淺析新興信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的應(yīng)用

裴贏鑫　王永剛　郎健偉　劉穎　張明旭

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)概念在各個(gè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，為進(jìn)一步優(yōu)化能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，能源互聯(lián)網(wǎng)是能源行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)、信息物理融合等新興信息通信技術(shù)的出現(xiàn)為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。文章針對(duì)目前能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)其概念特征進(jìn)行展開(kāi)，并最終分析了新興信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：信息通信技術(shù)；能源互聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TK01 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）36-0145-02

引言

能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。目前隨著化石能源的存量出現(xiàn)緊缺，且其帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題也日益凸顯，因此，對(duì)于能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整勢(shì)在必行。

互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)概念的提出為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的智能化實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐，電力行業(yè)亦是如此，隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，以電力為樞紐的能源系統(tǒng)藍(lán)圖已經(jīng)展開(kāi)，互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源的發(fā)展路線(xiàn)亦是在國(guó)家政策性文件中屢次出現(xiàn)。相關(guān)從業(yè)人員也已開(kāi)展了豐富的建設(shè)工作。而在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，信息通信技術(shù)是其中不可或缺的支撐技術(shù)，甚至是引領(lǐng)性技術(shù)，而隨著信息通信技術(shù)的飛速發(fā)展，一系列新興的信息通信技術(shù)為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入了新的活力，為更加智能化的能源系統(tǒng)互聯(lián)互通奠定了基礎(chǔ)。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)概念及特征

能源互聯(lián)網(wǎng)從廣義上是指充分發(fā)揮多種能源形式，尤其以清潔能源為主的特性，以電力為樞紐，采用先進(jìn)信息通信手段實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)形式和技術(shù)路線(xiàn)差異，目前的文獻(xiàn)中提出了多種定義，其中最具代表性的主要從兩個(gè)方面闡述：（1）能源互聯(lián)網(wǎng)即“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，這一定義方式在部分的政策性文件中也有所體現(xiàn)，其具體內(nèi)涵為充分利用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、信息物理融合等先進(jìn)信息通信技術(shù)，以電力為能源樞紐，實(shí)現(xiàn)從底層設(shè)備到頂層應(yīng)用的全面互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)橫向“多能互補(bǔ)”，縱向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”貫通的能源結(jié)構(gòu)體系；（2）以互聯(lián)網(wǎng)思維整合傳統(tǒng)能源行業(yè)資源，在電力為主要能源形式的能源結(jié)構(gòu)下，實(shí)現(xiàn)不同粒度區(qū)域內(nèi)的能源平衡，實(shí)現(xiàn)基于能源路由器等全新設(shè)備的能源形式轉(zhuǎn)換，從而通過(guò)靈活轉(zhuǎn)換、先進(jìn)傳輸、高效管理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全面的能源互聯(lián)。

周孝信等人提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的六大特征：協(xié)同、高效、商品屬性、眾在、虛擬、信息，即能源互聯(lián)網(wǎng)下，多種能源形式應(yīng)實(shí)現(xiàn)相互之間的互補(bǔ)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)縱向能源系統(tǒng)間橫向互通，協(xié)調(diào)調(diào)度電力、天然氣、熱力網(wǎng)、化石能源等多種能源形式，提升總體利用率；高效則體現(xiàn)為能源系統(tǒng)的綜合效益，通過(guò)多能協(xié)同以發(fā)掘新的運(yùn)營(yíng)形式，提升其經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)清潔能源接入來(lái)提升低碳環(huán)保效益等；同時(shí)，要還原能源的商品屬性，從而可以激發(fā)能源供應(yīng)商、服務(wù)商、用戶(hù)等各個(gè)主體的能動(dòng)性，促生新的能源交易模式，探索全面交易體系的構(gòu)建；眾在這一概念體現(xiàn)為隨著先進(jìn)能源傳輸技術(shù)和分布式能源技術(shù)的實(shí)施，能源的產(chǎn)出不再著重依賴(lài)于集中式的生產(chǎn)，而可以通大眾分布的光伏、小風(fēng)電等實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)的能源供給，同時(shí)通過(guò)信息系統(tǒng)和交易模式支持實(shí)現(xiàn)泛在能源的互通；虛擬是指將零散的資源以信息通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)整合，將部分資源抽象為虛擬的對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)化處理，典型的目前應(yīng)用較多的如虛擬電廠(chǎng)等，其重點(diǎn)在于突破客觀條件的物理限制，以虛擬化方式實(shí)現(xiàn)資源整合利用；信息則顧名思義，給能源附加信息屬性，從而更好地利用信息技術(shù)及設(shè)備的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)于能源更加靈活精準(zhǔn)的管理。

