John McDonald：Engineering the Energy Transition

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

我叫作John McDonald，我是GE電網(wǎng)解決方案的業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人，我現(xiàn)在在美國(guó)，喬治亞州的亞特蘭大，我非常高興被邀請(qǐng)參加第四屆的未來能源大會(huì)做一個(gè)發(fā)言。這部分的主題是關(guān)于氣候變化以及全球國(guó)際合作和減排的共識(shí)，我的發(fā)言主題叫作能源轉(zhuǎn)型工程，我在電力和能源領(lǐng)域已經(jīng)工作了48年，同時(shí)也是IEE積極的成員之一，在國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)我也非?；钴S，主要是負(fù)責(zé)它在美國(guó)的分部。

這些是我今天想要討論的重點(diǎn)，包括像智能電網(wǎng)，微電網(wǎng)的集成，像網(wǎng)格數(shù)據(jù)類型，數(shù)字化的分布，以及還有包括數(shù)字化的輸配電網(wǎng)絡(luò)，大數(shù)據(jù)分析，企業(yè)數(shù)據(jù)管理等，對(duì)于工程來說最主要進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型，在能源轉(zhuǎn)型的過程中需要把信息或者說IT部分和我們整個(gè)電力事業(yè)，電力運(yùn)營(yíng)結(jié)合在一起，這兩者需要密切的無縫的進(jìn)行銜接和合作，這樣我們才能夠有有效的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理，這種綜合性的解決方案實(shí)際上有很多的好處。一方面提高了能效，減少了碳排放，比如說我們對(duì)于像公用事業(yè)消費(fèi)者，經(jīng)濟(jì)和環(huán)境提供這樣的有意義的可衡量的利益。

另外除了關(guān)注輸配電之外，我們今天更多想要談一下關(guān)于配電的概念，我喜歡把電網(wǎng)叫作更智能電網(wǎng)，我們這些年一直是讓電網(wǎng)變得更加智能，比如說淺灰色代表我們?cè)瓉碜龅墓ぷ?，現(xiàn)在淺綠色的和陰影代表我們現(xiàn)在做的工作，我們知道電壓和負(fù)載是成正比的，我們希望能夠把電壓控制和無功控制相結(jié)合，這樣我們可以減少損失，同時(shí)來管理一個(gè)集成負(fù)載。

另外將來有更多的可再生能源來連接到電網(wǎng)當(dāng)中，在中間我們可以看到我們?yōu)殡娋W(wǎng)額外的增加了很多專門的感應(yīng)器，這個(gè)顯示的是來自于變壓器的油，檢測(cè)到主油箱中溶解的不同氣體，這個(gè)在變壓器中發(fā)生潛在的故障的模式，因此在接下來我會(huì)做介紹。

我要談一個(gè)概念是整體性解決方案，這個(gè)是能源過渡的基礎(chǔ)，整體性指的是整個(gè)企業(yè)不是說針對(duì)于一個(gè)集團(tuán)，而是針對(duì)整個(gè)企業(yè)，這也說是說通過集成在一起的技術(shù)組件滿足客戶的要求，一共有6個(gè)這方面的分類，包括像資產(chǎn)優(yōu)化，也就是我們?cè)谧鲎儔浩骱透邏海袎簲嗦菲鞯谋O(jiān)測(cè)和診斷，需求優(yōu)化主要集中包括像負(fù)載，智能電表，還有包括雙向計(jì)量等方式。

另外包括像電網(wǎng)的優(yōu)化分布，電網(wǎng)的傳輸，同時(shí)現(xiàn)在由于全球我們有老齡化的人口，因此我們對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施能源也是老齡化的，意味著我們需要進(jìn)行高水平的整體性的解決方案。這邊是6個(gè)解決方案的技術(shù)路線圖，可以分別的看到技術(shù)以及所處的位置，右邊是配電設(shè)備，還有通信的基礎(chǔ)設(shè)施。

