能源与灵活性数据模型及跨能源、移动性和建筑领域的互操作性报告概览

L能源和灵活性数据模型与跨能源部门的互动性,移动性和建筑物 脱碳 数字化 权力下放 民主化 免责声明 数字4电网特别关注报告中包含信息的质量。然而，对于任何第三方通过任何方式提供给数字4电网的信息的准确性、充分性和适用性，或对任何第三方的任何专有权利侵犯的不存在，均不提供任何形式的保证或明示保证。 数字4电网不应对其报告中包含的信息导致的任何间接损失或类似损害（如但不限于利润损失、收入损失或合同损失）负责。数字4电网及其任何代表均不应对其所含信息的使用承担任何责任。 法律通知 本文件已准备供欧洲委员会使用，但其观点仅代表作者意见，欧洲委员会不对本出版物的重用导致的任何后果负责。委员会不保证本研究中包含的数据准确性。有关欧盟的更多信息，请访问互联网（http://www.europa.eu）。 欧盟委员会对因重复使用本出版物而产生的任何后果概不负责。 ©EuropeanUnion,2023 ) ExecutiveSummary4 1.新能源系统上下文6 1.1Prosumer连接和交易控件7 1.2不断发展的能源部门集成9 1.3扩展网格数据集成边界10 1.4不断发展的监管框架灵活性13 1.5新一代事件流平台体系结构16 2.能源数据模型和本体20 2.1SGAM和协调角色模型22 2.2IEC系统通用信息模型27 2.3智能设备参考模型SAREF4Ener32 2.3CIM和SAREF之间的对齐以提高灵活性data39 2.4适用于Smart的FiwareSmartdata模型城市42 3.智能能源数据交换标准45 3.1边缘数据交易所47 3.2边缘到云和云到云数据交易所52 4.国家能源数据举措64 4.1奥地利64 4.2荷兰68 4.3丹麦70 4.4波罗的海国家/地区73 4.5加利福尼亚77 5.推动下一个欧洲能源的建议数据空间81 5.1跨不同业务利用成熟的本体和开放数据模型域81 5.2制定标准化生态系统81 5.3有利于利用实时数据流的混合Cloud-Prem-edge架构交易所83 ExecutiveSummary 当前的欧洲能源危机正在显著加速能源系统的去中心化趋势，转向分布式能源资源，多个成员国的平均增长率超过30%，这直接关系到电网数字化转型和扩展需求。这一发展在住宅能源领域尤其体现在电动汽车充电 、热泵以及住宅光伏与储能的结合上，为能源系统边缘的新底向上灵活性选项和能源社区商业模式提供了机会，并为家庭能源优化策略开辟了新途径，这些都代表着消费者新的收入机遇，以抵消不断上涨的零售电价的影响。监管机构正积极制定新的框架，促进需求侧灵活性参与能源市场，重新设定历史上的响应需求方法 ，这些方法在低电压的住宅环境中的有效性已得到验证。 新兴的数字平台利用物联网、边缘计算以及混合云架构，代表了在电力价值链的各个层面，从最低电压级到灵活性服务提供商组合优化以及电网灵活性管理，更好地协调分布式住宅能源资源的战略数字机遇。然而，这要求我们重新思考在整个电力价值链条及其跨领域内的数据交换方式，充分利用现有的最佳标准和可用的数据字典与元数据，以实现数据的有效共享与利用。 本报告在其第一部分分析了当前观察到的能源系统转型的主要特征以及这些变化对跨行为者的数据交换的影响——不久将转化为数字孪生体——以及相关监管框架的发展。第二和第三部分识别了用于协调数据交换及相应通信标准的关键数据结构和本体论，在能源领域的各个领域中应用。第四部分则分析了在选定的欧洲国家以及加利福尼亚州部署的多个数据交换平台实例。 报告在第五部分总结了三个关键的战略建议，包含总计15项推荐行动，旨在促进欧洲范围内能源数据空间的部署，并支持能源行动计划的新欧洲数字化倡议，具体如下：-推荐行动1：...（具体内容）-推荐行动2：...（具体内容）-推荐行动3：...（具体内容）-推荐行动4：...（具体内容）-推荐行动5：...