实时捕获信息 智能管理能源

刘光强

正在哥本哈根举行的联合国气候变化大会再一次将环境保护拉近人们的视线。智能的能源网络也成为热门的话题。

公共工程上正在使用联网的仪表和其他新技术来构建新的智能能源网络(智能网格),以便能够减少服务中断,削减成本,并改善客户服务。

智能网格将到来

供气、供电等公共工程在升级其旧有能源网络时,正准备采用一些最新的技术来改进流程,改善服务质量。实时和预测性分析,以及传感器等新技术的使用,能够帮助这些公共服务机构更好地管理资源,实现读取监测仪表等自动化流程,减少因为检修潜在故障而引起的服务中断。

这些公共服务机构同时还在探讨引导公众更加智能地使用能源的方法。有一些实验性的项目可以为公众提供实时的使用信息,以便他们可以更好地观察自己的能源使用状态,并选择费率较低的时间段使用。另外一些实验性项目则在尝试对空调等家庭电器基于网络的远程控制,让客户即使没有在家也可以很好地管理。

尽管智能网格有数不清的优点,然而其实现也面临着一些严重的挑战。这些公共服务机构会有天然的惰性,例如国家的金融政策是鼓励消费,而不是节约。并且,新设备的采用和广泛推广也必须首先经过严格的测试和认证。

不过,这些困难是无法改变智能网格的发展趋势的。奥巴马政府近期已经批准,从美国的经济刺激方案中,拿出34亿美元投入智能网格的建设基金,能源公司将可以使用这些钱来发展和部署包括智能仪表、电子化变压器及自动化能源监测与管理系统在内的技术。

实际上,公共服务机构在其业务发展过程中,早已经开始关注这些新技术项目了。Xcel能源公司就是这样的一个例子,它的总部位于明尼阿波利斯市,主要提供电力和天然气供应服务,它最近启动了一项名为Smart Grid City的项目,希望建立世界上第一个实现全功能智能网格能源服务的城市。

第一个智能网格城

科罗拉多州博尔德城的项目,其设计目的是要提高公共服务的可靠性,为客户提供更多的能源使用信息,并允许客户和Xcel能源公司远程地实现对室内能源管理设备的控制。Xcel能源公司公共服务创新及智能网格策略的负责人Sandy Simon表示,这是一个实验性项目,但它有望成为未来智能网格社区的蓝图。

网格监控系统是Xcel能源公司用来减少服务中断的新技术之一。通过分析采集自安装于分布式网格中传感器的实时数据,这个系统可以发现潜在的问题,例如某处电压过低,并让Xcel能源公司及时解决这些问题,从而避免引起严重的故障。它还能预测设备故障,并在其造成服务中断之前作出必要的修补措施。例如,公司宣称,今年这个系统已经避免了4次长期的供电中断,因为它提前监测到了即将发生故障的变压器。

Xcel能源公司同时也关注其他使用网格传感器采集到数据的方法。其中一个想法就是,确保一个地区的供应电压在一定范围内,以满足其特定的需求,这能够极大地改善服务质量,并节约成本。另外,该公司还在评估该系统的切换能力,通过全自动化的变电站和绕开瓶颈线路来实现。

Smart Grid City项目包括对四五个分布式变电站的自动化改造,4个可由计算机监控的电力馈线,以及另外23个被监测实现电压纠正的馈线。整个网格系统用了大约200英里的光纤电缆,将4600个家用或小型企业使用的变压器连接起来。

智能仪表是Xcel能源公司计划中一个重要的组成部分。与传统仪表只是单纯地提供使用量读数并需要人工到现场读取数据不同的是,智能仪表可以提供更多的信息,并可以实现远程读数。Xcel能源公司还可以将从网格传感器采集到的数据,与智能仪表信息进行合并分析,从而更快地找出潜在的服务中断危险。这个项目目前已经在网格中使用了大约1.6万个智能仪表。

在今年年底之前,Xcel能源公司计划

以降低公司的运作成本,也可以加快整个的工作速度,而且还能更加地贴近客户。

遇到一些特殊的需要紧急处理的业务时,规则引擎的作用就更加明显了。PeterZibold说:“我们要看一看轻重缓急,对业务进行优先顺序的排序。比如,客户打来电话是特别急的事情,当然要赶紧抓紧时间去处理。当然,我们遵循的业务规则是非常复杂的,有一些规则具有高度的专业性。”

PeterZibold特别指出的是,业务规则管理中最关键核心部门并不是IT部门,而是专业的业务规则管理团队。IT部门只是去履行监控或者监测的任务。当然,监测或者监控是涵盖整个业务流程非常重要的一点,每一个测点都连续不断地工作,不断地提供有关流程优化方面的信息。

业务流程监控包括获取对代理商或客户服务水平的信息,从而提供相应的服务。业务流程监控还可以通过实时提供信息,改进生产过程。对于日常业务管理,业务流程监控可以根据工作量,指派员工到特定主题工作任务队列。监控任务还存储所获得的数据,并随时根据各种不同的标准进行历史数据分析。业务流程监控的目标是非常容易理解的,就是进一步提高生产效率,降低成本,让整个流程更有效率。

