第三次工业革命融合互联网技术和可再生能源技术,构件新型能源架构,使得能源互联网获得广泛关注。能源联网成为第三次工业革命重要标志,我们可以体会一个极致技术层面的理念:如果亿万人在自己的家中、办公室或工厂里生产绿色可再生能源,是否有一种模式能够像分享信息那样自由分享能源。
从清华大学前校长高景德院士上世纪 80 年代提出 “CCCP” 概念(现代电力系统是计算机、通信、控制与电力系统以及电力电子技术的深度融合),到 90 年代韩英铎院士提出现代电力系统三项前沿课题(柔性输电技术、智能控制、基于 GPS 的动态安全分析与监测系统),再到近年来智能电网强调信息流与能量流的结合,无不突出信息技术与现代电网的紧密结合。
从最近一些发展趋势来看,国家能源局、中国科学院、中国工程院都有相关的活动,国家基金委、北京市科委也都进行了相关的立项。清华大学也成立了能源互联网创新研究院,提出了基础设施的理念:一种是集中统一,另一种是分散协同。传统的基础设施,只管用,不关心源头在哪里,而现在信息技术领域的云计算,信息的分享是源头和消费一体的。信息技术遇到的能源瓶颈使得 IT 公司开始关注能源领域的问题,IBM 也开始提供新的能源解决方案,智能电网同样也关注怎么将信息技术应用到能源电力行业。就是使得信息和通讯跟能源电力技术碰撞产生能源互联网。能源互联网基础架构,通过互联的机制,能够把微网这些灵活的方式跟大电网做一个协调。
对能源互联网的思考和认识
对于能源互联网,我们的认识是:第一,能源形式多种多样,电能源仅仅是能源的一种,但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势,在考虑互联问题时以电网为主; 第二,能源互联网是采取自下而上分散自治协同管理的模式,与目前集中大电网模式相辅相成,符合电网发展集中与分布相结合的大趋势; 第三,目前开展的智能电网基本是现有电网架构下的信息化、智能化,能源互联网是借鉴互联网理念构架的新型电网,其中的开放互联、能量交换与路由等特征有别于目前一般意义下的智能电网。总结起来,能源互联网的本质特征就是:开放、互联、对等、分享,从信息技术这些角度是很平常,但是如果把它赋于能量的含量,就可以看到,如何实现能量交换和分享在技术层面还有挑战性。
能源互联网的三种理解
从国外的发展来看,对能源互联网有三种理解:一是以互联网的开放对等理念和体系架构为指导,形成新型的能源网。这时候能源互联网 (Energy Internet) 的本质是能源网! 以美国的 FREEDM 为典型代表,效仿网络技术的核心路由器,提出了能源路由器的概念并且进行了原型实现; 二是借助互联网收集能源相关信息,分析决策后指导能源网的运行调度。这时候能源互联网 (Internet of Energy) 的本质还是信息互联网! 以欧洲的 e -Energy 为典型代表,打造一个基于信息和通信技术的能源供应系统,连接能源供应链各个环节业务流程,实现示范应用形成能源需求和供给的互动; 三是将以上两种理解混合在一起,两种成分都有,以日本的数字电网、电力路由器为典型代表。
我们提出来的概念是什么呢? 基础设施层面上,能源互联网是一个信息和能源基础设施一体化的架构,未来的云计算、数据中心、物联网组成的基础设施对等互联地交换能量,组成信息能源基础设施一体化的场景,里面包括能量路由器、数据中心,既解决能量供应问题,又解决能源基础设施中信息技术、通讯技术的支撑问题。
信息通信 / 能源电力发展的三个阶段
总结起来,信息通信 / 能源电力发展分为三个阶段:第一个阶段是数字化、信息化阶段,信息通信为能源电力行业提供服务,带来方便、快捷等好处; 第二个阶段是智能化阶段,也就是智能电网阶段,信息通信成为能源电力基础设施不可或缺的组成部分,以信息流与能量流的结合为特征; 第三个阶段是信息物理融合阶段,也就是能源互联网阶段,信息通信基础设施与能源电力基础设施的一体化。