“互联网+”白皮书系列 之能源互联网

D E T R O I T • C H I C A G O • F R A N K F U R T • S H A N G H A I • B E I J I N G March, 2015 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL “互联网 +”白皮书系列 之能源互联网 The Martec Group 2 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 目录 能源互联网为什么 能源互联网是什么 能源互联网怎么干 能源互联网谁在干 能源互联网下一步 3 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 能源电力系统的挑战 可再生能源的快速发展对传统 能源体系造成冲击 能源电力资产损失和巨额维护 保养支出 消费者对能源电力服务和信 息需求 电力峰谷矛盾 可靠性要求 节能与环保要求 4 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 电力市场的自由化和市场化给能源互联网带来机会 新电改 将以售电侧改革为突破口，以大用户直购电深化试点为起点，提出“四放开、一独立、一加强”： 四放开： 公益性和调节性以外的发供电计划放开，政府将不再制定发供电计划； 经营性电价放开，除了输配电价由国家核准之外，发电厂和用户之间可以直接制定电价进行交易； 配电侧放开，新增的配电网，要允许社会资本进入； 售电业务放开，成立销售公司，允许民间资本进入。 一独立： 交易机构独立，对现属于国家电网的“国家电力交易中心”进行专门、独立管理。 一加强： 加强电网的规划。 5 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 目录 能源互联网为什么 能源互联网是什么 能源互联网怎么干 能源互联网谁在干 能源互联网下一步 6 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 什么是能源互联网 能源互联网：大幅提升能源产生和消费的效率，最终形成 能源交易 和 能源信息交易 两个市场 市场化 民主化 去中心化 智能化 物联化 智慧 自学 习 自适 应 能进 化 大幅下降能源的系统 风险 大幅提升能源生产和 消费效率 能源互联网 （ Energy Internet； Internet of Energy, ）在于构造一种能源体系使得能源能像 Internet中的信息一样，任何合法主体都能够自由的接入和分享。从控制角度看，在于通过信息和能 源融合，实现 信息主导、精准控制 的能源体系。 ——清华信息科学与技术国家实验室（筹）公共平台与技术部主任 曹军威 7 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL ICT技术的快速发展是能源互联网形成的充分必要条件 大数据分析、机器学习和预测、物联网是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑：能源互联网通过整合运 行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等，进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学 习，打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率， 需求和供应将可以进行随时的动态调整 。 8 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 互联网时代不可逆 互联网影响传统行业的特点有三点： 1、打破信息的不对称性格局，竭尽所能 透 明 一切信息。 (Internet of Things) 端到端的能源电力信息流全互联 2、对产生的 大数据 进行整合利用，使得资 源利用最大化。 (Cloud + Big Data) 能源互联网大数据应用 3、互联网的群蜂意志拥有 自我调节机制 。 (Crowd-sourcing) 微网和分布式能源 互联网对传统行业的改造：零售业、批发业、制造业、广告业、新闻业、通信业、物流业、 酒店业与旅游行业、餐饮业、金融业、保险业、医疗业、教育行业、电视节目行业、电影行 业、出版业、制造业、 能源电力。 各传统行业互联网化成熟度 9 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 能源互联网的物联基础 同物联网一样，能源互联网也可以分为五个层次： 设备层，通信层，数据层，应用层，商业层 能源互联网层次 能源互联网关键架构 10 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 能源互联网： Energy Internet or Internet of Energy? 