魏青竹：從光伏的智能制造到能源互聯網|V課堂第48期
12月1日，江蘇省企業信息化協會總群迎來第46期“智造+V課堂”。本期“智造+V課堂“邀請了中利騰暉科技有限公司信息總監魏青竹魏博士為大家帶來主題為《從光伏的智能制造到能源互聯網》的精彩分享。
當前我國光伏產業面臨的低端產能過剩、企業盈利能力普遍不強等問題，從而應進一步引導光伏制造業加快智能化、網絡化、信息化發展，促進高端產能和落后產能的市場分化，推動落后產能加速退出市場，提升產業核心競爭力，為未來更深入地參與國際競爭、支撐國民經濟綠色協同發展奠定基礎。借由互聯網+之風，光伏產業開始牽手互聯網構建光伏互聯網生態圈，進而推動能源向“互聯網+”的產業革新。那么光伏產業如何在變幻莫測的互聯網環境中生存、發展、壯大?如何在智能制造浪潮中搶占先機?這些都是大家熱議的話題，本周跟著我們的V課堂一起來聽聽吧!
演講嘉賓
嘉賓介紹
魏青竹
(中利騰暉科技有限公司信息總監)
(1)現任中利騰暉光伏科技有限公司技術、信息總監;
(2)畢業于中國科學院上海物理研究所;
(3)常熟理工學院客座教授;
擅長領域
(1)長期從事高效晶體硅太陽電池及相關應用產品開發和生產線智能化及信息化改造工作;
(2)互聯網+光伏、能源互聯網、光伏企業生產線智能化及信息化改造等方面有著豐富的實戰經驗;
獲得成就
曾獲得常熟市優秀專業技術工作者、蘇州市“杰出工程師”等榮譽稱號。近年來在省級以上學術刊物發表高水平論文14篇，獲授權發明專利15項，獲常熟市科技進步一、二等獎各1項，蘇州市科技進步三等獎2項。
演講主題
《從光伏的制造到能源互聯網》
演講大綱
1.中利騰暉光伏科技公司簡介;
2.互聯網+光伏產業發展趨勢;
3.光伏的智能制造;
4.關于能源互聯網的探討;
原文實錄
原文實錄context：
魏博士：各位朋友們，大家晚上好，今天我要和大家分享的題目是從光伏智能智造到能源互聯網，我是來自中利騰暉的魏青竹。我今天的報告主要分為以下的五個部分，包括中利騰暉的一個基本介紹，光伏產業鏈，光伏的智能智造，互聯網+光伏，以及能源互聯網的探討。
中利騰暉光伏科技有限公司成立于2009年，母公司是深圳股市上市公司中利科技集團，總投資是48億元人民幣，截止2015年，公司累計開發電站3.6個GW以上，公司是光伏行業唯一通過VDE生產全過程質量認證的企業。同時是中國光伏領跑者一級認證企業，工薪部兩化融合貫標試點企業以及江蘇省兩化融合試點示范企業，共申請專利230多項，擁有專利120多項，其中境外專利1項，發明專利30多項。
公司總部位于常熟，產能有1.5GW電池，以及2 GW的組件，另外我們在內蒙古包頭，以及新疆吐魯番，各有200兆瓦的組件工廠，同時在泰國中利騰暉擁有600兆瓦的電池和組件產能，公司投入了1.7億元，建設了一個研發實驗室，近三年總共投入10億多元，進行項目開發工作。
我們企業是江蘇省高新技術企業，江蘇省民營科技企業，江蘇省知識產權優勢企業，江蘇省知識產權貫標企業，同時建有江蘇省太陽能光伏應用工程技術研究中心，江蘇省企業技術中心，江蘇省企業博士后創新實踐基地，江蘇省企業研究生工作站，蘇州市太陽能發電與系統集成重點實驗室，蘇州市企業技術中心，蘇州市創新先鋒企業等平臺。
產品的研發領域，涵蓋了太陽能電池，組件，應用光伏等多種領域，擁有高級中級職稱，研發人員150多人，其中博士3人，碩士45名，公司擁有4千平米的實驗室，包括了120兆瓦的中試線，以及分析測試中心，同時還包括了2千平米的可靠性測試實驗室，另外公司在常熟建立了80千瓦的戶外系統實驗基地，在青海建立了100千瓦的戶外系統實驗基地，同時在寧夏，浙江建有20兆瓦的戶外實踐基地。
