何學進：能源利用大轉型中的數據集采和傳輸革命
2019-12-09 15:42:08
摘要：上海光電子技術研究開發中心可見光通信實驗室主任何學進在“能源互聯網創新與產業新業態”分論壇上作了《能源利用大轉型中的數據集采和傳輸革命》主題演講。
以下為何學進演講文字實錄：
何學進：首先，非常感謝主辦單位的邀請，尊敬的各位領導、各位嘉賓，非常有幸在楊校長、湯院士的后邊緊跟著來做我的匯報，因為我們智能電網發展恰恰指明了能源發展的大方向，我做的主題匯報希望在智能電網發展過程中末端傳感層面上做一些貢獻和微薄之力。
我的匯報題目是“能源利用大轉型中的數據集采和傳輸革命”。我的匯報分為四部分，智慧能源發展趨勢和瓶頸，能源集采和傳輸的現狀，塑料光纖通信技術帶來的革新，看一看我們行業中的應用案例和前景。
第一個，我就多說了，這個信息和數據向我們展示的是我國目前能源分布不均，人員有限，單位GDP能耗是很高的，簡而言之，能源既缺乏，但是又不節約，這不行，我們的能源轉型是勢在必行的，能源轉型的方向通過這張圖可以看出來，深度融合是我們的趨勢，它需要把能源產業跟互聯網理念和信息技術進行深度融合，這樣才能實現智慧能源發展過程中，能源轉型、能源安全以及可持續發展這幾個概念。我們看一看，智慧能源發展典型的一個應用場景案例，以電力為例，電力能源信息化在所有的能源里面是走得最前面的，我們通過這張圖可以看得出來，智慧電力、智慧電網的發展需要從發、輸、配、用各個方面上都談到，這些智慧在電力流、信息流、業務流統一的情況下需要來支撐我們的用電、居家、智慧社區、智慧城市，這是智慧能源以及智慧電網存在的意義和價值。這個智慧電網需要兼顧的正好類似于這三層，這是價值層，這是信息層，這是基礎的物理傳感層。我們希望這張電網能有治愈安全、兼容、互補、協調、高效等等一系列性質，能滿足我們對智能電網的暢想和需求。這個電網就必須要具備可感、可知、可控的三個基本條件，這三個詞、六個字在整個智能信息化尤其電網提了很多年了也是基本的堅實訴求，達到這個訴求的話，關鍵技術必須得到突破。湯院長剛才說了很多關鍵技術，關鍵技術是我們目前相對瓶頸的地方，不能達到百分之百的對于末端設備的精準控制，目前需要在這個層面建立一張末端信息集材網。
第二部分，目前能源信息集采尤其在電力領域它的現狀。第一個，智能電網管理的基本訴求可以從三個層面，業務層面，專業的跨度層面和社會服務層面。目前我們需要在用電質量、智能管控、智能化運維早就提出來的概念上進一步完善，同時還要兼顧新增的業務，現在談的充電樁、分布式電源，分布式電源、新能源將來是趨勢和補充，這一部分的技術涵蓋是我們新增訴求。同時在跨專業支撐層面上，我們的電能質量監測、負荷、停電搶修、配網監測是目前需要改善的。在社會服務層面上，老百姓要可控，用電合理化調度以及家庭的綜合能效管理等等這些需求的應運而生。這些需求實際上面臨的現狀是什么樣子的？我用了一個不等號來表示，我們實際上電網的信息化管理存在如下一些問題故障問題后知后決，人員水平要求很高，很多時候茫然、被動的接過別人打過來95598的投訴電話，到現場也不知道什么情況，我們去處理，這種現狀不是我們需要的智能電網。
從這張圖可以看得出來，這是國網目前電力領域比較推崇和主流的泛在電力物聯網，我們從智、云、網、邊、端支撐，下一步信息化集采思考從來沒有停止過，南網、國網提出很類型的概念，透明電網也好、下一代集采系統、采集2.0也好，所有這些做法目的都是為了打通法、輸、運、配等環節，所有的末端設備必須要能精準的把數據傳輸進去，剛才為什么說這個地方是大概的瓶頸所在呢？接下來看一下目前主要在電力領域，尤其在智能電表這個領域賦予的幾種技術和它的表現。為什么專家說智能電表沒有達到智能的作用？現有的通信技術主要有這么幾種，載波、微功率、高速載波，這幾種技術相對來講都有一個特性，它受電磁干擾，尤其電力領域，很多技術指標層面上達不到。今天所跟大家介紹的一組新的技術探討和思考是塑料光纖通信技術，它可以日采集成功率、運維管理等各個層面上有更優異的表現，我們采集百分之百明確的，400米的通信距離，可觀可控，尤其在停電上報等層面上速度和成功率很高，基于這個技術可以暢想一下能源領域里面新的運用機會。