通信是非常關(guān)鍵的，只有通信才能夠使得讓我們實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以真正的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的。在嘗試更智能的電網(wǎng)之前我們必須保證電網(wǎng)是強(qiáng)大的，也就是說在購買很多新的設(shè)備之前，整個(gè)電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括IT的基礎(chǔ)設(shè)施和通信的基礎(chǔ)設(shè)施都是應(yīng)該非常強(qiáng)勁的。比如說通過配電的優(yōu)化解決方案，所有的淺藍(lán)色的，包括軟件，應(yīng)用程序，系統(tǒng)，設(shè)備，這些基于應(yīng)用程序基礎(chǔ)之上進(jìn)行邏輯性的操縱。

這些藍(lán)色的框都可以來自于不同的供應(yīng)商，因此最重要的兩個(gè)詞，一個(gè)是集成，第二個(gè)操作性，對(duì)于一個(gè)行業(yè)我們采用統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)這個(gè)行業(yè)內(nèi)部的操作性，有一些例子在智能電表的組件，比如說AMI，包括地理信息系統(tǒng)，停電管理系統(tǒng)和配電管理系統(tǒng)。

大家會(huì)問為什么集成這么重要，因?yàn)槲覀冊(cè)诩申P(guān)鍵組件方面做的最好，做的更好，我們的電網(wǎng)還有公用事業(yè)更加具有韌性和彈性。

在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)好了之后，正如PPT的底部，我們可以保護(hù)控制設(shè)計(jì)我們的電力向一個(gè)方向流動(dòng)，隨著電網(wǎng)上進(jìn)行整合分布式的發(fā)電，電是向兩個(gè)方向進(jìn)行雙向流動(dòng)的，這也為我們帶來很多的額外挑戰(zhàn)，比如說這一頁當(dāng)中是保護(hù)，保護(hù)的基點(diǎn)和我們的電流不匹配，當(dāng)我們?cè)诖_定保護(hù)的等級(jí)的時(shí)候，首先我們做一個(gè)短路的研究，很多的時(shí)候我們只考慮電源側(cè)組件的故障，而忽略了負(fù)載側(cè)的情況，負(fù)荷隨著分布式發(fā)電，隨著它的密度的增加，負(fù)荷側(cè)有可能出現(xiàn)顯著的障礙。

另外很多時(shí)候來自于分布式的消費(fèi)側(cè)的，比如說在農(nóng)村這是一個(gè)來安裝的一個(gè)微電網(wǎng)的例子，如果我們看一下聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，第七個(gè)目標(biāo)，就是要為人們帶來負(fù)擔(dān)的起的清潔能源。第九個(gè)目標(biāo)是要提供一個(gè)有韌性的基礎(chǔ)設(shè)施，因此這也是為什么在全球很多國(guó)家，很多公用的事業(yè)公司，他們添加了很多微電網(wǎng)來加強(qiáng)電網(wǎng)的韌性，而并不是說一個(gè)統(tǒng)一的大的電網(wǎng)模式，因?yàn)槿绻募绰?lián)有問題的話，整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行效率就會(huì)下降。

另外還有一點(diǎn)，就是可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的第十一，就是關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的城市和社區(qū)，這也是我們希望建立的，叫做智慧村莊、智慧城市?？沙掷m(xù)發(fā)展目標(biāo)十三，要采取緊急的行動(dòng)應(yīng)對(duì)氣候變化，這也是我們這次會(huì)議的主題。

隨著分布式發(fā)電的范圍越來越廣泛，覆蓋率越來越高，我曾經(jīng)寫過一篇文章，這是九年之前在《電力電子》雜志當(dāng)中談到了屋頂太陽能，家庭當(dāng)中會(huì)有太陽能板，現(xiàn)在全球增長(zhǎng)的速度超過了35%，也就是說當(dāng)太陽能照射到太陽能板的時(shí)候，電壓會(huì)出現(xiàn)峰值，之后會(huì)在一定范圍之內(nèi)進(jìn)行浮動(dòng)和隔離。現(xiàn)在我們電網(wǎng)當(dāng)中使用的很多控制器都是機(jī)械的，同時(shí)對(duì)于變電站來說，他的轉(zhuǎn)換器使用的也非常頻繁。由于這種太陽能的使用，以及每天日光的變化，所以轉(zhuǎn)換器的壽命從35年到2年不等。

