Part 1. 从IOT到IOE，从万物互联到能源互联“我们本以为硅谷能给我们创造出飞行汽车，结果它给了我140个字符（推特）”近数十年来，数字化转型引领着科技与生活方式的迭代发展，伴随着互联网+硬件组成的物联网系统的迅速推广，气候变化与碳中和这十年间最热门的话题之一也迈向了转型前夜。清洁能源系统、能源管理和能源消耗推动着我们对于现代能源系统的新需求。物联网到能源互联网，在逻辑上应有三层发展路径：物联网 - The Internet of Things (IoT)： 智能手机和智能电表等物理对象通过互联网连接并共享数据。这些智能对象无需人工干预即可实时通信并自动执行任务。例如，智能电表会感知到寒冷天气，并在您离家时打开暖气以防止管道结冰。这些对象也称为智能设备。万物互联 - The Internet of Everything：万物互联包含了可以像物联网一样进行通信的物理对象，也包括人们如何与智能对象以及彼此之间的交互；人对人，人对机器，反之亦然，机器对机器。万物互联有四大支柱：人、事物、数据和流程，而物联网只有一个支柱——物理对象。能源互联 - The Internet of Energy (IoE)：虽然 Internet of Energy 与 Internet of Everything 共享 IoE 的首字母缩写词，但它描述了一些非常不同的东西。万物互联关注能源生产、能源分配和能源使用。而能源互联基于万物互联的框架基础上，针对能源行业从硬件到用户，从电网到储能链接的总概述。最终，能源互联网 (IoE) 描述了智能能源基础设施系统中的所有内容。这个智能能源系统中的任何东西都必须与互联网连接并共享数据。 能源基础设施包括从存储系统到风电场、电能表、输电线路和发电机（例如发电厂）的一切。万物互联旨在提高能源效率，包括发电、传输、功能和能源使用，从而减少浪费并提供更可靠和灵活的能源供应。但同时，也对相应的能源管理与分配方式提出了新的挑战。针对这一挑战，基于云计算的智能平台可能是解决这一问题的方案。云平台可以满足电力物联网相关应用的计算需求以及数据存储的需求，同时可以基于云去开发电网相关应用程序。智能平台的前身，最早可以追溯到CPS概念。也为能源互联网平台奠定了架构基础。CPS（Cyber-Physical Systems），中文名称为信息物理系统，网宇实体系统。“Cyber“是”Cybernetics” (控制论或模控学) 的缩写，源于希腊语，原意为舵手或驾驶员。CPS的概念于2006年由美国国家科学基金会（NSF）提出。对于CPS的具体定义，各家观点与表述不同，根据德国国家科学与工程院（acatech）的定义，CPS系统将软件嵌入至系统中，这些软件：通过传感器直接记录物理信息，并通过执行机构影响物理过程分析和存储数据，并主动或被动与物理世界和信息世界交互互相连接并产生通信使用来自全局的数据和服务有专门的，多模式的人机交互通过前沿的云计算技术，以及设备之间的安全通信网络可以解决数据量变大所带来的问题。数据将在云端共享，将被基于云端的应用所使用。云平台将成为不同应用程序的数据湖。这可以消除应用程序之间集成各项服务的需要。智能能源管理系统将通过平衡所有来源生产的电力以及所有电力消耗来保持电网稳定。而与之对应，基于云计算的数据底层将是实现整个能源物联网生态系统的关键。在能源互联网（IoE）中，发电机组，负荷，储能设备，电表以及自动配电设备等能源领域的基础设施相互联结。IoE将这些设备中的信息收集起来进行处理，但是收集大数据量的信息以及分析非常的消耗时间，随着配电网络的设备数量和信息量的增加，传统的SCADA通信和应用程序管理限制了跨程序之间的信息共享，也就限制了基于数据去创造更多价值的可能性。此外，IoE也允许电力的消费者和产销一体者去自主协调供需的平衡。当然，很多智能设备以及追溯系统，是实现这一功能的前提。Part 2. 云平台的数据底层 - 物联网的数据管理与智能抄表作为能源领域内的物联网案例之一，从根本而言，智能电网是一种通过数字化控制、监控和通信能力增强的发电、输电和配电网络。除了提供实时、双向的电力流之外，智能电网还支持自动化的双向信息流。为了给现有基础架构增加智能特性，需要战略性部署新的数字设备和装置。并从设备中提取有价值、切实可用的数据进行分析。物联网的真正价值在于它能够使无关联的现有基础架构中的数据发挥价值，收集关于电力供应链每个环节的数据后，系统运营商可以使用强大的分析、仿真模型和假设场景更准确地预测从电网状态到地域条件的各种因素对其产生的影响，其架构如图所示：图 1 物联网能源云平台系统架构图【来源：CPS】作为世界上覆盖范围最广泛的电网与能源系统之一，我国在能源系统硬件，云平台的投入与数据底层管理与解决方案的创新实践上也踏出了先行的一步。