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工业4.0已OUT了,能源5.0的时代来了!

来源:未知   发表时间:2018-05-29 11:17   查看:

 
      分析推动工业进程和能源进程交互发展的因素和趋势,结合能源互联网的发展要求,提出了建立能源5.0 的迫切性和必要性。 着重讨论了在网络化之后,能源系统呈现的社会性问题。 认为在传统方式之外,必须引入人类社会学、管理学等软科学进行分析建模;指出了虚拟人工系统根本不同于传统仿真系统等理念,只有利用虚拟人工模型, 采用平行系统, 才能建立能源5.0。 阐述了能源5.0 的理论、框架和技术, 明确了能源5.0、基于社会物理信息系统(Cyber-physical-social system, CPSS)的平行能源是等价的概念。 指出能源5.0 核心是构建与实际能源系统同构的虚拟人工能源系统,通过虚拟人工能源系统的计算实验, 确定优化控制策略,引导实际能源系统运行,并使虚拟人工系统和实际系统平行执行、共同演化、 形成智能能源系统。探讨了能源5.0 的研究内容、技术途径及应用前景。
 
工业发展历程
     工业进程从机械化、电气化、信息化、网络化到平行化发展历程(图1), 可以看出其推动力在于工业技术的不断进步。 工业1.0: 核心设备蒸汽机出现, 使人类社会从手工业进入初级工业的机械化时代;工业2.0:核心设备电机等电力设备设施的出现,引领工业进入电气化时代; 工业3.0:计算机和微电子芯片的出现,实现了人脑部分功能, 进入了信息化时代;工业4.0: 核心设备路由器出现, 将众多计算机互联,进入了网络化时代, 使得信息和物理系统融合加深, 形成了信息物理系统(Cyber-physical system,CPS);工业5.0: 网络化应用的加深, 特别是互联网+,进一步加深信息和物理系统的融合、并使工业与人类社会充分融合, 形成了更为复杂的系统, 即社会物理信息系统(Cyber-physical-social system,CPSS)。 该系统的核心设备是虚拟人工系统,运行模式将引领工业进入平行化时代。
 

能源5.0
     能源 5.0 就是在工业 4.0 (CPS) 的基础上, 进一步纳入社会信息、虚拟空间的人工系统信息, 从而形成CPSS 系统。
C 包括: 1) 物理世界中的信息系统, 如物理能源系统的监测、计算、控制、调度等信息; 能源社会系统的人类社会活动、消费习惯、操作、社会节能排放安全等社会信息。 2) 虚拟人工世界: 虚拟空间的人工系统、计算实验及平行执行中形成的数据和信息。
P 包括: 物理能源系统和社会用能系统。
S 包括: 人类社会系统, 包括人类社会的实体活动, 受人类习惯、思维、经济学、管理学和社会学等支配。 也包括虚拟人工系统中采用多智能体等技术形成的人工社会内容。


 
能源5.0
    在工业 4.0 还没有完全实现的情况下,迫切需要提出能源 5.0. 主要原因:
能源互联网将多种能源连接起来,使多能耦合复杂;基于能源价格、环保排放、安全等社会信息,人类消费能源的行为和心理更为复杂;能源转换和使用设备的信息化、能源耦合系统互动、人类社会信息对能源生产消费的影响等,使信息控制对能源系统的影响更为深刻。在社会及社会信息方面,工业4.0很少考虑且很难考虑,目前就电力负荷来说,仅是给出负荷的统计曲线,没有考虑人类活动和习惯与电力负荷和发电的交互影响。人类活动属于社会学范畴,能源负荷中存在大量的社会信息,需要采用社会学的方式建模分析。特别是能源的本质就表明能源就是为人类社会服务的,其生产和使用打上了强烈的人类社会属性。因此研究工业 4.0 必须计及人类社会信息与能源的关系, 因此需要研究能源 5.0。
 
能源5.0 中:人、社会、发电系统、设备、负荷、信息系统、经济、环境、安全等系统复杂程度大增。由于能源流与信息流的深度融合、工作状态多变、存在严重非线性, 且需要建立经济学、管理学、人类行为学对能源系统影响的模型,因此传统的建模计算方式已经不适应,必须借助于社会计算实现从定性到定量的分析,评估人、社会、信息及能源系统的之间相互深度融合的模型。虚拟人工系统从工业自动化领域通过大反馈获得能源系统的物理、现场运行及社会信息等大数据,通过数据驱动和语义建模,进入知识自动化领域。知识自动化于 ACP、CPSS 及 AFC 等建模、计算和控制过程,形成优化的控制决策、通过大闭环引导实际能源系统优化运行。知识自动化领域完全在虚拟的计算机或网络空间,可以根据工业自动化领域的大数据,充分分析数据、进行各种计算实验、从而获得优化的决策。如在接受各类社会信息、物理能源信息、排放节能信息后, 虚拟人工系统可充分进行各种计算实验进行比对, 在比对过程中不会干扰物理能源系统的可靠运行,通过比对可以获得优化物理能源管理生产的优化控制策略,从而指导工业自动化的运行。
 
声明:本文转载于北极星火力发电网

 

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