创新能源共享

爱立信白皮书GFTL-23: 001893Uen 2024年2月 创新能源共享 Content Introduction 本白皮书讨论了实现能源共享所必需的演变。它追溯了信息与通信领域当前能源解决方案的进展 技术（ICT）部门到2030年左右的未来生态系统。该生态系统涉及多个部门，为社会中的能源共享做出贡献 ，电力和连通性在最需要时充当可信赖的合作伙伴。鼓励读者探索本白皮书，以把握以下关键点： 1.ICT站点有潜力通过能源辅助服务支持电网，利用站点的能源存储。这为ICT站点所有者提供了产生新收入的机会。 2.ICT站点可以在本地微电网中发挥作用，通过拥有本地电力来增强弹性。这确保了连接服务保持运行。 3.在危机情况下，促进能源共享变得至关重要，尤其是随着越来越多的服务变得数字化并依赖于连通性。 探索活动正在进行中，包括在这些领域的合作。本白皮书将参考各行业和部门正在进行的共同努力，以实现能源。 什么是能源共享，以及从中可以预见什么？ 最终目标是建立共享内部产生和存储的能量的能力 特定的地理区域，特别是在电网断开的情况下。鉴于不断变化的气候形势，世界各地的社会都遇到了新的危机情景。在5G和6G技术的推动下，对连接服务的依赖日益增加，需要持续和可用的能源供应。这需要电网的显著增强,如图1所示。 •脱碳: 共同努力减少发电中的温室气体排放。 •权力下放: 能源市场转变为具有双向能量转移分配的广泛多点系统。 •数字化: 发电和能源市场的新多点设置强调了对众多测量点的要求。 脱碳 Generation 能源市场 Distribution 消费者-消费者 数字化 权力下放 图1：电网改造 电网挑战以及ICT如何支持 随着向无化石能源发电和电气化的日益转变，电力 gridownerrequireassistanceinaddressingtheemergingchallengesbroughtaboutbythetransformationinenergygenerationandconsumption.Keyfactorsposingchallengestogrid健壮性include: •传输能力瓶颈 •太阳能光伏/风能等间歇性能源的份额越来越大 •减少电网中电力平衡的旋转质量份额 在电网改造中，扩大能源储备容量是确保稳定的当务之急，使各电网的平衡成为新常态。ICT行业和其他部门可以在加强电网方面发挥作用。数字化和智能能源编排有可能从能源社区中捕获少量能源并建立创新的商业模式。如图2所示，可以从可持续性和意图角度检查这种增强。 能量进化 意图: X能耗 %可再生能源 长期使用和生命周期 Environmental 预测微电网 感知安全接口 优先级可信性 工业与社会 社区互动 智能 OPEX 能源作为新收 入 API自动化 能量切 片 商业生态系 统 Energy@edge 来自世界各地的能量 社会 经济 X技术使用按需 创新 复原力 图2：从任何地方建立弹性能源（爱立信2023） 为利益相关者提供强大的商业模式包括为能源市场提供可持续的支持，这对于确保社会能源和连接服务的长期可靠性至关重要。透明度和意识持续推动技术创新和促进认真的能源行为，有利于环境观点 。 能源弹性的最终目标是从不同的地点利用能源，在那里行业和社会共同释放所有能源的潜力。利益相关者之间的协作方法促进创新，从而实现基于自主应用编程接口（API）的数据交换，以提高能源运营效率。 能源演变需要各种职能领域的相互作用，信通技术部门与其他利益攸关方一起，可以为这一变革进程做出重要价值。 改造能源生态系统 在新的分布式能源设置中，关键利益相关者出现了新的机遇： 电网所有者可以从能源生态系统中的利益相关者那里获得各种能源辅助服务的支持。此外，他们可以利用公共或私有的连接来实现变电站和线路监控的远程操作控制，特别是随着它们变得越来越传感器驱动的边缘网络-因此，蜂窝技术提供了具有成本效益的实施（由5G和边缘云支持）。 