2 國(guó)內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀分析

2.1 國(guó)外能源互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

（1）美國(guó)

美國(guó)對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)的研究起始于“未來(lái)可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)”，該系統(tǒng)主要是研究可再生能源及儲(chǔ)能設(shè)備廣泛分布于用戶(hù)端的能源結(jié)構(gòu)下，電力系統(tǒng)的接納能力和調(diào)控效率，亦命名為能源互聯(lián)網(wǎng)，此處對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)的定義主要體現(xiàn)為先進(jìn)的電力電子技術(shù)、分布式能源管理以及通信信息支撐技術(shù)等技術(shù)對(duì)于現(xiàn)有電力系統(tǒng)的提升。針對(duì)這一國(guó)家科學(xué)基金項(xiàng)目，成立了相應(yīng)的研究團(tuán)隊(duì)，包含了17個(gè)具體的下屬研究所，研究工作開(kāi)展并持續(xù)順利進(jìn)行。在其研究成果中，主要是基于固態(tài)變壓器、能源路由器等新型電力電子設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)于固有配電系統(tǒng)的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)于廣泛分布式能源的精準(zhǔn)、自主、高效管理，從而將電力網(wǎng)絡(luò)逐步轉(zhuǎn)變成為類(lèi)似通信網(wǎng)絡(luò)般具備動(dòng)態(tài)靈活可控特性的系統(tǒng)。

（2）歐洲

歐洲關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的研究起源于FINSENY（Future Internet for Smart Energy）項(xiàng)目，即未來(lái)智慧能源互聯(lián)網(wǎng)。其主旨在于基于能源的智能化發(fā)展模式下，尋求其不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景和系統(tǒng)下的信息通信需求，進(jìn)而建設(shè)全面支持能源智能化發(fā)展的信息通信技術(shù)支撐平臺(tái)，并全面鋪設(shè)相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，支持未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。

在具體的實(shí)施過(guò)程中，歐洲部分具有代表性國(guó)家亦取得了顯著效果：

德國(guó)：德國(guó)的技術(shù)開(kāi)展與歐盟提出的路線(xiàn)相一致，即通過(guò)信息通信技術(shù)支持構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，在具體的實(shí)施過(guò)程中，德國(guó)提出了E-Energy項(xiàng)目計(jì)劃，進(jìn)一步推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的研究和落實(shí)，該項(xiàng)目被列為了國(guó)家燈塔項(xiàng)目。項(xiàng)目具體的開(kāi)展內(nèi)容根據(jù)地區(qū)性特色有所區(qū)分，主要包含了大規(guī)模風(fēng)電與供熱系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、基于高級(jí)量測(cè)系統(tǒng)的能效管理、抽水蓄能電站與可再生能源協(xié)同、分布式發(fā)電及靈活電力市場(chǎng)交易機(jī)制等6個(gè)方面，分別由不同的技術(shù)組織具體負(fù)責(zé)。總體上而言，該項(xiàng)目的目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)信息通信對(duì)于現(xiàn)有電網(wǎng)的全面覆蓋，將電力系統(tǒng)的需求提升到信息通信層面，實(shí)現(xiàn)總體的協(xié)調(diào)、規(guī)劃、管理。