接下來給大家初步介紹一下，光伏的一些基礎知識，我們為什么要利用太陽能?我相信大家都清楚，一方面是能源緊張，包括煤,石油等這種基本上屬于儲存在地球內部的46億年前的太陽能能量，還有嚴重的環境污染，我們可以看到，現在霧霾的天氣越來越多，另外全球的氣候變化，也是一個主要原因。太陽能在全球資源的容量超過了100萬億千瓦時，開發千分之一就可以滿足全球的需求，聯合國及世界各國都積極應對氣候變化。
我們現在已經大規模，工業化大規模量產的晶體硅太陽能電池，基本上它的基本結構就是一個PN結，在光照的條件下產生電子空穴對，在有內電電場的作用下，對負載供電。同時我們可以看到，通過這個光譜，外面這個灰色部分是太陽光譜，晶硅太陽能電池只能用到紅色的部分，因為長波光，由于能量過低不能被吸收，另外強度過強的光也只能產生一個電子空穴對，所以多余能量只能以熱量的形式被損耗掉。
晶硅電池按照種類可以分為第一代，第二代，第三代產品，第一代太陽能電池，基本上就是傳統的晶硅太陽能電池，它的優點是原材料豐富，性能穩定，轉換效率高，缺點是生產耗電量大，所需的硅料多，耗電制造成本高，現在已經是市場的主流。第二代產品主要是薄膜太陽能電池，它具有很好的彎曲性能，但是它的主要缺點就是制造成本高，原材料有毒，一些材料稀少，只有少量的部分量產。第三代太陽能電池，包括了多結疊層太陽能電池，其他的一些薄膜太陽能電池，它的轉化效率高，原材料豐富，但是它的制造成本由于非常高，同時工藝復雜不穩定，未來有一定的發展空間。第二代第三代太陽能電池的效率，有的已經達到或者超過第一代太陽能電池，但是由于制造成本，原材料有毒以及制造工藝不穩定的原因，在今后很長一段時間內，第一代晶硅太陽能電池，依舊會占據光伏市場的主導地位。
接下來我們看一下晶硅太陽能電池的產業鏈，它的原材料就是我們常見的砂土，經過提純，成為石英砂，經過冶煉成為粗硅之后經過提純，變成了高純的硅料，然后通過鑄錠或者是拉棒變成了單晶或者多晶硅，之后通過切片變成了硅片。我們公司做的就是電池組件，還有發電系統，電池前面我也說到了，它的核心部件是一個PN結，之后電池會進行一些分檔，通過分選相同的效率，相同的電流之后，把電池片會進行串接，做成組件，組件安裝需要一些支架，一些線纜連接，還有逆變器匯流箱等形成一個發電系統。
發電系統可以分為兩大類。一類是獨立光伏發電系統，另外一類就是并網光伏發電系統。獨立光伏發電系統包括了建筑用光伏發電，農村電氣化的一些村落發電系統等。并網包括與建筑結合的光伏發電系統，以及大規模沙漠開闊地帶建立的大型地面電站等，并網發電在輸電側主要是通過我們前面介紹的太陽能電池板，通過串接，接入匯聯箱進入直流電柜，通過逆變器通過升壓系統，進入高壓電網，在系統端都安裝有配套的溫度測試儀，輻照度測試儀，采集當地的氣象數據及光照數據。通過計算機可以進行一些遠程的操控。
我們常說的分布式發電，它的主要形式在屋頂上有一個光伏電池板進行串接，之后通過直流電進入逆變器，變成交流電，進入用電側，可以作為我們戶用，現在主要政策是自發自用，余電上網，可以和國家電網進行一些電能的買賣交易，
電站應用我們可以看一些圖片，包括大型地面電站，太陽能汽車，外太空的供電，光伏屋頂發電，外墻裝飾等等。后面我們講的能源互聯網這是一個很重要的組成部分。
第三部分給大家介紹光伏制造的一些基本情況。首先太陽光伏企業，比如我們企業，采用了很多高水平的電池和組件自動化生產設備，這些自動化設備是信息化的一些基礎，同時近些年我們也發現，比如說我們公司建廠的時候，這些設備基本上都是國外的進口的，比如說Bauman自動化，但是近些年我們已經發現，國產的一些設備，有些甚至可以超越進口的設備性能，已經達到了一些世界的領先的水平。