未來隨著可再生能源使用的越來越頻繁，它的市場(chǎng)份額增加，我們的控制器必須要有電子為基礎(chǔ)的控制器，而不是機(jī)械的控制器。另外就是在能源轉(zhuǎn)型的過程當(dāng)中，電力企業(yè)最主要的目標(biāo)就是希望能夠建立一個(gè)數(shù)字化的電網(wǎng)。但是，沒有任何一家公司可以一步完成數(shù)字化的過程，這個(gè)要花很多的錢，會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)算，而且他也需要很多人力的資源來做。因此，我們幫助公用事業(yè)公司制定了發(fā)展的路線圖，在工程設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，公用實(shí)業(yè)公司如何能夠?qū)崿F(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，從現(xiàn)在的控制、監(jiān)控發(fā)展到未來完全數(shù)字化的階段。這邊是一個(gè)例子，我們把現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成為未來的數(shù)字化方式。首先第一步是增加了遠(yuǎn)程的控制器，還有故障呼叫的智能電表，可以使得客戶供電的中斷時(shí)間低了28%。另一步就是增加自動(dòng)化和可視化，這樣的話進(jìn)一步減少了43%的客戶斷電可能性，也就是它提供的服務(wù)更加具有可靠性。最終他們實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，他們客戶的服務(wù)或者業(yè)務(wù)中斷降低了50%以上。

因此在制定路線圖的時(shí)候，我們需要設(shè)定路線圖當(dāng)中的每一步，以及每一步所帶來的好處。另外一個(gè)例子就是在能源轉(zhuǎn)型的時(shí)候，為大型的公用事業(yè)公司的配電網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)化，比如在這個(gè)電路當(dāng)中，它有856個(gè)電路的開關(guān)，在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)所有電路自動(dòng)化的成本是非常昂貴的，我們發(fā)現(xiàn)這些電路當(dāng)中23%電路的中斷占到了總中斷分鐘的71%，這樣的話我們可以節(jié)省很多錢，也就是只對(duì)其中23%的電路實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就可以解決3/4的斷電問題。

在這個(gè)過程當(dāng)中，我們必須認(rèn)識(shí)到，這些是基于微處理器的設(shè)備和系統(tǒng)，它往往有多種不同的數(shù)據(jù)模式，原來我們會(huì)使用運(yùn)營(yíng)的模式，也就是運(yùn)營(yíng)商在控制中心進(jìn)行監(jiān)控和控制，包括有信息點(diǎn)、模擬點(diǎn)，還包括狀態(tài)點(diǎn)等等。

但是，以系統(tǒng)為基礎(chǔ)的微處理器給我們提供了很多非操作性數(shù)據(jù)，它的主要用戶并不是系統(tǒng)的操作員，這些都是信息點(diǎn)對(duì)點(diǎn)文件的傳輸，因此，可能會(huì)25個(gè)不同的組進(jìn)行它的信息的獲取和使用，因此我們需要從現(xiàn)在的設(shè)備系統(tǒng)當(dāng)中來獲取更多的價(jià)值，需要充分的來利用它的一個(gè)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)。同時(shí)我們還可以看到它的這些數(shù)據(jù)包括像時(shí)間序列的數(shù)據(jù)，我們使用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議來進(jìn)行通信，用這種方式觀察到一個(gè)歷史變化的趨勢(shì)。

現(xiàn)在我們希望能夠利用下一次生產(chǎn)力革命的機(jī)會(huì)，把智能的機(jī)器和大數(shù)據(jù)，以及分析的數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，另外把人的因素加入進(jìn)去，在任何地方隨時(shí)隨地的讓人可以進(jìn)行智能化的操作，這是為什么我說的它的通信是基礎(chǔ)性的，也是智能電網(wǎng)最核心的一點(diǎn)，這也是一個(gè)強(qiáng)大電網(wǎng)的基礎(chǔ)。左邊的這個(gè)圖是很多企業(yè)所遇到的，每一個(gè)系統(tǒng)它都是獨(dú)自運(yùn)營(yíng)的，上面有一些智能電子設(shè)備，或者是基于微處理器的設(shè)備來進(jìn)行存儲(chǔ)。