荷蘭：荷蘭作為一個(gè)可再生能源利用率全球領(lǐng)先的國(guó)家，其能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)對(duì)于進(jìn)一步提升可再生能源的利用效率和分布式能源的協(xié)調(diào)控制。具體的工作主要體現(xiàn)為將泛在分布式小型發(fā)電設(shè)備進(jìn)行匯總管理，構(gòu)成一個(gè)具有柔性、靈活性和強(qiáng)調(diào)控能力的智慧電力系統(tǒng)。

瑞士：瑞士的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主要依托于其政府發(fā)起的Vision of Future Energy Networks項(xiàng)目。研究工作主要面向多能互補(bǔ)、分布式能源儲(chǔ)能及利用、能源輸送技術(shù)、系統(tǒng)級(jí)運(yùn)行分析等。并且針對(duì)性地研究提出了能源路由器。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院將能源路由器進(jìn)行了進(jìn)一步地具象，提出能源路由器應(yīng)該是一個(gè)廣義的多端口節(jié)點(diǎn)，具備了采集、分析、控制、轉(zhuǎn)換等功能。此外，未來(lái)智能電網(wǎng)中的能源路由器被進(jìn)一步明確為混合型能源路由器和內(nèi)部能源路由器，前者主要面向多種能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，而后者則主要面向多種能源間的協(xié)同組合，實(shí)現(xiàn)高效傳輸。總體而言，能源路由器的功能性主要是可以支持基于實(shí)時(shí)采集的系統(tǒng)內(nèi)各類(lèi)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于路由器兩段的輸入和輸出控制，對(duì)于內(nèi)部的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)控制。endprint

（3）日本

日本先后于2010年和2011年啟動(dòng)了智慧能源共同體計(jì)劃和數(shù)字電網(wǎng)計(jì)劃，這兩個(gè)計(jì)劃均是隸屬于能源互聯(lián)網(wǎng)研究的技術(shù)范疇。其主要的研究成果體現(xiàn)為基于互聯(lián)網(wǎng)思維，將電網(wǎng)中的各設(shè)備主體賦予信息標(biāo)簽，并基于這一機(jī)制形成互聯(lián)互通的數(shù)字電網(wǎng)，其在2011年研制的馬克一號(hào)數(shù)字電網(wǎng)路由器已經(jīng)在部分地區(qū)進(jìn)行了實(shí)測(cè)試驗(yàn)。

2.2 國(guó)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)狀

我國(guó)在近年來(lái)對(duì)于各個(gè)行業(yè)的智能化發(fā)展予以了高度重視，2015年國(guó)務(wù)院發(fā)文《國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確了要以互聯(lián)網(wǎng)+的技術(shù)手段促進(jìn)各傳統(tǒng)行業(yè)的升級(jí)改造。能源互聯(lián)網(wǎng)這一概念的深化是對(duì)于這一號(hào)召的最佳回應(yīng)。同年，首次能源互聯(lián)網(wǎng)工作會(huì)議也順利召開(kāi)，各個(gè)科研院所、高校、相關(guān)企業(yè)、技術(shù)聯(lián)盟等主體均積極響應(yīng)，先后開(kāi)展了一系列關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的研究探討。

