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何学进:能源利用大转型中的数据集采和传输革命 2019-12-09 15:42:08

摘要:上海光电子技术研究开发中心可见光通信实验室主任何学进在“能源互联网创新与产业新业态”分论坛上作了《能源利用大转型中的数据集采和传输革命》主题演讲。

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        能源新闻网讯 12月7日,由北京市人民政府和国务院发展研究中心共同主办的 2019全球能源转型高层论坛在北京未来科学城召开,来自国内外能源领域的700多名代表出席论坛。上海光电子技术研究开发中心可见光通信实验室主任何学进在“能源互联网创新与产业新业态”分论坛上作了《能源利用大转型中的数据集采和传输革命》主题演讲。
        以下为何学进演讲文字实录:
        何学进:首先,非常感谢主办单位的邀请,尊敬的各位领导、各位嘉宾,非常有幸在杨校长、汤院士的后边紧跟着来做我的汇报,因为我们智能电网发展恰恰指明了能源发展的大方向,我做的主题汇报希望在智能电网发展过程中末端传感层面上做一些贡献和微薄之力。
        我的汇报题目是“能源利用大转型中的数据集采和传输革命”。我的汇报分为四部分,智慧能源发展趋势和瓶颈,能源集采和传输的现状,塑料光纤通信技术带来的革新,看一看我们行业中的应用案例和前景。
        第一个,我就多说了,这个信息和数据向我们展示的是我国目前能源分布不均,人员有限,单位GDP能耗是很高的,简而言之,能源既缺乏,但是又不节约,这不行,我们的能源转型是势在必行的,能源转型的方向通过这张图可以看出来,深度融合是我们的趋势,它需要把能源产业跟互联网理念和信息技术进行深度融合,这样才能实现智慧能源发展过程中,能源转型、能源安全以及可持续发展这几个概念。我们看一看,智慧能源发展典型的一个应用场景案例,以电力为例,电力能源信息化在所有的能源里面是走得最前面的,我们通过这张图可以看得出来,智慧电力、智慧电网的发展需要从发、输、配、用各个方面上都谈到,这些智慧在电力流、信息流、业务流统一的情况下需要来支撑我们的用电、居家、智慧社区、智慧城市,这是智慧能源以及智慧电网存在的意义和价值。这个智慧电网需要兼顾的正好类似于这三层,这是价值层,这是信息层,这是基础的物理传感层。我们希望这张电网能有治愈安全、兼容、互补、协调、高效等等一系列性质,能满足我们对智能电网的畅想和需求。这个电网就必须要具备可感、可知、可控的三个基本条件,这三个词、六个字在整个智能信息化尤其电网提了很多年了也是基本的坚实诉求,达到这个诉求的话,关键技术必须得到突破。汤院长刚才说了很多关键技术,关键技术是我们目前相对瓶颈的地方,不能达到百分之百的对于末端设备的精准控制,目前需要在这个层面建立一张末端信息集材网。
        第二部分,目前能源信息集采尤其在电力领域它的现状。第一个,智能电网管理的基本诉求可以从三个层面,业务层面,专业的跨度层面和社会服务层面。目前我们需要在用电质量、智能管控、智能化运维早就提出来的概念上进一步完善,同时还要兼顾新增的业务,现在谈的充电桩、分布式电源,分布式电源、新能源将来是趋势和补充,这一部分的技术涵盖是我们新增诉求。同时在跨专业支撑层面上,我们的电能质量监测、负荷、停电抢修、配网监测是目前需要改善的。在社会服务层面上,老百姓要可控,用电合理化调度以及家庭的综合能效管理等等这些需求的应运而生。这些需求实际上面临的现状是什么样子的?我用了一个不等号来表示,我们实际上电网的信息化管理存在如下一些问题故障问题后知后决,人员水平要求很高,很多时候茫然、被动的接过别人打过来95598的投诉电话,到现场也不知道什么情况,我们去处理,这种现状不是我们需要的智能电网。
        从这张图可以看得出来,这是国网目前电力领域比较推崇和主流的泛在电力物联网,我们从智、云、网、边、端支撑,下一步信息化集采思考从来没有停止过,南网、国网提出很类型的概念,透明电网也好、下一代集采系统、采集2.0也好,所有这些做法目的都是为了打通法、输、运、配等环节,所有的末端设备必须要能精准的把数据传输进去,刚才为什么说这个地方是大概的瓶颈所在呢?接下来看一下目前主要在电力领域,尤其在智能电表这个领域赋予的几种技术和它的表现。为什么专家说智能电表没有达到智能的作用?现有的通信技术主要有这么几种,载波、微功率、高速载波,这几种技术相对来讲都有一个特性,它受电磁干扰,尤其电力领域,很多技术指标层面上达不到。今天所跟大家介绍的一组新的技术探讨和思考是塑料光纤通信技术,它可以日采集成功率、运维管理等各个层面上有更优异的表现,我们采集百分之百明确的,400米的通信距离,可观可控,尤其在停电上报等层面上速度和成功率很高,基于这个技术可以畅想一下能源领域里面新的运用机会。