对于这些概念的实施，目前，中移物联已经在逐步构建出万物互联，能源互联的蓝图：智能用电信息采集管理解决方案结合智慧云表。产品包含智慧云表终端（DMP）、智慧云表管理平台（AEP）、用户端APP（BAP）构成，分别对应了实现对智慧云表终端的统一管理和远程抄读，支持用户分级管理授权、电量采集策略统一配置、终端状态统一管理、各类数据分析报表查询、呈现和导出等功能。图 2 通用用电信息采集管理解决方案 【来源：中移物联】通用框架可广泛适用于基站机房、智能电网、生产企业、楼宇园区等场景，提供用电信息精细化管理的整体解决方案。例如：助力企业实现智能化能耗监管作为中国最大的肉鸡生产加工出口企业之一，新凤祥是农业产业化国家重点龙头企业。其养殖场、生产车间及冷藏车间原有表计为传统表计，采用人工抄表方式，数据滞后、误差大，抄表工作量大、成本高。中移物联网本着以客户为中心的原则，从成本最优的角度出发，通过利旧模式，使用4G智能DTU实现千余台老设备的改造，避免“一刀切”对客户造成不必要的资源浪费。另外，根据客户实际需求，新增智能三相电表、水表、蒸汽表。此次改造中的全量设备采用4G无线回传的方式，实现自动化远程抄表，实时获取关键时间的水量、电量、用气量，避免了有线传输的布线繁琐问题，为新凤祥节省了大量的维护成本和工作量。图 3企业能耗监管【来源：新华网】结合网端侧设备的数据采集，新凤祥同步上线能源分析管控平台，实现能耗数据的实时和累积分析。全厂区的能耗数据可实现智能记录并自动上传，实现了能耗监测的自动化管理，既减少了人力的投入，并且有助于对生产过程的能耗进行快速分析，同时及时管控生产中可能会出现的安全问题。项目落地后，新凤祥实现了自动采集数据并上传至山东省能耗在线监测平台，切实落实了发改委对重点用能单位的监管，政企联动，将节能落到实处。山东省新旧动能转换正在不断向前迈进，能源管控对传统企业的重要性不言而喻，中移物联网致力通过“云-管-端”的物联网解决方案，为企业提供数据可采集、可上传、可分析的一站式服务，助力企业实现智能化管理，降低生产成本，提高生产效率。“智慧云表”为电量监控装上智能“大脑”在江苏苏州，在之前已完成近2000个基站改造的基础上，2022年新增超2000台4G智能电表用于基站电量监测。中移物联积极提高电量数据采集效率，助力产业升级改造，并将数据精细化、准确化，减少工作量。OneNET开放平台具备开放的通用PaaS接入能力、行业及多形态硬件应用服务等能力，通过适配各种网络环境和协议类型，支持各类传感器和智能硬件的快速接入和大数据服务，使用无线网络实现智能抄表，通过智慧云表管理平台可实时监测电量变化，达到可管理、可追溯，为智能化运营提供助力。中移物联智慧云表解决方案，实现海量电表实时可监控、数据准确上报、电费稽核精细化管理、嵌入式廉洁风险防控。同时通过灵活的定制化开发服务和商业模式，解决绝大多数场景电量电费争议问题，助力实现抄表行业的数智化转型升级。智能云表为高铁打破信息孤岛问题，解决高铁网络上线问题鲁南高铁开通后，因室分站点的上线问题，网络信号较差，给广大民众出行造成诸多不便。中移物联为鲁南高铁菏泽段打造“OneNET平台+智能电表”定制化解决方案，管理人员可以通过智能电表进行数据监测和管理，随时掌握管理区域的用电规律，解决高铁站通信基站电表抄表管理问题，助力室分站点的顺利上线，为鲁南高铁成功解决网络信号拥堵问题。图 4 智慧云表平台【来源：中移物联】为解决智能电表数据安全性问题和多平台数据接收问题，中移物联联合中国移动山东公司充分发挥物联网OneNET平台的数据处理和平台对接能力，统一汇集感知端抄表数据，下发多个在线运营平台，成功完成平台之间的数据连通，有效缓解多运营平台数据不通畅的问题，推动菏泽三个高铁站的100多室分通电通网。Part 3. 在双碳目标背景下，能源互联的未来是？为实现碳达峰与碳中和的双碳目标，城市，区域，乃至建筑单体的能源数据化与数据底层重构必不可少，智能化，精细化管理将会承担日益重要的角色。近年来，全球智能电网的数量显着增加。各地政府正越来越多地在开发其智能城市基础设施上投入资金。在输配电基础设施的扩展和现代化方面不断增长的支出增加了智能电网应用基于物联网的技术的采用，这推动了全球能源市场的万物互联。此外，能源和公用事业公司倾向于选择智能电网和智能电表来提高运营效率。通过基于物联网的系统可以将智能电表与传感器相结合，以提高能源管理效率。