2016年，發(fā)改委、能源局和工信部聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于推進(jìn) “互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確指出了“互聯(lián)網(wǎng)+” 智慧能源的發(fā)展思路和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于其發(fā)展路線(xiàn)進(jìn)行了規(guī)劃，對(duì)其面臨的關(guān)鍵問(wèn)題和主要技術(shù)需求亦進(jìn)行了闡述，為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了指導(dǎo)性意見(jiàn)。之后，在國(guó)家的五年發(fā)展規(guī)劃中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了能源與信息領(lǐng)域融合，統(tǒng)籌管理，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)性意見(jiàn)。隨后《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃 （2016-2030年）》等一系列政策性文件進(jìn)一步加強(qiáng)和推動(dòng)了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)。目前國(guó)內(nèi)在具體的技術(shù)領(lǐng)域上，對(duì)于柔性直流輸電、特高壓工程、電力電子技術(shù)、廣域電網(wǎng)管理、新能源接入、智能用電、需求側(cè)管理、主動(dòng)配電網(wǎng)等領(lǐng)域均展開(kāi)了熱烈的研究，一系列相關(guān)領(lǐng)域的科研成果和項(xiàng)目方案得到了廣泛認(rèn)可，但相對(duì)而言，在用戶(hù)側(cè)的具體實(shí)施上，還略有欠缺，這主要是由于目前在終端用戶(hù)側(cè)的電力設(shè)備信息通信基礎(chǔ)設(shè)施尚未完備，相應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制也未得到推廣。

3 新興電力信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1 信息物理融合

信息物理融合是將信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)映射，將物理世界抽象化，賦予其信息特性，并通過(guò)信息手段構(gòu)成信息世界平面。其主要的技術(shù)包括系統(tǒng)模型構(gòu)建、動(dòng)態(tài)模型推演、系統(tǒng)交互優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化信息通信支持等。這一技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，涵蓋了從用戶(hù)單元到頂層平臺(tái)的各個(gè)層次的物理設(shè)備的模型構(gòu)建和信息化系統(tǒng)構(gòu)建，具體應(yīng)用包括智能輸配電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、智能用電管理系統(tǒng)、含需求側(cè)直接調(diào)控的調(diào)度系統(tǒng)等。

3.2 大數(shù)據(jù)

自《大數(shù)據(jù)時(shí)代》一書(shū)中將大數(shù)據(jù)系統(tǒng)引入到生活和行業(yè)發(fā)展后，這一技術(shù)體系已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)不可或缺的關(guān)鍵支撐技術(shù)。其目前的應(yīng)用涵蓋了軍事、物理、經(jīng)濟(jì)、計(jì)算機(jī)、通信信息等各個(gè)行業(yè)，在能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中，其技術(shù)地位也十分顯著。大數(shù)據(jù)是能夠通過(guò)大量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于表層數(shù)據(jù)的深層挖掘，提取出有價(jià)值的信息，主要用于分析特征提取，關(guān)聯(lián)特性分析等，在能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)架中主要用于分析各個(gè)主體各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，從而明確優(yōu)化方案和特性分析，提升總體的運(yùn)行效率。此外，在面向與用戶(hù)直接交互的需求中，對(duì)于用戶(hù)端多源數(shù)據(jù)的分析也需要深化應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，從而更加全面地把握用戶(hù)需求。

3.3 云平臺(tái)

云平臺(tái)是將任務(wù)集中，但采用多服務(wù)器并行處理的計(jì)算處理分析技術(shù)，可有效提升計(jì)算效率，提高計(jì)算資源利用率。云平臺(tái)技術(shù)事實(shí)上已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，在電力行業(yè)中也已經(jīng)建成了多個(gè)云平臺(tái)，例如面向用戶(hù)信息的云平臺(tái)、面向營(yíng)銷(xiāo)管理系統(tǒng)的云平臺(tái)等。而在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，云平臺(tái)技術(shù)是必要的支撐技術(shù)之一，主要應(yīng)用于面向復(fù)雜系統(tǒng)集中式計(jì)算分析，例如面向用戶(hù)負(fù)荷的廣域管理系統(tǒng)平臺(tái)、面向廣泛分布式能源站的集中協(xié)調(diào)管理平臺(tái)、面向系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)協(xié)調(diào)分析的系統(tǒng)平臺(tái)等。

4 結(jié)束語(yǔ)

信息物理融合、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)等新興信息通信技術(shù)為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐。在目前的能源互聯(lián)網(wǎng)概念特征分析基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路線(xiàn)和發(fā)展現(xiàn)狀，深化先進(jìn)信息通信技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用，能夠有效推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。

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