接下來給大家介紹一下企業信息化的一個基本情況。信息化的整體系統的整體規劃，包括了生產作業端的基本需求，包括制造的柔性化，質量的規范化，設備的自動化生產的可視化，分析數據化。
在制造業務端需要信息化、自動化及智能化的融合，所以我們用到了ERP系統，倉儲管理系統，供應鏈管理系統，客戶關系管理系統等。在協同智造端我們采用了設計研發協同，制造服務協同，供應鏈協同，在生產端的核心是MES，它的主要功能包括了產品跟蹤，資源信息收集狀態，性能分析，流程管理，數據采集，質量管理，人力資源管理，生產調度等等。
所用的一些系統，財務及績效，重點是ERP、BI;產品設計為CAD、PLM;控制系統用到了PLC、DCS;物流重點，包括TMS，倉儲管理;供應鏈管理用到了CSP系統。
以上就是我們企業在自動化及信息化的一些基本情況，電站是我們公司的一個主營業務，接下來給大家介紹一下我們采用的互聯網+光伏的一些基本情況。
傳統地面電站的運維管理，首先來說建筑面積大，這么一個概念，比如我們做的100兆瓦的一個地面電站，它基本占地面積是2千畝，所以說在這樣大的一個電站環境下，進行運維，是一個很困難的事情。另外我們現在建設的大型地面電站，周邊自然環境生活環境都是很惡劣的，包括一些丘陵一些沙漠地帶，這樣就造成了運維人員是很少的，設備運行長期可靠性嚴峻，同時由于人員經驗和知識水平也是參差不齊，精細化程度還是有待提高的，各產業鏈各環節的共享也是不充分的。
光伏電站的一個基本結構就是前面提到的光伏組件串聯后接入匯流箱，接入直流柜，接入逆變器，同時通過升壓系統，進入高壓電網以后，通過特高壓輸變電，比如說西電東輸，可以輸運到東部地區。
在運維上，我們采用互聯網+光伏這個運營理念，包括了指標引領，及時糾偏，閉環管理，規范高效，大數據提升。指標引領，就是說太陽能電站最基本的指標就是發電量，我們要時時監控發電量。另外就是及時糾偏后面也會詳細介紹一些糾偏的一些方法，同時進行一個閉環管理，包括電站，區域公司以及本部可以形成一個閉環。
另外一個很重要部分就是大數據提升，由于太陽能發電設計現在的一些數據還是缺乏，比如說氣象數據，輻照數據，我們通過這個大型地面電站，進行一些數據的一些收集，進行一些分析，后面的再利用。前面也提到了，這具體的流程，比如說像傳統的組串發生不準確的時候，發生故障無法有效的應對，人員上站排查故障點費時費力，缺少集中化的管理平臺，運維人員的技能水平不高，遠程是無法對他們進行協助。
造成的困難，比如逆變器，在100兆瓦的電站上，逆變器的數量可以達到比如說幾十萬個，基本上是很難排查到出現問題的電站，結果就是說，我們無法對電站的發電量進行一個合理的運維。而采用了互聯網+光伏這套系統以后，我們可以精準的檢測與定位發生故障問題，自動預分析與告警，自動預生成電子票的審核，再進行一些現場視頻回傳，同時有很多的傳感器可以進行熱成像，甚至現場的一些視頻的一些監控，遠程專家，運維專家可以時時指導，對這個故障修復進行一些現場的指導。
所以說我們的最終目標是增加發電收益，通過深入的損耗分析，改變檢修方式，集中高效運營，對標尋找差距，這就是我們前面說到的指標引領，提升效益。對于前面提到的太陽能資源，我們通過環境監控設備、測量、等效、利用小時數，綜合效率、逆變器、停機、損失小時數，這也是指標引領，提升效益。另外就是說，我們可以對組串電流進行分析，光伏方陣損耗進行分析，光伏方陣轉換效率進行一些大數據的收集，逆變器損耗，逆變器離散率，逆變器轉換效率，集成電路及相變的損耗，廠內線纜的一些損耗等等進行大數據分析。最終體現電站時時數據，電站運營數據，電站設計數據，進行一些對標。