此外，物联网技术中认知计算、人工智能和数据分析的兴起将为全球物联网能源市场创造新的机遇，其中几大趋势核心分别是：数字化：从宏观而言，行业创新取决于对有关需求、供应、效率、趋势和事件的信息的相互促进。这些数据必须准确、完整、及时和可共享。因此，基于能源互联IoE、开放能源以及智能电网与云平台的迭代与更新便至关重要，因为它们确保创新者拥有所需的洞察力，以不断改进能源输送的物理属性、利用效率和经济性。去中心化：数字化通过将资产整合到开放的能源供应链中来支持去中心化。但去中心化不仅仅是现有资产的整合——它是新资产在需要的区域内再次扩散与再分配的过程，其不仅保证了能源最大化程度的当地消纳，同时也为基于去中心化而诞生的技术、产业与商业模式提供了新兴的动力。脱碳化：作为碳中和路径与实现双碳目标的最终目的，脱碳将会是目前中国、欧洲，乃至世界能源系统构建与发展的重点。我们必须转向建立在分散式基础设施上的更环保的供应链，利用各地的能源供应来满足任何地方的能源需求。因此，能源互联网不仅仅是一个投资机会——它是生存的必要条件。自治与多样性：与互联网相关的许多创新都源于这样一个事实，即除了在物理上分散技术之外，它还在决策上实现更大程度的自治化，从而大幅增加应对能源行业挑战的市场参与者的自由度，加速创新并增强我们应对市场动态的能力。于此同时，随着自由度的提升，相应的模式投入与策略也将趋于多元化——不仅为了降低风险和优化回报，而是作为一种赋能策略。毕竟，如果我们相信未来能源互联网的前景，我们就必须保证能源供应链的所有元素能够协同工作，从而在这些元素上实现我们的创新计划多样化，以促进互操作性和集成。对此，我国也踏出了迭代改造的第一步：基于NB-IoT技术的生态构建。其中，NB模组(NB-IoT)窄带物联网是3GPP第13版中引入的一种新的蜂窝无线电接入技术。它可以在低至200 kHz的系统带宽上以独立模式、在LTE载波内或在LTE载波的保护频带内运行，它还支持仅3.75 kHz的最小通道带宽。这提供了无与伦比的频谱灵活性和系统容量，再加上节能运行、超低设备复杂性和无处不在的覆盖等品质，使NB-IoT成为物联网市场中极具竞争力的技术。窄带物联网(NB-IoT)是一种在难以到达的地方长时间与需要少量数据的“事物”进行通信的新方式，它具备以下优势：深度覆盖：在建筑物和地下具有出色的覆盖能力；广连接：它可以高效地连接大量设备（每个NB-IoT网络单元最多50,000个），同时最大限度地降低功耗并扩大传统蜂窝技术无法服务的位置的覆盖范围；成本效益：NB-IoT应用专注于低速、稳健的数据传输和适当的可靠性水平，较低的设备价格降低了安装成本，并降低了被盗风险；优化的网络架构，可以轻松部署到现有的蜂窝网络架构中；超低功耗，电池寿命长达十年：利用eDRX和PSM的设备设计可以最大限度地减少功耗。物联网设备可以使用四分之一大小的电池运行10年，无需充电或更换。在北京燃气集团智慧表计改造项目中，计划在“十四五”期间，完成600万台燃气表终端设备智能化改造的任务目标。中移物联结合NB模组（M5310-A, MN316, M5310-E）物联卡、与OneLink平台，推动北京移动重点项目，截止2022年7月底，累计交付“卡+OneMO模组”超50万套，项目总体规划改造数量超600万台设备，网络保障能力已获得燃气集团及其分公司、表厂的普遍认可。项目启动以来，一方面带动北京区域全网物联网收入和NB连接数增长，另一方面通过项目带动NB信号优化和网络覆盖补点，保障客户改造区域居民的用气质量和安全性，也提升了中国移动在北京区域的NB网络服务能力和口碑，进一步支撑北京移动在公共基础行业的市场拓展。2021年，北京移动在北京水燃热智能化改造项目中，总体获得超90万套产品份额，市场占比超 70%。以此奠定了以政府的基础设施数字化改造，为未来能源互联的新机遇发展提供了基础数据保障与土壤。尽管许多人可能会争辩说，在需求管理存在问题的地区，简单地建造更多的发电站会更有利，但很明显，电力的管理和消耗方式需要现代化。这种混搭方式创造了一个开放的数字供应链，推动了在线创新的划时代热潮。企业家和发明家可以专注于供应链中任何地方的特定价值主张，而不必不断地改造供应链本身。能源行业必须朝着相同的方向发展。我们需要能够像服务器平台一样对待我们的各种生成方式。我们需要我们的传输网络像我们的数据网络一样易于访问，我们需要能够灵活地将能源输送到任何消费端点。未来是关于整个能源供应链的开放式创新和要素整合。只有拥有这样一个开放的能源生态系统，我们才能适应能源行业面临的高度波动，我相信它代表了当今能源领域最重要的机遇。在能源互联的未来，更多的新模式与技术的涌现，而现在的我们，也许已经站在了破晓的前夜。}