连接能源公用事业行业-爱立信 ICT站点所有者，拥有和控制具有储能功能的站点的无源设备 能力，可以从能源市场获得新的收入，如下文进一步举例说明。 通过能源编排解锁新的收入流 电信利用实时技术，长期以来一直数字化，使得 它准备通过人工智能（AI）技术在网络运营中利用自动化。智能连接的站点可以远程管理ICT站点的可用能源状况和电力供应。 随着电信发展向能源感知边缘服务发展[1]，将主动和被动站点基础设施与ICT站点的能源资产相结合，能源优化 可以基于移动网络的流量路径的能耗等因素和边缘云。 电池技术的进步使ICT站点能够改变电池的使用，从提供备用电源转变为动态资产，从而实现新的收入选择 。 聚合在一组站点处可用的电池容量为支持电网所有者提供与平衡频率和电压相关的能量辅助服务提供了可能性。在电网所有者控制电源开/关的能源市场中，称为需求响应服务，ICT行业可以提供支持，利用其对现有储能容量的全国覆盖。能源市场的放松管制甚至可以允许新的利益相关者进入，破坏或加强能源市场。 事实框: 预计全球能源市场的储能将以每年28％的速度增长，从2021年的24GWh增长到2031年的278GWh [2]。现有的ICT站点可以通过双重用途和利用已安装的电池容量来支持部分需求，从而用于平衡电网。 示例: 瑞典的频率遏制储备干扰（FCR-D）高端市场为558MW[3]，ICT（30.000个站点）可以暂时减少消耗并支持90MW（3W/站点）[4]，几乎不需要额外的电池容量。利用现有的馈电（3x16A）向电网输送回电网的能力可以提供高达360兆瓦（64％），但随后需要80Ah/站点的额外储能。瑞典对FCR-D的全部需求为165兆瓦[5]，ICT部门可以通过仅对现有备用电池充电来支持。 混合能源使用的能源优化 气候形势刺激了对风能和太阳能等可再生能源的投资。可再生能源的大部分预期增长预计将在2030年之前在中国，北美和欧洲[6]，这可能会推动创新解决方案的增长，以在ICT和电网之间建立智能互连。 平衡电网的进一步挑战需要更大的储能容量。可再生能源发电（中午到下午）和消费高峰（下午晚些时候和晚上）之间的差异，即所谓的“鸭子曲线”，继续增加[7]。这种情况会影响传统能源，因为当可再生能源发电达到峰值时，运营将带来经济损失。 基于AI的解决方案可用于影响能源何时和如何消耗的行为，并在ICT站点使用混合能源时执行主动分析和优先级排序，同时考虑交通量预测和最低成本/能源方案。数字孪生是另一种有用的方式，可以虚拟地表示站点上的不同实体，例如基站，混合能源，天气预报，电网等。 等等，用于情景模拟，以了解使用混合能源对用户的影响和影响。输出可用于AI模型的强化学习，以减少能耗，优化混合能源的价值。 此外，ICT网络可以识别通信网络使用的电源中的各种异常，并与电网所有者共享以采取适当的行动。 增强微电网能量相互作用 全通信的数字化电力系统激励调整生产和使用。 能源存储支持电网平衡，虚拟编排可以增加小能源资源的使用。有了双向电力系统，ICT站点将成为电网的更大机会，因此，ICT站点所有者的额外收入来源的更大潜力。 微电网通过自主模式或并网隔离地向小地理区域供电，为与ICT站点互连提供了无缝服务的机会，以构建更全面的解决方案，并变得更加灵活和有弹性。这是通过实现利用地理区域中的本地发电和能量存储的能力来实现的。这种互连开辟了几个新的创造性用例，并通过建立通用和安全的API简化了自动化执行。 在离网的同时，需要对用户和功能进行优先排序，以及与当地可再生能源生产商一起创建新的计费方案的新商业模式，包括为最终用户。 将上述功能与能量存储能力和双向电力系统相结合，增加了ICT站点瞄准额外收入流的潜力，从而成为电网服务市场的竞争对手，并对独立电网的稳定性做出了重大贡献，能够对微电网的变化做出快速反应 。 