能源互联网是唯一的吗？ 根据融合方式的不同，目前存在三种观点： （ 1） 侧重信息互联网 (Internet of Energy, Smart Grid 2.0)：借助互联网收集信息，分析决 策后指导能源网络的运行调度， 信息网络可以认为是能源网络的支持决策网络 ，其本质与当前的 智能电网类似，以欧洲的 e-energy为典型代表； （ 2） 侧重能源网络结构 (Energy Internet)：借鉴互联网开放对等的理念和体系架构，形成包括 骨干网（大电网）、局域网（微网）及其连接网络的新型能源网，采用自治或中心控制的方法实 现能源的供给平衡，其实质为一种 分布式的能源网络 ，以美国的 FREEDM为典型代表； （ 3） 革新性能源互联网（ Intenergy） ： 互联网技术和能源网络的深度融合 ，结构上难以区分 能源网络和信息网络；在运行模式上采用区域自治和骨干管控相结合的方式，能源和信息的双向 通信，信息流支撑能源调度，能源流引导用户决策，最大限度地利用可再生能源，以日本的数字 电网、电力路由器为代表。 Source:能源互联网信息技术研究综述，曹军威 11 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 走入消费端的能源互联网将具备无限的想象空间 能源互联网与智能电网最大的 区别是， 能源互联网最终要走 向消费端 ，例如智能家庭、智 慧社区、电动汽车、家庭能源 管理等，这是智能电网并不涉 及的领域。 走入消费端的能源 互联网将具备更大的想象空间 和创新的商业模式 。 能源互联网不是封闭的“生产 -消费”体系，需要同其他系 统融合，成为“泛在网”的一 部分，共同进化。 这也给予其他行业的企业参与 甚至主导能源互联网的机会！ 能源互联网 12 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 能源互联网时代的能量流和信息流将被重构 传 统 电 力 行 业 能 源 互 联 网 虚拟电厂 互联网金融 能源管理 服务 微网运营 智能家居 EV Source:IBM 13 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL E-Energy， 德国的能源互联网实践 ， 最脚踏实地的能源互联网理念 E-Energy是基于 ICT的未来能源系统。它提出在整个能源供应体系中实现 完全数字化互联 以及计算机控制和 监测的目标。 E-Energy充分利用信息和通信技术开发新的解决方案，以满足未来以分布式能源供应为主的 电力系统需求。它将实现电网基础设施与用电器之间的 相互通信和协调 。换句话说，其目标不仅是通过供电 系统的数字联网保证稳定高效供电， 还要通过现代信息和通信技术优化整个能源供应和使用系统 。 能源互联网 Source: Internet of Energy， BDI 14 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL E-Energy案例 : E-Dema Project 能源路 由器 E-DeMa项目 是 一个智能互联的分布式能源社区 。 家庭 不仅是单纯消费者 ，自家分布式电站 也 生产电力。 项目核心 是 能源路由器 ，路由器既可以实现用电智能监控和需求响应，也可将分布式电站生产的电力 售 给电网，能源路由器可以是逆变器，也可以家庭储能单元，还可以是家庭的智能电表 Source: E-Dema Project， E-energy 15 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL E-Energy案例 : Smart Watts Project Balancing Responsible Party 供需平衡服务 Smart Watts项目通过建立 智能电力交易平台 来实现所覆盖区域的分布式能源交易，消费者通过智能电 表来获知 实时变化的电价 ，根据电价高低来调整家庭用电方案和电动车充电方案。 电力生产 电力消费 Source: Smart Watts Project， E-energy 16 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 目录 能源互联网为什么 能源互联网是什么 能源互联网怎么干 能源互联网谁在干 能源互联网下一步 17 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 能源互联网主要板块 智能设施 EV 微网 /分布式发电 配电网 电力交易 基于者因特网的电力交易市场，不仅提供交易服务，还提 供 需求预测，设备管理，电力期货交易 等服务 高度可靠，强壮，安全的配电网架构，并且能够 柔性兼容分布式 能源 柔性，可扩展，健壮并且低成本的微网和分布式项目。