（具体内容）-推荐行动6：...（具体内容）-推荐行动7：...（具体内容）-推荐行动8：...（具体内容） -推荐行动9：...（具体内容）-推荐行动10：...（具体内容）-推荐行动11：...（具体内容）-推荐行动12：...（具体内容）-推荐行动13：...（具体内容）-推荐行动14：...（具体内容）-推荐行动15： ...（具体内容） 1.利用能源部门不同领域的现有成熟本体和开放数据模型， 2.支持关键业务生态系统的发展，以促进选定标准的采用和部署， 3.为了促进基于实时数据流交换的新混合云-预置-边缘架构的发展，如以下图表所示。 住宅DER的现有能源数据结构和本体 DSODMS控制室 网格和市场域上游网格 IEC61968/IEC61850第7部分 实时事件流总线近实时上下文代理 TSOEMS控制室 IEC62325/IEC61970 实时事件流总线 灵活性商业聚合 实时事件流总线 云IoT平台技术聚合SAREF/IEC63110 DER 注册 实时事件流总线 DER计划和优化 IEC62746-4,IEC62746-10(OpenADR)& IEC63382(电动) $4000 $5001200$ $5000 $8000 智能充电API OvertheAir 更新 PV性能分析 智能家居和电动下游Gridedge 显式DER调度API 隐式DER调 度API Volt-VAR控制API 活动馈线API HomeIoT业务流程API 家庭电源 管理 家庭能源 分析 家庭存储 健康指数 电能质量 分析 能源社区 API 网络安全控制 API 需求响应 储能 云到网格连接 网格边缘计算SAREF/IEC语义 DER 自动投标 本地PV 预测 电压控制 家庭经济派遣 IoT传感器 现场电源 屋顶太阳能 家庭和汽车 APIs 实时事件流总线 1.新能源系统上下文 多年来，阻碍向清洁能源转型并最终实现气候中立的主要障碍是可再生能源的成本竞争力。如今，清洁能源转型的挑战不再集中在新可再生能源资产的投资成本上，而是如何以经济有效的方式完成这些分布式可再生能源资产的最优系统集成，特别是确保可再生能源最佳适应电网连接和运营限制。 电力系统中可再生能源的快速部署迅速提高了所需系统的灵活性——无论是为了优化电网平衡还是通过市场机制最小化电网拥堵——这要求欧洲各行业的能源用户通过需求侧灵活性扮演新的积极角色，这意味着发展新的能力以自动适应外部刺激（如价格或碳强度信号），从而调整其能源管理策略。 无论是住宅、社区、城市还是工业规模的消费者——即所谓的"产消者"——都在通过利用其能源和灵活性数据积极参与各种灵活性市场，主动贡献以降低批发市场的高峰价格，并通过碳中性的灵活资源支持TSO（国家电力传输系统运营商）和DSO（地方配电系统运营商）电网的稳定性，从而隐性地去碳化并减少整个能源系统的环境影响，因此在促进跨行业整合方面扮演着核心角色。 能源系统因此正在逐步转型，从一个中央运行和优化的系统转变为一个无缝互动的能源系统联邦体系，其中价格和碳数据交换成为协同优化能源与移动基础设施使用的必要条件。每个子系统现在都必须在其固有控制下管理自身的最佳运行，同时发展新的“产业耦合界面”，利用最佳可用标准、数据模型和跨领域的数字孪生交互，在各领域内部署这些功能。 由于这一原因，相关的数字化基础设施需要加速其转变，从少数几个集中的大型控制室环境（如SCADA控制系统供应商所历史发展的一样）向新的协调平台架构转变，这些架构充分利用了物联网、边缘计算以及混合私有和公有云架构。实时数据交换、互操作性和开放应用程序编程接口已成为构建关键技术组件，以实现分布式能源资源（位于消费者家中）与通过灵活性服务提供商、市场运营商以及TSO和DSO等联邦能源市场的插拔式数据接口的无缝集成。 为了更好地理解这一背景以及欧洲所面临的挑战和机遇，欧盟委员会已委托Digital4Grids制定一份关于能源和灵活性数据模型及能源价值链中跨领域互操作性的景观分析。