控制IT转型风险

IT转型或许能帮助保险公司赢得未来的市场,但转型失败也会带来灭顶之灾。MarkMcLaughlin说:“在IBM对保险公司CEO的一个调查显示,绝大多数的CEO都认为,非常大的程度上他们需要变革来应对市场变化。但当问及这些CEO他们所经历的变革有多少是成功的,只有2/3的CEO回答他们所做的变革是成功的。”

显而易见,相当部分的CEO们对变革缺乏信心,控制IT转型风险显得尤其重要。对于IT转型的潜在风险,PeterZibold说:“所有的变化都不可能完全正确,也不可能是没有任何的瑕疵的,这当中也蕴含着风险。W&W AG的经验教训是,对于所有的改变,任何时候都可以归零,都会退到初始状态,这样能够确保W&W AG的整个系统是安全的、稳定的、可靠的。”

不让IT成为一个其他人无法介入的黑匣子,也是W&W AG转型成功的经验之一。PeterZibold介绍道:IT转型项目应该可以随时让审计人员等三方介入。W&W AG另一个成功经验是,建立起各个部门之间的独立性,IT部门和相关业务部门之间保持独立性。这使得,业务规则的改变可以是在没有得到IT部门的支持下就实施的。

面向未来的保险IT系统的转型,大大提升了W&W AG的反应能力,在产品的领域或者市场上有新需求的时候,W&W AG可以作出非常迅速的响应,并同时给客户提供最佳的体验,更不会出现各渠道之间信息不共享的尴尬了。这就是智慧的保险。

启动一个室内能源管理网站,让安装了智能仪表的消费者可以登录网站,查看自己的能源使用情况。这项服务,可以帮助参与进来的消费者更加智能地使用能源。例如,他们可以选择在非高峰时段使用洗碗机或者衣服烘干机,以便享用更加便宜的费率。

智能仪表可以做到……

太平洋燃气与电力公司(PG&E)是旧金山的一家天然气与电力供应公司,其高级副总裁兼CIO Pat Lawicki认为,这几年中,分布式监测与控制设备将呈现指数级增长,因此他们也在部署其智能仪表网络及其他的网格自动化项目。Lawicki说,到目前为止,PG&E已经部署了近400万个智能气电表,而预计到2012年中,这个数字将达到1000万。这些监测与控制设备能够帮助PG&E实时查看线路性能,并更及时地检测到潜在的故障,从而减少服务中断。

迅速找到故障线路。“预测性分析和在线数据共享等技术让我们公司的日常运营实现了前所未有的透明和可视化。”Lawicki说。例如,通过将智能仪表与管理服务中断的应用程序整合,PG&E的控制中心能够将电力故障的源头定位到个人消费者的级别。Lawicki说,有了这些准确的信息,我们就能够更加迅速而有效地处理问题。

用户选择分时用电。最被PG&E所看好的技术是,能够为消费者提供更多的能源使用信息。他们计划为公众提供能源价格变化的实时信息,以便他们选择最好的时机来使用那些耗电量比较大的电器。

远程查表下账单。并非只有电力公司才关注这些新技术的实验。Atmos能源公司是达拉斯的一家天然气公司,他们正在从事一个名为高级仪表设施(AMI)的实验性项目。他们使用一个几乎废弃的寻呼网络无线电频率,将其仪表连入了一个智能网络,让公司可以远程读取仪表。目前,这个网络已经覆盖了路易斯安那州和德克萨斯州的数千个仪表,而Atmos公司计划在接下来数年内继续扩展这一项目的覆盖范围。

Atmos公司副总裁兼CIO Rich Gius表示,AMI让公司全面实现了客户账单的自动化生成,再也不需要专门派人到用户家里去读取仪表了。相反,他们可以随时了解到仪表的读数,并将这些信息保存在公司的数据中心。然后,客服中心就可以使用这些数据建立客户的账单。而在老系统中,他们不得不等到抄表员返回公司,并将读取的信息手动输入到账务系统中,然后才能生成账单,而这个手动的过程是可能出现错误的。

便利获取统计信息。这项技术让天然气公司可以及时了解到客户什么时间在使用天然气,使用量有多少,因为这些仪表的数据不再是一个月统计一次,而是可以通过联网的设备每个小时就读取一次。与电力公司的做法一样,AMI也可以让Atmos公司向客户开放更多的信息,让其了解到自己的天然气使用量,以及价格的变化,让他们可以在适当的时间享用到最好的优惠。

附加的更多好处。Atmos认为这个项目还有其他一些好处,例如可以让仪表读数更加准确,从而提高工作效率和改善现金流,因为实时的读数缩短了读数和邮寄账单之间的时间间隔。

另外,由于公司不再需要抄表员去客户家里读取仪表数据,他们就能够减少招聘、培训和维护这些抄表员的成本。同时,对于那些处于难以到达和危险位置的仪表,还减少了抄表员在工作中受伤的危险。