模 块化设计， 应用和服务都是弱耦合 ，用电设备和电源设备 可以灵活的接入 楼宇能源管理系统、智能家居系统、工业节能系统是能源互联网重 要的末端环节，是主要用能设备， 也是虚拟电厂的组成部分 电动汽车将成为能源互联网的有机组成部分，既是主要用能设备， 也是重要的 分布式储能单元 18 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 发电 Before After 光伏和风电等可再生能源利用小时数有限 利用分布式和微网技术， 就近消纳，余电上网 ，大大提升可再生能源利用效率 分布式发电设施安装麻烦，需要配网企业重新规划，新建 并网基础设施 分布式能源 即插即发 维护保养困难，不能即时了解设备运行情况 设备状态 在线监测，故障预警 ， 自愈 ，确保设备可用性 峰谷用电需求差异巨大，严重影响发电资产经济性和安全 性 通过需求侧管理和预测， 平缓波峰波谷 ，燃气轮机及时启 停，减少煤电和核电基础负荷 Source: Martec Analysis 19 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 发电 Before 能源互联网： 发电资产利用率 低下 After 能源互联网： 发电资产利用率 显著提高 20 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 输配电 Before After 只能监控一次变电所，无法监控低压变电所 监控电网中 所有输配电设备 ，并且在新能源大规模接入的情况下也能保证电力质量 非直接的故障侦查，模糊的故障定位 广泛运用传感器和建立在 ICT技术基础上的控制系统，能够快速发现故障，并实现精确定位和自动修复 固定模式的需求预测和发电调度 更详细的实时用电信息，甚至预测， 实现适应发电端的电力消费（ 需求侧管理） 非受控的分布式电源接入； 对于微电网： 有不同接口类型的分布式电源的微电网在进入 孤岛运行 状 态时，系统很难维持电压和频率的稳定，难以做到即插即 用 能够提供系统服务的逆变器或变流器 （ 如无功补偿） 对于微电网： 在大电网突然失效的情况下能够实现独立运作，并且在大 比例接入可再生能源的情况下也能确保电力质量 Source: Martec Analysis 21 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 输配电 大电网（中国：特高压）与微网混合、交流与直流输配电 混合是未来电力系统的发展趋势 电网也能发电？ 虚拟发电厂技术（ VPP, Virtual Power Plants）通过分布式电力管理系统将配电网中分散安装的 清洁电源、可控负荷和储能系统 合并作为一个特别的电厂参与电网运行。 像实体电站一样编制交易计划、确定市场价格、实现实时市场交易 典型智能微网 分布式可再生能源、储能、 EV、 智能家居、风光互补发电 Source: E-energy 22 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 智能建筑 Before After 大部分现有建筑，以及建筑内的现有设备难以连接或者使 用先进 ICT技术实现楼宇自动化 利用开放共享的 ICT技术和接口可扩展的智能硬件，实现现 有楼宇整体和各子系统的自动化和智能化 楼宇管理系统（ BMS）和常规通信服务（电话，互联网） 基础设施的割裂 将楼宇管理系统 （ BMS）和其他 ICT基础设施和服务融为一 体，以减少基础设施的投资，实现规模经济，更重要的是， 同 ICT基础设施一体化的 BMS系统能够提供更多的数据 ， 实现更有效率的服务， 楼宇管理系统（ BMS）的设计，装配和维护都十分复杂， 需要非常专业的知识才能操作 BMS能够实现自组态，自管理的目标。并且 系统可扩展 ， 方便更新和维护 普遍采用脆弱（不够强壮），集中式的，难于扩展的，非 智能的楼宇能源优化解决方案 最少化人工编程，集中和离散相结合的，面向对象和应用 的方案， 可扩展，自适应 ，智能的能源管理系统 Source: Martec Analysis 23 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 智能建筑 消费端将前所未有的 同生产端直接互联 从被动的信息接受到主动的控制和参与，电网将不仅仅是能源传输网络，更是信息网络和控制网络，电网直 接控制家用电器将成为现实，智能建筑将是能源互联网最具有想象力的部分！！ 