前 言
能源革命從上個世紀開始就成為全球關注的議題之一，諸多國家都致力於新能源領域的開發及相關技術的攻關。革命初期，多能源轉換，尤其是將化學能轉化為熱能乃至機械能，是領域研究的重點；到了中葉，開發可再生清潔能源在很長的週期內成為解決環境和資源短缺問題的突破點，相應的開發及儲存技術也應運而生；當前，隨著互聯網技術的興起，對於能源的利用已不僅停留在清潔、高效、低成本，更多的是立足於智能管理、優化控制等網絡化程度更強的能源利用。因此，能源互聯網這一新興詞彙便隨著互聯網技術中的大數據、雲計算、人工智能應運而生。
什麼是能源互聯網
能源互聯網是以互聯網技術為基礎，以電力系統為中心，將電力系統與天然氣網絡、供熱網絡以及工業、交通、建築系統等緊密耦合，橫向實現電、氣、熱、可再生能源等“多源互補”，縱向實現“源、網、荷、儲”各環節高度協調，生產和消費雙向互動，集中與分佈相結合的能源服務網絡。
能源互聯網的特徵，從物理維度上是一個以電力系統為核心，以可再生能源為主要一次能源，與天然氣網絡、交通網絡等其他系統緊密耦合而形成的複雜多網流系統；從信息維度上是能量的開放互聯與交換分享可以跟互聯網信息分享一樣便捷的信息物理融合系統；從市場維度上看：提供綠色能源靈活交易的平臺，構建開放、自由、充分競爭的市場環境，能激發市場中各商業主體的積極性。
與智能電網相比，能源互聯網的側重點在於新能源的佔比及影響的研究，更著重去探討當可再生能源的佔比到達很高的時候，現有的電力系統應該如何去支撐整個環境。同時，雖然電網作為核心部分，但清潔可再生能源的多能轉換利用決定了能源互聯網需要將電網與天然氣、熱能網絡等緊密耦合，其能量形式可以囊括電能、化學能、熱能、機械能等。
能源互聯網體系研究
能源互聯網的體系由下至上可以分為能源層、網絡層和應用層，如圖1所示。
圖1 能源互聯網體系架構圖
其中，能源層主要是進行能源的生產、轉換、傳輸和利用，包括化石燃料的發電、清潔可再生能源的多能轉化、電力利用等；網絡層主要是通過廣域佈局的智能傳感進行能源相關數據的採集和傳輸，利用互聯網技術，實時獲取海量數據；而應用層主要是利用大數據、雲計算、人工智能等技術進行能量信息的數據共享，主要包括能源設備的運行狀態和各能源系統的實施運轉狀況等，主要實現途徑是對海量數據信息進行分析和處理，從而搭建能源交易平臺來對各種能源交易進行數據支撐，承擔能源互聯網的信息採集、管理方案、能源交易等方面的運行工作。
在此體系下，能源互聯網可以完成多能源協調管理，根據電、氣、熱網領域行業的運轉情況，從能源價值最大化、系統安全運行、多能源交易準則和法規的角度對多能交易及資源配置進行統一的協調管理，從而可以保障能源的高效、安全供應及能源互聯網的健康發展。同時，用戶可以藉助平臺瞭解需求側的具體情況，同時藉助系統控制網絡實現能源儲備和需求的匹配。作為需求側主體，用戶也可以參與供電供熱等供給側環節，藉助能源交易平臺及分佈式儲能系統進行在線的能源交易、轉售等業務。
能源互聯網新技術研究
能源互聯網3層架構中所涉及的新技術主要包括大數據、雲計算、智能傳感、新能源發電、儲能等相關技術，這些技術最終都會通過能源互聯平臺進行連接，成為能源互聯網個性化的技術鏈。
1 分佈式能源與ICT融合技術
通過將光伏發電與互聯網相結合打造的光伏雲是分佈式能源接入能源互聯網的雛形。光伏雲分為設備、數據處理、服務、應用端四部分。由光伏陣列和電錶組成的設備部分是實現光伏發電的基礎設施，數據處理環節通過前置機中的採集設備將光伏發電的發電量、電能質量等數據信息經過大數據存儲和處理提供給服務端，在服務部分可以實現數據服務、安全服務、任務調度服務等多種多樣的監控、管理服務，這些服務可以在我們的手機、電腦平臺查看和操作，實現光伏的應用端落地。通過著四部分的配合，能源與大數據雲計算相互協調，真正實現能源的可控化和智能化。
光伏雲網以客戶需求為導向，以全面提升分佈式光伏運營效率為目的，整合技術、信息、數據等分佈式光伏全產業鏈資源，實現信息發佈、在線交易、智能管理、金融服務、大數據分析等功能，提供集信息發佈、諮詢評估、方案推薦、設備採購、安裝調試、併網接電、電費結算及補貼代發、金融服務、運行維護等全流程一站式服務，實現分佈式光伏線上線下全業務全流程貫通。
2 能源轉換與ICT融合技術
能源轉換設備的主旨是一次能源向方便使用的能源的轉換。它可以將太陽能、風能、熱能、生物質、地熱、燃氣、油等能源轉換為電能，也可以將電能以特定介質儲存起來。電力在能源的生產、轉換、傳輸、應用環節起到樞紐的作用。真正實現能源的互聯互通。當前能源轉換設備面臨的三大挑戰是：1、提升電能變換能力；2、系統優化設計；3、裝備和系統的可靠性。面對這三大挑戰行業的研究重點集中在提高能量轉換效率和能量的自動擇優配置方面。