塑料光纖技術是什么技術？塑料光纖技術兩部分組成，光纖和兩邊的光電轉換器，光纖的材料從石油提煉物MMA液態物質來的，由它進行本體聚合轉成PMA，這種材料拉出來新型的光纖，這種光纖作為新型材質，光電轉換器是必不可少的一部分，目前主要是紅光和綠光兩種，我們在這個層面有一個長足的創新?；趧偛诺奶匦宰龀鰜淼墓饫w，大家直觀的感受一下，它也是三層組成的，新層、還有反射層，這個光纖直徑大很多，跟五類現象比直徑又小很多，相比于傳統的銅線來講比較輕，可見光傳輸信號，可見光和現在傳輸不一樣，現在是紅外以外的安裝簡易，基于它是光通信，塑料材質的通信，防雷、防潮、防震，無輻射、安全可靠，防竊聽，我們是沒有任何電磁波散發出去的，同時在節能環保，防電磁干擾也有它的特性所在?；谶@些特性再看它的施工層面上的優勢，直觀的感受一下，這是塑料光纖在電力領域的應用場景，塑料光纖切斷以后，把塑料光纖的頭分離出來插進去，是秒級的，對于施工和運維人員來講是沒有任何要求的，連壓線頭都不會壓的，同時它的斷線連接很簡單，斷線連接器把兩個放在在一起就可以了，一個小的切刀分離都在那兒，不需要環境這么復雜。這個技術非常利于工程推廣的技術，我們是上海光電子技術研究中心，協同深圳九一公司一起在學術帶頭人劉向林老師的帶領下，專門攻克光電轉換器的核心技術，這個技術一直以來被美國和日本、歐洲的企業所把控的，目前我們在核心轉換器里面的LED、光源和集成電路層面上全部都是自主創新的，下面會介紹到。
從這幾個層面，我們看一下，第一個，全自主設計的集成電路，第二個，我們的高頻FRED決定了它的通光能力效力和效益都是很好的，保證通信距離做到400多米，這只是目前的第一款產品，行業內做得最高的是200多米，藍光保證了它的速率更高、光穿更低。這個小的發明有大的用處，一會兒組網結構里面跟大家匯報。整體來講，我們通過獨立自主創新的技術讓塑料光纖這個已經1968年被發明的光通信技術，比實芯光纖晚不了幾年，同時大幅降低了成本，這個技術具備了可被廣泛商用的可行性。
接下來談一談這個技術在電力領域具體有什么樣的應用和方式，我們原來做了一些，包括我們的同行，因為我們本身是做芯片研究的，很多同行已經做了很多應用性的開發和使用。這是典型的應用場景，傳統的一個臺區，集中器加采集器下面各種電表，塑料光纖從集中器出來以后就是雙環，連采集器，采集器連電報，都可以兼容。這個傳輸形成的獨立網是半雙工的，任何一個節點斷開以后沒有任何的問題，帶來的好處數據采集層面上能自動生成拓撲，檔案對比、停電、故障報警等等所有都是百分之百的。第二個應用做了一個創新，它可以把塑料光通信的組網結構變成總線性的，意味著整個通信的速率得到了直線的提升，不像環網一樣一個一個問，塑料光纖一個設備直接連到所有的電表上，包括四表合一，您看這兒畫了一個寬帶接入，行業中做過一些試驗，通過它直接進入家庭做分析，這樣就把湯院士所說的需要老百姓參與進來，需要電力客戶和用戶之間的溝通全部拉通。
下一個是我們的一些暢想，基于這個技術本身可以使用的不僅僅是電表層面上的想象和應用，不僅在家庭接入以及家庭能效分析，尤其管委會這些地方有電磁干擾，比電表更大的，而且短距離很多地方需要傳輸的，通過這樣一張網絡就可以為所有的電力信息化，包括泛在電力物聯網等等這些暢想提供一個相對安全、可靠的物理傳感網絡。
基于它以后，我們再看，安全性高、穩定性、速率、實時性好，我們可以在原來用電集采系統、變電站系統、充電雙向互通，因為它的通信帶寬可以做到千兆甚至往上，包括我們的配網甚至太陽能、光伏它的管理，風能系統，它直交流變電等等都可以塑料光纖來提供，讓整個能源管理系統里邊有能力去做一些有價值的事情。比如說，我們的能源預警應急體系，我們的遠程控制、消防評估，只有了準確可靠可以密集采用的數據才能實現所有的暢想。
當然這個技術的發展，不是一窮二白的，早就具備了國家層面的支持和標準層面上的進步，國家的新材料十二五、十三五，中國光電線光器件的十二五、十三五，對塑料光纖有明確的定義和指導。同時在行業中，除了通信領域有了標準以外，在智能電表領域也有國標和行標，現在進入國網和南網，尤其南網企業標準速率完成，準備發布階段。
我們看看應用案例和場景，從業企業大概做了5萬戶，目前南方電網進入了標準發布的標后工作，在海南、深圳分別已經開始招投標，正式的招投標參與的企業有威盛（音）傳統在電力領域的大型企業。
這是典型案例的剖析，在廣州用電局做的項目，塑料光纖ORT設備，因為南網本身適應光纖網絡布的比較充分，尤其在廣州和深圳，配網適應光纖網絡比較充分，直接轉成塑料光纖，由塑料光纖抄電表、水表、氣表同時進家庭做家庭組網的分析，全光纖的網絡借助這樣一種材質被打通了。塑料光纖的應用不僅僅是在電力，在國際上來講，工業控制、車載、醫療三個層面早就控制了，像寶馬、奔馳、奧迪很多年前整車系統用塑料光纖做它的通信介質，因為它抗電磁干擾和抗振動，傳輸速率又快。所以整體來講，塑料光纖通信技術它具有柔性通信的特性，它可以在通信、能源、工業控制、車載、醫療、國防等70多個領域使用，我們也是希望通過這一次的技術創新能把這個國際上的這個技術變得更可用一些，更低廉，能力更強，這個時候很多行業可以使用。我的匯報完畢了，希望大家指正。謝謝！
注：本文系能源新聞網整理自何學進在2019年全球能源轉型高層論壇上演講文字實錄，未經本人審閱。