电力载波通信 万维网 Source: E-energy 24 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before After 基础设施缺乏，并且通用性差，服务提供主体单一 基础设施广泛存在，同其他基础设施完美融合，通用性佳，服务主体多元化 电动车价值链上的不同参与者之间缺乏互动，商业模式单 一 通用的 ICT平台打造电动车价值链参与者之间的强关系和强 互动，商业模式消费电子化 仅仅作为交通工具，大规模推广会威胁电网安全 同电力系统完美融合，成为能源互联网的核心之一，发挥多元作用 Before and After 能源互联网： 电动车 Source: Martec Analysis 电动车：电网安全的挑战者，还是能源互联网的积极贡献者？ 25 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 电动车 EV在未来的大量接入会给电力 系统带来严峻挑战， EV的充电负 荷和人们的日常交通出行息息相 关， EV既可以作为电力系统的 负荷 ， 又可以作为 储能设备 或分布式电 源设备，如果能正确处理 EV同电 网的关系，可成为辅助电网运行 的积极参与者，但如果不能， EV 发展瓶颈就近在眼前 解决方案： EV同电网的交互 （ V2G），同家庭的交互 （ V2H2G），同社区的交互 （ V2C） Source: E-energy 26 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 电力市场 Before After 大部分电力市场参与者都无法直接并且即时的了解电力市 场的相关信息 所有参与者（包括用户）都能够即时获得 有外延的电力市 场信息 电力市场缺乏交易工具，交易模式，和衍生产品，交易的 商品仅仅是电量，并且交易量的颗粒度较大 先进的 ICT技术应用，将使电力市场的交易如证券市场一样 多元化，当然是在确保交易的即时，可靠，安全的基础上 Source: Martec Analysis 能源互联网时代的电力交易将是互联网 +期货 +信用 +批发 +零售 +碳交易 +？ 差异化定价，个性化定价 用电免费，省电赚钱也将成为可能 27 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL Before and After 能源互联网： 电力市场 电力行业的市场化将还原电力 的商品属性，同时互联网模式 的移植，将使得电力市场的商 业模式更为多元，自由，有趣 电力价格可以按照使用时间， 使用地点，电力来源，用户属 性，使用习惯等要求来个性化 制定。 电力交易的现货市场，期货 市场和信用市场 电力交易 +互联网金融 电力交易 +资产管理 电力交易 +碳金融 Source: E-energy 28 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 目录 能源互联网为什么 能源互联网是什么 能源互联网怎么干 能源互联网谁在干 能源互联网下一步 29 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL KStar ZTE Huawei Nari XD Group Taiji Tellhow Wiscom 中国能源互联网解决方案潜在提供者 Source: Martec analysis 30 THE MARTEC GROUP CONFIDENTIAL 国内能源互联网产业链企业 Source: Martec analysis 智能发电 电站监控 分布式电站 智能光伏组件、 智能风机 光伏电站互联网 金融 智能逆变 木联能， 远景能源， 淘科， 林洋电子， 阳光能源， 英威腾， 金智科技， 太极计算机 SPI， 航禹， 协鑫集成， 爱康科技， 林洋电子， 阳光能源， 中环股份， 江山控股 远景能源， 晶科， 金风科技， 天合光能， SPI， 太阳会， 爱康科技 ， 晶科 林洋电子， 阳光能源， 科士达， 锦浪新能源， 华为， 科陆电子 智能用电 智能家居 智能计量 能源管理 充电桩 海尔， 360， 美的，格力， 乐视， 小米 炬华科技， 中恒电气， 积成电子， 科陆电子， 东方电子， 晨泰集团， 威胜集团， 林洋电子 泰豪科技， 郎德华， 合康变频， 英威腾 , 宝信软件， 威胜集团， 启明信息， 太极计算机 上海普天， 英威腾， 特锐德， 万马股份， 科远股份， 和顺电气， 东方电子， 科陆电子 智能电网 智能输电 智能配电 智能微电网 国电南瑞， 国电南自， 特变电工， 许继电气， 北京科锐， 四方股份， 金智科技， 西电集团 国电南瑞 ， 国电南自， 积成电子 ， 中恒电气， 东方电子， 北京科锐， 和顺电气， 四方股份， 金智科技 东方电子， 英威腾， 北京科锐， 阳光电源， 大陆机电， 华为 智能储能 科华恒盛， 易事特， 奥特迅， 动力源， 科士达， 科陆电子 蓝色字体表示为非上市公司， 下划线表示为重点公司，