等效於互聯網的連接和信息傳輸，在能源互聯網中能量的轉換設備通常被稱為能源路由。在能源路由器中，可以實現可再生能源控制、能源存儲、能源管理，將網絡層採集的數據傳輸到應用層分析，然後，有效控制能源的應用。
3 新型儲能與ICT融合技術
能源互聯網的安全、靈活可接入屬性決定了必須擁有強大的儲能裝置滿足能源的供需波動，新型儲能材料作為能源互聯網中削峰填谷、能源綜合利用的關鍵，鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池、液硫電池等多種新型儲能材料作為當今的熱門話題和技術前沿深受行業研究人員的追捧。
儲能系統從整個電網，即發電側、輸電側到用戶側都具備作用，在發電側主要起到新能源發電的平滑，相當於能源的一個數據庫；在輸電側主要起到調峰、調頻作用；在用戶側主要是分佈式發電系統合理配置方面的問題。更重要的是，儲能技術利用ICT技術將依據不同時段的電價、電能質量等相關信息，有效地調度能源流的方向，從而達到降低運行維護費用和提升整個能源網絡整體效率的目的。
4 智能傳感技術
智能傳感技術包括光纖傳感、生物特徵識別、無線傳感、圖像識別、傳感網等技術。智能傳感器獲取能源互聯網中輸配電網、電氣化交通網、信息通信網、天然氣網運行狀態數據及用戶側各類聯網用能設備、分佈式電源及微電網的運行狀態參數，傳感器數據經過處理、聚集、分析並提供改進的控制策略。通過智能傳感技術體系，能源互聯網支持端到端的業務，實現用戶與電網之間的互動，而且可實現各種智能設備的即插即用，除了智能電能表以外，還支持其他各種非電錶設備的無縫接入。
智能傳感作為全球能源互聯網的“神經末梢”，對於準確感知電網狀態參量，保障電網安全穩定運行具有重要意義。主要包括光纖傳感、生物特徵識別、無線傳感、圖像識別、射頻識別、多維感知等。智能傳感技術有助於能源互聯網的可感知、可控制、更智能。
5 大數據、雲計算技術
雲計算是一種能夠通過網絡隨時隨地、按需方式、便捷地獲取計算資源(包括網絡、服務器、存儲、應用和服務等)並提高其可用性的模式，可實現隨時、隨地、隨身的高性能計算。互聯網營銷技術包括實現互聯網營銷的電子商務平臺技術和相應的營銷模式；能源互聯網將支持B2B、B2C、C2C等，利用互聯網強大的互聯互通能力，支持發電商(含分佈式電源與微網經營者)、網絡運營商、用戶、批發或零售型售電公司等多種市場主體任何時間、任何地點的交易活動。
大數據是指無法在一定時間內用傳統數據庫軟件工具對其內容進行提取、管理和處理的數據集合。能源互聯網中管網安全監控、經濟運行、能源交易和用戶電能計量、燃氣計量及分佈式電源、電動汽車等新型負荷數據的接入，使得其數據量將較智能電能表數據量增大很多。從大數據的處理過程來看，大數據關鍵技術包括：大數據採集、大數據預處理、大數據存儲及管理、大數據分析、大數據展現和應用(大數據檢索、大數據可視化、大數據應用、大數據安全等。
結束語
能源領域的變革對工業、交通、城建等發展影響深遠，是一個國家可持續發展的根本動力之一。2015年9月26日，習近平總書記在聯合國發展峰會上發表重要講話，倡議探討構建全球能源互聯網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。這是習近平總書記站在世界高度，繼“一帶一路”之後提出的又一重大倡議，是對傳統能源發展觀的歷史超越和重大創新。信息通信技術與能源領域的深度融合，實現了信息流和能量流的雙向智能交互，既利於國家的可持續發展，也符合了大力發展數字化、智能化產業的時代背景。《人民日報》最近發表的專家文章中指出“構建綜合能源系統有助於打破能源子系統間的壁壘”、“有助於解決我國能源發展面臨的挑戰和難題”、“有助於推動我國能源戰略轉型”。而能源互聯網的建設，更是在綜合能源系統逐步完善的基礎上，依託互聯網技術實現能源全週期的智能管理、雙向交易及附加服務，最終邁入全球能源互聯網的發展路徑中。
王夢迪，現就職於中國信息通信研究院泰爾系統實驗室能源與環境測評部。
聯繫方式：[email protected]
齊曙光，現就職於中國信息通信研究院泰爾系統實驗室，高級工程師，研究方向為信息通信能源技術、基礎設施節能技術。
聯繫方式：[email protected]
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