        塑料光纤技术是什么技术?塑料光纤技术两部分组成,光纤和两边的光电转换器,光纤的材料从石油提炼物MMA液态物质来的,由它进行本体聚合转成PMA,这种材料拉出来新型的光纤,这种光纤作为新型材质,光电转换器是必不可少的一部分,目前主要是红光和绿光两种,我们在这个层面有一个长足的创新。基于刚才的特性做出来的光纤,大家直观的感受一下,它也是三层组成的,新层、还有反射层,这个光纤直径大很多,跟五类现象比直径又小很多,相比于传统的铜线来讲比较轻,可见光传输信号,可见光和现在传输不一样,现在是红外以外的安装简易,基于它是光通信,塑料材质的通信,防雷、防潮、防震,无辐射、安全可靠,防窃听,我们是没有任何电磁波散发出去的,同时在节能环保,防电磁干扰也有它的特性所在。基于这些特性再看它的施工层面上的优势,直观的感受一下,这是塑料光纤在电力领域的应用场景,塑料光纤切断以后,把塑料光纤的头分离出来插进去,是秒级的,对于施工和运维人员来讲是没有任何要求的,连压线头都不会压的,同时它的断线连接很简单,断线连接器把两个放在在一起就可以了,一个小的切刀分离都在那儿,不需要环境这么复杂。这个技术非常利于工程推广的技术,我们是上海光电子技术研究中心,协同深圳九一公司一起在学术带头人刘向林老师的带领下,专门攻克光电转换器的核心技术,这个技术一直以来被美国和日本、欧洲的企业所把控的,目前我们在核心转换器里面的LED、光源和集成电路层面上全部都是自主创新的,下面会介绍到。
        从这几个层面,我们看一下,第一个,全自主设计的集成电路,第二个,我们的高频FRED决定了它的通光能力效力和效益都是很好的,保证通信距离做到400多米,这只是目前的第一款产品,行业内做得最高的是200多米,蓝光保证了它的速率更高、光穿更低。这个小的发明有大的用处,一会儿组网结构里面跟大家汇报。整体来讲,我们通过独立自主创新的技术让塑料光纤这个已经1968年被发明的光通信技术,比实芯光纤晚不了几年,同时大幅降低了成本,这个技术具备了可被广泛商用的可行性。
        接下来谈一谈这个技术在电力领域具体有什么样的应用和方式,我们原来做了一些,包括我们的同行,因为我们本身是做芯片研究的,很多同行已经做了很多应用性的开发和使用。这是典型的应用场景,传统的一个台区,集中器加采集器下面各种电表,塑料光纤从集中器出来以后就是双环,连采集器,采集器连电报,都可以兼容。这个传输形成的独立网是半双工的,任何一个节点断开以后没有任何的问题,带来的好处数据采集层面上能自动生成拓扑,档案对比、停电、故障报警等等所有都是百分之百的。第二个应用做了一个创新,它可以把塑料光通信的组网结构变成总线性的,意味着整个通信的速率得到了直线的提升,不像环网一样一个一个问,塑料光纤一个设备直接连到所有的电表上,包括四表合一,您看这儿画了一个宽带接入,行业中做过一些试验,通过它直接进入家庭做分析,这样就把汤院士所说的需要老百姓参与进来,需要电力客户和用户之间的沟通全部拉通。
        下一个是我们的一些畅想,基于这个技术本身可以使用的不仅仅是电表层面上的想象和应用,不仅在家庭接入以及家庭能效分析,尤其管委会这些地方有电磁干扰,比电表更大的,而且短距离很多地方需要传输的,通过这样一张网络就可以为所有的电力信息化,包括泛在电力物联网等等这些畅想提供一个相对安全、可靠的物理传感网络。
        基于它以后,我们再看,安全性高、稳定性、速率、实时性好,我们可以在原来用电集采系统、变电站系统、充电双向互通,因为它的通信带宽可以做到千兆甚至往上,包括我们的配网甚至太阳能、光伏它的管理,风能系统,它直交流变电等等都可以塑料光纤来提供,让整个能源管理系统里边有能力去做一些有价值的事情。比如说,我们的能源预警应急体系,我们的远程控制、消防评估,只有了准确可靠可以密集采用的数据才能实现所有的畅想。
        当然这个技术的发展,不是一穷二白的,早就具备了国家层面的支持和标准层面上的进步,国家的新材料十二五、十三五,中国光电线光器件的十二五、十三五,对塑料光纤有明确的定义和指导。同时在行业中,除了通信领域有了标准以外,在智能电表领域也有国标和行标,现在进入国网和南网,尤其南网企业标准速率完成,准备发布阶段。
        我们看看应用案例和场景,从业企业大概做了5万户,目前南方电网进入了标准发布的标后工作,在海南、深圳分别已经开始招投标,正式的招投标参与的企业有威盛(音)传统在电力领域的大型企业。
        这是典型案例的剖析,在广州用电局做的项目,塑料光纤ORT设备,因为南网本身适应光纤网络布的比较充分,尤其在广州和深圳,配网适应光纤网络比较充分,直接转成塑料光纤,由塑料光纤抄电表、水表、气表同时进家庭做家庭组网的分析,全光纤的网络借助这样一种材质被打通了。塑料光纤的应用不仅仅是在电力,在国际上来讲,工业控制、车载、医疗三个层面早就控制了,像宝马、奔驰、奥迪很多年前整车系统用塑料光纤做它的通信介质,因为它抗电磁干扰和抗振动,传输速率又快。所以整体来讲,塑料光纤通信技术它具有柔性通信的特性,它可以在通信、能源、工业控制、车载、医疗、国防等70多个领域使用,我们也是希望通过这一次的技术创新能把这个国际上的这个技术变得更可用一些,更低廉,能力更强,这个时候很多行业可以使用。我的汇报完毕了,希望大家指正。谢谢!
        注:本文系能源新闻网整理自何学进在2019年全球能源转型高层论坛上演讲文字实录,未经本人审阅。