这份分析涵盖了现有参考架构、数据结构以及通过能源、交通和建筑等领域发展出的互操作性标准。 1.1Prosumer连接和事务控制 消费者和公民在通过其生活和工作环境促进新型能源服务和分布式能源资源技术的整合方面扮演着核心的主动角色。同时，他们还需识别最合适的选项以最小化其能源成本，同时达到通过气候减缓政策定义的新去碳化目标。对于每一项新技术的部署，消费者的采用速度对跨行业能源基础设施的设计有重大影响，特别是为了适应热泵、电动汽车等快速部署以及特定领域中新去碳化热网络和绿色氢能源的引入。这与每项新技术的部署都息息相关。 新DER所有者-灵活性服务提供商交互 分布式能源–本报告中提及的DER（分布式能源资源）——如住宅光伏、储能、电动汽车充电或热泵——提供了通过配电网络定位的新灵活性资源。这些资源主要由自产自销者拥有，他们有可能选择不同的服务运营商，这些运营商通常是此类DER的供应商。目前，大多数这些服务运营商专注于传统维护服务，但新的电力市场设计为新的灵活性服务提供商商业模式打开了大门，这将带来DER所有者与服务运营商之间实时连接的挑战。 鉴于这些新的灵活性模型尚未达到市场完全成熟阶段，选择这些新服务的可能性不应与早期DER（分布式能源资源）的安装和调试阶段相关联——因为改变消费者能源管理习惯需要时间，而硬件改造组织成本非常高 。因此，DER数据接口需要在整个DER生命周期内通过空中升级变得可升级，同时考虑到消费者成熟度和灵活性进展的监管框架。 因此，消费者主动角色在整个分布式能源资源（DER）用户旅程中需要被全面考虑，包括数据交换，不仅限于静态设计数据，还包括整个DER生命周期内的相关能源和灵活性数据。此外，应设计相关的灵活性市场参与机制，使之完全实现“即插即用”并自动化，确保消费者对由DER交互产生的能源服务的灵活选择，同时最小化消费者的互动需求。未来的发展应确保需求侧灵活性操作无缝、易于接入，通过灵活性服务提供商环境实现“即插即用”。一个关键原则是保证DER所有者可以自由选择服务提供商，这意味着消费者将能够动态地选择或退出此类服务，并能够选择最合适的灵活性服务提供商。 必须支持不同类型的DER资源多样性，以确保这些资源在各种可用的灵活性市场中公平参与。消费者应能够访问针对不同的交易灵活性产品开发的不同灵活性提供服务。当灵活性产品允许时，消费者应有选择叠加不同的聚合商提供的服务选项，并从中获得不同灵活性收入流的好处。此外，基于其能源数据开发的基准分析 ，消费者应能够在任何时候切换服务选项。例如，在特定的时间和季节选择临时灵活性提供服务，以及在消费者能源需求变化时重新分配长期承诺，特别是当家庭中引入新的DER时。 建筑物。因此，构建互操作性层对于确保服务提供商切换的无缝进行并最小化昂贵的分布式能源（DER）物理升级需求（反之亦然）至关重要。 计量和控制装置的作用 参与市场中的动态参与（DER）需要结合灵活预测、可选物理位置提名、基线设定、实时监控、操作激活与可观测性，以及事后计量和能源交易管理等要素。尽管并非所有灵活性产品都需要所有这些过程。 在不确定的环境中实现稳定的市场份额增长。 显式参与与隐式参与 消费者需求方的生产者（prosumer）灵活性可以通过隐含的交易控制或明确的直接控制方案得到补偿。 隐含的需求方灵活性体现在消费者对其资产保持控制权（或利用DER硬件内的嵌入自动化通过专用应用管理资产），响应基于价格的交易性控制信号。是否响应价格信号的决定权在于消费者，取决于她的风险承受能力和对价格波动的兴趣。这种安排需要精确计量和理想情况下成本反映网络收费，但显著的优势在于无需设定基线，从而确保直接、更透明的收入分享给消费者。这一概念正在逐步适应，应用于DER的进口和出口，以启用如储能或电动汽车双向充电等出口功能。 明确的需求侧灵活性体现在消费者直接将对自身灵活性的控制权交予代表其操作分布式能源资源（DER）的灵活