随着电网和连接网络等关键基础设施的数字化，新的复杂网络安全威胁将会出现，人工智能将在应对未来挑战方面发挥关键作用。 生态系统为社会提供弹性能源 极端天气情况对关键基础设施构成了重大挑战，促使电网所有者制定不同的策略。这些策略包括旨在防止野火升级的公共安全电力关闭（PSPS）。此外，仔细的计划涉及确定PSPS的持续时间，跨越天[8]，以促进备用能源的生成和存储的协调。 在解决天气造成的停电问题时，增强电网的弹性变得至关重要。传统方法涉及电力行业致力于其自己的解决方案,通常需要长达十年的部署期和达到数十亿美元的支出。有其他选择吗？一种新的方法势在必行。通过从以硬件（HW）为中心的方法转变为与HW无关的方法，例如使用云技术，历史ICT融合变得更加灵活 。 流量模式的快速变化导致了软件定义网络（SDN），网络功能虚拟化（NFV）和零接触网络的发展。可以得出电网特征的相似之处，包括发电的快速变化 和消费，以及在ICT行业数十年的经验。应该利用这种丰富的经验来开发电力行业的数字化平台。 考虑到5G旅程中行业和部门内部生态系统的演变，更广泛的意识和与能源相关资产的互连应该基于类似的生态系统模型。这种方法旨在为每个人利用和加强弹性和可靠的能源系统。越来越多的企业正在引入需要关键通信服务的传感器驱动的业务运营。类似地，可以将隔离terra系统应用于电力系统以增加弹性水平。因此，电网所有者将更加关心潜在的停电，以电网中的损失负载（VoLL）值衡量。 团结能源共享的基本原理可以通过几个例子来说明，这些例子强调了避免停电的价值： 拯救生命——无缝通信有助于无人机救护车带着重要的医疗设备抵达，随后为下一次任务在当地充电。确保获得安全的水-电力确保饮用水和污水泵的运行。 保护金融交易-可靠的能源供应保证不间断食品和用品等日用品的交易。 ICT作为值得信赖的合作伙伴-电动汽车（eVehicles）到达并为ICT站点充电，以确保在灾难发生后最需要的几个关键时刻保持连接。 通信服务连接社区，可以是复原力的关键在整个危机中实现统一的能源共享。 这意味着电力和连接基础设施必须无缝协作，以便在最需要时成为可信赖的合作伙伴。新政策应指导发展，将现有的能源备份需求转变为通用的能源存储解决方案，确保为社区提供长期的连接服务，同时也作为能源辅助服务。 全面解决方案意味着什么？ 全面的解决方案将需要新的支持系统和通用通信平台，以及对运营流程和程序的更改，例如改进设备的生命周期管理。在坚持确保所有系统都能以安全方式运行的同时，基础设施提供商在构建网络和系统设置时必须考虑可靠可用弹性(RAR)观点。必须确保鲁棒性-可维护性(RM)，以获得本质上持久的运营和基础设施业务的效率。[10]. ConnectivityInsights预测Orchestrate自主 通过远程访问收集数据 分析和模式检测前瞻性和预防性 基于策略的自动化 认知决策 图3：数字化旅程中的成熟度步骤 ICT行业在数字化进程中取得了重大进展，目前正在努力具有零接触自动化的业务意图驱动的操作(参见图3)。 通过电信和电网的融合来充分利用数字化的全部潜力，为社会带来了新的机遇。 Local区域National国际 时间 自治管弦乐队预测 洞察力连通性 图4：智能自主运营的部署 ICT网络和电网都在本地、区域、国家和国际层面运行。每个网络都需要在智能自主运行环境中拥有自己的决策回路，如图4所示。这标志着两个网络都开始向弹性能源转型。 一旦采取了初步措施来连接更大的能源发电，存储和负载的能源生态系统，就可以继续扩展到新的领域 ，例如电动汽车，房地产等。 新的标准，法规和市场可以协同发展，利用每个部门的专业知识并参与政策宣传。能源共享的准备工作将在不同地区以可变的范围和节奏展开。 Conclusion ICT能源与ICT能源 到目前为止，信息和通信技术主要以单向方式利用电