因為我前面提到了幾十萬個逆變器，它們可以時時的分析進行對比，設計一些SPEC的上下限。超過這個范圍可以報警，這樣有利于運營，集中運營管理，遠程的分析診斷，現場診斷，可以發現問題，解決問題，再對標，最終的目標就是持續提升發電量，這樣形成一個閉環管理。同時前面收集到的這些大數據，可以為后面的電站設計提供一個依據，我們也清楚數據的珍貴性，這樣第一手的數據，對這個電站設計也是非常有幫助的，通過前面的一些基本理念，我們設計了運維管理的平臺架構。
我們采用的是Fusion solar智能運維管理系統，它是分為了不同的層級，包括了電站運維人員，電站站長，集團運維專家，集團管理者。他們有不同的權限，可以看到不同的數據，包括待辦事項，兩票處理，時時監控，設備運行狀態。對于電站站長，他可以對報表和資產管理，班主運維評估，進行一些處理。集團運維專家更多的是一些遠程診斷，大數據分析，輔助決策等等。
集團管理者主要就是一個集團指標，電站指標，運維評估，一個通過一些經營管理的一些APP進行分析，同時對這個逆變器選型，組件選型，電站選址進行一些決策。
這張圖就是一個典型的某日的一個發電量情況，包括當日的發電量情況。我們可以看到這個電站發電0.25萬度電，當前的輻照度我們可以獲得，同時我們對這個電站的時時功率也可以看到，它的時時功率以及預測的PR的一個對比情況。
這就是設備時時運行狀況，包括報警以及彈窗提示，定位，修復建議，由于基于組串，高精度測試，及時發現故障，進行自動分析，給出告警原因，不需要排查關聯的設備，減少運維人員分析的時間，直接可以進廠進行維護，另外對于基于邏輯和物理的定位，避免了現場的排查。
舉一個例子，比如說一個當日的發電量的情況，以及日負荷曲線的一個基本情況。我們可以看到每一個時間，基本上它的實際PR是低于它的標準PR的，所以說，這基本上是屬于一個異常狀態。
為此我們就要進行一些分析，比如說我們看一下前面發生問題，我們可以看一下逆變器組串的離散性，評價使用組串的電流，評價時間顆粒度是一天，反應的是組串之間的差異性。
我們可以看出來，比如說這個組串的不確定度，以及組串的功率，有些是已經嚴重的發生了一些問題，所以我們可以在對應的這個組串上進行一些排查，盡快的解決問題，提升這個發電量。
一個光伏電站，它是有一個理論發電量，它有很多的損耗，包括了組串環境及適配損耗，逆變器損耗，線纜損耗，并網損耗，所以說我們用很多的傳感器，通過測量逆變器輸入端，逆變器輸出端，箱變輸入以及上網的電量，可以大概的了解一下它的一個損耗情況，就是它的一個基本的經驗值，這是我們設計的一個SPEC，超出這個范圍就可以設定報警。這樣我們就可以知道在這個光伏電站，某一個設備出現了問題，進行專項的排查，最終的目標是提升總體的發電量。
具體應用的時候，比如說我這個電站，通過具體的物理實現，通過防火墻，通過一個VPN網絡，上傳到靜態IP的一個網絡，通過防火墻進入云服務中心，通過集團的一個展示中心，以及后臺進行分析監控解決問題。
用這一套系統，我們可以看到重要的指標一覽無余，時時掌握電站的運營狀態，通過分析模型，明確電站工作改進方向，清晰呈現運營狀態，根據集團業務的運行特點，時時定制集團個性化的業務分析報告。
集團總部和電站現場進行跨區域的視頻語音調度，遠程故障診斷，提高故障響應速度，和運維效率，之所以做上面這個互聯網+光伏的應用，我們是最終目標是實現能源互聯網。因為這個互聯網+光伏，它一方面是互聯網+的一個完美應用，通過互聯網+這個光伏的一個升級版，我們可以做到前面所提到這些好處之外，另外為能源互聯網建立一個基礎。