远程控制家中电器。TXU能源公司将智能仪表的效用发挥更进一步。这家提供电力及相关服务的公司,让其家庭和企业客户能够通过网络和基于ZigBee(一种使用小型、低能耗无线电的无线网络标准)的家庭网络实现对各种电器的控制。

例如,公司基于网络的iThermostat工具可以让客户控制其空调的使用。客户可以通过任何一台连接网络的计算机或者设备控制其空调,包括打开或者关闭,以调节室内温度。这个工具还可以让用户跟踪和监控每天的制冷或取暖成本,还可以实现取暖和制冷的切换,以维持一个特定的温度。它还可以自动发送电子邮件告警,给出一些适合特定用户的使用提示,以及每天、每月或每年的取暖和智能费用报告。

TXU能源公司还有一些实验性的产品,如HVAC(取暖、换气和空调)监控工具,能够让企业用户更有效地管理其能源消耗。

除了远程控制之外,智能仪表还可以每15分钟提供一次能源使用的信息。公司可以分析这些数据,用来改善其基于时间的定价计划,促使消费者在高峰期少用电,帮助他们节约成本。

公司还为技术人员配备了移动设备。当客户需要服务,给他们打电话时,他们就可以使用这些设备访问办公室的机器,为客户提供更加快捷的服务。

实现智能网格的七大障碍

在公共服务机构能够充分利用最新的技术之前,它们还需要克服一系列的困难。

首先是惰性。“能源行业应对变化的反应很慢,接受新的技术也很慢。”加利福尼亚州圣卡洛斯的能源咨询公司RevGen咨询集团负责人Mort Cohen说。现有固定的工作方式让整个行业都已经习以为常。随着一些掌权者退休,这样的变更可能才会加速,因为更年轻的工程师会更加乐于使用电子化、无线和光纤等新技术。

其次,要验证新技术的性能和可靠性,也需要经过广泛和耗时的实验。“能源行业很难接受那些还没有经过所有条件测试验证的新技术,”Cohen说,“但这个过程是很漫长的,但既然大多数的技术在其他行业都已经有了不错的应用,验证其性能和可靠性的时间也会缩短。”

此外,这些公共服务机构还需要更新其现有的IT和通信基础设施,以支持被采集和传送的大量数据。例如,为了实现对传感器和智能仪表所采集数据的传送,这些公司也许需要升级其网络。同样,数据中心为了能够处理和分析更多的原始数据,也需要升级并使用支撑的分析软件。

“有很多任务需要处理,因为有大量的输入数据需要在很短的时间内进行处理和解释,”Cohen说,“而目前还没有任何统一的数据传送和通信业界标准,因此还不能在不同的网络之间实现互操作性。”

第三个障碍是,很难精确地说清楚这个跨越整个美国的智能网格将会是什么样子或者应该是什么样子。将天然气和电力的网格分开,不如一个完整的能源网格有效。

“关于智能网格的规划和如何实现,业界有无数讨论,然而却很少有统一意见,”Atmos公司的Gius说,“但一旦我们就智能能源网格的未来达成了共识,确认了我们未来的资本投资方向,其影响力将会是巨大的。”

然而,第四个障碍是,这些高度规划的企业必须在技术投资之前看到清晰的ROI(投资回报率)。“如果这个问题无法很清晰地展现,企业的资本投入将会大大受限。”Gius说。

Cohen认为规划改革相当重要。他注意到,目前,这些公共服务机构主要以其卖出的能源数量来计算收益,其费率基准也是以对新工厂的资本投入来计算的。“这种思维方式应该彻底转变,因为使用新的技术可能会让公司免于建立新的工厂,它们能够为这个社会节约能源,而不是单纯地增加能源消耗量。”Cohen说。

第五个障碍,有的企业不得不等待其他公司实现新技术与基础架构。例如,TXU能源公司目前的实验性项目使用范围还很小,因为其期间计价、远程开关、设备监控和需求应答等功能都有赖于电气公司实现高级测量基础架构。另外,TXU公司还不得不面对整合不同智能仪表技术的挑战。

安全问题是第六个障碍。Xcel能源公司的Simon认为,一个关键性的困难是,要确保在能源公司与消费者之间来回传送的数据受到保护。“如何保证我们安装的这些东西能够让传递的数据是安全的呢?”她说。

标准是第七个障碍。Cohen注意到,在特定类型的系统之间,已经有了一些互操作性标准,“然而大部分的能源公司还是会选择与标准不完全一致的技术。”

PG&E的Lawicki注意到,智能网格还需要前所未有的技术整合。“在智能网格标准开发的背后,有着显著的动力,整个行业以及大量的网络厂商、规划师和股东都会为此做出自己的贡献。”她说。

尽管能源公司都还在考虑如何解决所有面临的困难,但是它们实际上已经在积极行动了,相信它们能够推动这个行业的发展,为整个美国更有效地提供能源服务。

通过联网的仪表提供的实时信息,消费者在管理其能源使用上能发挥更大的自主性。