但是系統(tǒng)之間并沒有分享，右邊的這個(gè)是我們所希望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，也就是整體性的解決方案，在整個(gè)企業(yè)公司范圍內(nèi)各個(gè)組之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，我們也查看了所有的數(shù)據(jù)源和企業(yè)，包括數(shù)據(jù)的需求等等。

它的好處就是說在左邊我們的一個(gè)變電站，通過這種方式提取要有價(jià)值的數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)的通信把這些數(shù)據(jù)推送給需要它的組織，右邊是淺綠色的，我們列出企業(yè)當(dāng)中所有的數(shù)據(jù)源的列表，綠色的是所有用戶，運(yùn)營(yíng)的用戶，非運(yùn)營(yíng)的用戶，他們現(xiàn)在擁有更多的數(shù)據(jù)，可以提供更多的價(jià)值。

這個(gè)就是我們所說的走向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程，我覺得對(duì)于能源工程轉(zhuǎn)型是最重要的一頁P(yáng)PT，在過去這些年當(dāng)中，我們從這種無功的研究開始，或者說在研究了系統(tǒng)之后看到系統(tǒng)失敗了，我們研究為什么失敗，來彌補(bǔ)補(bǔ)救這些問題，但是現(xiàn)在我們希望更加積極主動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，比如說應(yīng)該獲得電網(wǎng)當(dāng)中的資產(chǎn)什么樣健康狀況的信息，用什么樣的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)是否可能會(huì)出現(xiàn)失敗，真正的采取相應(yīng)的行動(dòng)。

但是我們現(xiàn)在只走了這條路當(dāng)中的一半，將來我們希望可以通過更多的人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)，更多的數(shù)字化來實(shí)現(xiàn)自主。

在這個(gè)過程中很重要的就是關(guān)于集成和互操作性，我們必須要遵守同樣的標(biāo)準(zhǔn)，或者一套標(biāo)準(zhǔn)，比如說左邊的圖列出7個(gè)領(lǐng)域以及它們之間如何相互作用，這是智能電網(wǎng)的一個(gè)概念的參考的模型，它的七大領(lǐng)域。

更重要的一點(diǎn)智能電網(wǎng)涉及數(shù)百個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，IEE超過100人做這個(gè)研究，IEC也有超過100人的團(tuán)隊(duì)，我們一共有25個(gè)行業(yè)的專家在我們小組里面，我們把進(jìn)一步縮小16個(gè)，我們叫作智能電網(wǎng)最高的標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)在我們需要確定哪些標(biāo)準(zhǔn)和這個(gè)行業(yè)相關(guān)，比如說這些所有的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中只有16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是最為核心的，不管是輸電，配電，客戶，網(wǎng)絡(luò)安全，不管是什么，所需要的標(biāo)準(zhǔn)或者一套標(biāo)準(zhǔn)都是在16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中的。

下面我們來看一下我們有三個(gè)不同的控制的級(jí)別，從控制中心到現(xiàn)場(chǎng)控制，同時(shí)我們還在全球的范圍之內(nèi)，我們看的并不是某一個(gè)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，而是全球范圍內(nèi)，比如說有全球一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的控制中心，或者稱之為ICCT，或者叫作控制中心的通信協(xié)議，還有兩個(gè)用于控制中心到現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。

其中一個(gè)是IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)，我住在北美，我們現(xiàn)在仍然使用很多的DNP的標(biāo)準(zhǔn)，這是我簡(jiǎn)單的介紹。

我也是非常感謝大家，也非常高興有這樣的一個(gè)機(jī)會(huì)和大家來進(jìn)行交流，謝謝大家。