接下來給大家介紹能源互聯網的一些基本情況。能源互聯網，顧名思義它是類似于一個信息互聯網，所有的能量，包括了前邊提到的分布式產生供應的能量，通過網絡進行互聯，同時得到及時的反饋，并根據需求選擇控制，最終的目標包括比如說像我們每個人日常的一些能量消耗，碳排放和需求，通過打通變成數字化坐標，每時每刻各種需求被集聚起來，被導向為最有效的能量生產供給。
能源互聯網的關鍵主要有五點。包括了可再生能源的大規模利用，分布式發電，儲能，能源共享，移動互聯終端，其中最后這個移動互聯終端，只是借用了互聯網的一個概念，它包括了智能家居，智能終端，電動汽車，便攜式設備，無線充電，智能建筑等等所有的用能單位。
首先來說一下，可再生能源，就是前面提到的光伏以及風能等等，這些新能源，這樣就可以引入一個概念，叫清潔替代。利用這種能源代替傳統能源，比如說一極一道，包括北極地區，這個是借用了國家電網的一本書，全球能源互聯網這本書，它提到了一極一道。這個一極就是北極地區的風電技術，可開發的超過300萬億千瓦時的電能，另外在赤道附近，太陽能技術可以開發量超過1千萬億千瓦時，通過這些可再生能源的利用，我們完全可以替代現有的傳統能源。但是畢竟采用這種集中式供電能源的方式，不是很便利，另外就是這個輸變電，也是存在很大的問題，各國之間的如何傳輸，也是很大的問題，所以我們必須采用分布式發電，提高能源利用效率。
另外它可以減少輸配電的損失，降低成本，另外調峰性好，起?？?，便于靈活的調度。比如說我們每家每戶在屋頂上安裝太陽能發電，通過家用控制系統，通過逆變器就可以為我們的家電進行供電。這樣的話，我們實現了減少二氧化碳和其他排污的排放，同時滿足了特殊移動電源的需求，彌補了大電網在安全穩定性上的缺陷，這是可再生能源未來發展的一個重要方向。
儲能技術的應用，不僅是將有用的能源存儲起來，更重要的是從電網獲得電能和輸送電能的方式。包括了前面提到的可再生能源的一個平衡，在非用電時段，將太陽能存儲起來，以后在用電高峰時段，比如說晚間，我們可以把這個儲能進行使用，這樣的話可以提高光伏以及風電的實際價值，抑制間歇性能源對公共電網的一些影響，另外它可以調節電能的質量，包括我們用太陽能的時候，中午陽光最強的時候，這時對電網會有一些沖擊，對我們的一些使用也是有一些危害的，所以我們如果用儲能，它是可以實現電能質量的調整。
儲能已經成為電力批發市場提高能效的一種方式，提供調整頻率的一種手段。這樣可以時時控制電力需求的不平衡，也可以用儲能技術循環性能，它的常見技術包括了蓄電池，就是我們常用的鋰電池，飛輪儲能，超級電容器，超級電感等等。另外從終端用戶的角度來說，采用儲能技術，可以降低終端用戶的電力服務成本，同時提高服務質量，在沒有能源的時候，我們可以提供緊急備用電力，全面的參與到需求響應程序，更好的整合基于家庭的可再生能源，以及更好的完成智能電網的應用。
在一些示范性的智能電網的項目中，儲能項目已經得到了大規模的應用，每一種范圍都有自身的性能范圍和成本，可以滿足不同的需求。從下面這個圖我們可以看到，不同的技術和性能范圍有相互重疊的部分，但是大家關注的，是它的最佳應用性能范圍，儲能的關鍵不僅僅是儲能，其核心就是說，何時儲能?何處儲能?以及以何種速度儲能，釋放能量，以及收集和釋放能量的替換頻率，這些作為一個主要的平衡手段，是平衡儲能技術并且找到最適合儲能技術的一個應用領域。增加儲能技術的三個方面，包括本身的儲能介質，電能管理系統，以及一些通訊系統。
