　　(3)打造能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)鏈，加強各環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)合作，實現(xiàn)信息、物資和人員共享，建立共享共贏的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系。