接下來就是要介紹的就是能源互聯網的一個重要技術，就是智能電網，它是以雙向數字科技創建的輸電線路，用來傳輸電力，另外它可以偵測到電力供應者的電力供應狀況以及一般家庭用戶電力使用狀況，同時調整家用電器的耗電量，以達到節能降低能耗，增加可靠性的一個目的。它包括了，我們說的EMS能源管理系統，家用能源管理系統，建筑能源管理系統，以及工廠能源管理系統。它是可以綜合利用，比如說現有的情況下，可以利用傳統能源以及新能源，在不同的條件下，進行通過微型的能源管理系統，進行一個調配。
分布式能源由于在可再生能源大于80%的使用量情況下，面臨著一個多種能源協調互補的一個情況，提高新能源的綜合利用效率，同時智能電網，必須是以互聯網的思維來提升新能源電力系統的靈活性。它是以用戶為中心，創新能源電力運營和商業模式和服務液態，我們可以采用集中式能源管理系統，或者是嵌入式能源管理系統，其中嵌入式能源管理系統就是更便于在各處進行發電。
另外包括了就是需求響應程序，通過需求響應程序，就是說需要多少電，進行一個動態的調節。前面智能電網，促使了分布式向能源互聯網方向發展。最后就是在消費端，我前面提到了一個移動互聯終端，它就需要一個叫電能替代。由于電能具有清潔高效安全便捷等特點，比如說它的經濟效益，是石油的3.2倍，煤炭的17.2倍，我們每年現在燃燒煤，大概是7到8億噸，占總能耗的20%，全球電能占終端電能消耗的比例在現在基本上不到20%，未來這個電能的消耗比例肯定會越來越高。這樣就要求我們，在消費端以電代煤，推廣用電取暖，用電燒飯，改用煤為用電，大幅度減少這個直燃煤。
另外就是以電代油，比如說推動電器化軌道交通，電動汽車等等。另外一個以電代氣，包括比如說清潔能源代替天然氣等應用。我們可以看，一度電可以做的事情是很多的，包括了各種的生產生活，大家可以減少每使用一度電的二氧化碳的排放，減少二氧化硫以及碳粉的排放，同時就是說，我們日常應用，也用了很多的電，但是這個電的基礎，就是說不是說我們從火電發的這種電，基本上就是前面我提到的可再生能源。這樣才是能源互聯網的一個特點。
能源網交通網和信息通信網絡，是全球最重要的三大基礎網絡設施。這方面比如說前面這個智能電網，也就是我們所說的能源互聯網，以及會與這個智能通信網絡以及低碳交通網，進行更多的一些交互貫通。智能通信網，包括了云計算，大數據，人工智能，能效管理平臺等等。
智能電網就前面提到了，光伏，可再生能源，儲能，分布式發電等等。能源互聯網就是我前面提到的互聯網+光伏，就是智能通信網和智能電網，就是能源互聯網的一個交互使用。另外一方面比如說低碳交通網，包括了軌道交通，電動汽車充電樁等，也是與這個智能通信網，以及未來的智能電網進行更多的一些使用。
我們現在正處在能源互聯網為基礎的第三次工業革命的浪潮中，從前面我們也可以看到，能源互聯網涉及到方方面面，所以我們需要各行各業的人員積極的進行創新，包括了比如說光伏、儲能，IT、半導體，物聯網，終端等等。大家就是齊心協力，能夠把這個未來的這個電能能源互聯網建立好，以后我們用電的時候，就不一定是從電網買電了，你家的電可能是來自于你自家的光伏電站，或者是別人家的光伏電站，個人安裝光伏發電也不是什么稀罕事了，另外我們街頭也會跑著更多的這種電動汽車，清潔能源會得到更多廣泛的應用，會使天更藍，水更青也看不見霧霾。
政策方面，因為能源互聯網涉及到分布式發電，云平臺，電力交力，互聯網工業以及我們生活的方方面面。所以從現在到2020年，我們國家也制定了政策，要推動各國間的電網互聯以及未來各州間的電網互聯。到2050年，政策方面國家政策，以及世界的形式發展趨勢，也是決定了能源互聯網的前景是非常廣闊的。所以我相信大家在這方面也是遇到了有很多的機遇，可以在這里發揮自己的特長。
以上是我今天報告的主要內容，謝謝大家的收聽。
