能源互聯網在軍事領域的應用分析

杜 韞

(中央軍委后勤保障部軍需能源技術服務中心，北京100036)

能源是國民經濟、社會發展和軍事行動的重要物資基礎。隨著工業生產技術的發展和人民生活水平的提高，能源的需求量急劇增加。能源大量消耗帶來一系列問題，例如化石能源枯竭、環境污染及全球變暖，導致傳統能源的消費模式與清潔低碳高效應用的發展趨勢之間沖突加劇[1-2]。為此，一方面要積極探尋清潔的可再生能源，如太陽能、生物質能、風能等，實現全球范圍內的低碳排放；另一方面進行能源的高效利用，將能源流和信息流結合起來，構建一個全新的能源體系——能源互聯網，來滿足社會發展過程中的能源需求。近年來，以能源互聯網為核心的各項關鍵技術成為人們研究的熱點，相關的新興產業也在蓬勃發展[3]。隨著軍用信息化、智能化武器裝備的大量列裝和實戰化應用，加上多域、“馬賽克”等新型作戰模式的運用，給我軍戰時能源的快速補給帶來巨大挑戰。因此，應充分利用能源互聯網技術提高軍事能源保障的信息化、智能化水平，提升軍事能源后勤保障能力，實現軍事能源保障的安全、高效和可持續。

能源互聯網以電力系統為核心，以互聯網等信息技術為輔助，利用分布式可再生能源，與工業系統緊密耦合形成多網流系統[4]。20 世紀70 年代，巴克敏斯特在世界游戲模擬(World Game Simulation) 大會上提出能源互聯網的概念，認為“全球互聯網能源戰略”是最佳選擇。1986 年彼得·麥森創立了全球能源網絡學會，特別關注國與國之間的電力網絡傳輸，強調利用可再生能源[5]。2011 年杰里夫·里夫金在《第三次工業革命——新經濟模式如何改變世界》一書中提出第三次工業革命是以信息技術來推動全球化，但首要問題是解決能源問題，通過聯網的可再生能源進行共享，能源應用的各個環節實現互聯網化，有效解決能源問題[6]。

1 能源互聯網概念的內涵

1.1 全球能源互聯網

2015 年9 月26 日習近平主席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。

全球能源互聯網的實質是以清潔可再生能源為根本，利用豐富的太陽能、風能及水能等主要清潔能源，實現綠色低碳目標；特高壓電網是骨架，實現大規模以及遠距離的電力傳輸，實現全球的用電地區和能源基地都在特高壓的覆蓋范圍內；智能電網是基礎，適應各種分布式清潔能源的靈活接入，通過信息的智能調配來滿足多樣化的需求[7]。通過構建全球能源互聯網，實現能源的高效利用，通過清潔可再生能源來替代傳統化石能源，以此改善目前嚴峻的生態環境問題。

1.2“互聯網+”智慧能源

“互聯網+”智慧能源是一種互聯網與能源消費各種環節以及能源市場深度融合的產業新型態[3]，達到多能源資源合理互補利用的目的，具有設備智能、信息對稱、供需分散、系統扁平、多能協同、交易開放等特征。2016 年，我國發布了《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，利用互聯網及其他先進的信息技術，推進能源應用智能化，構建綠色低碳、高效安全的能源體系，為我國經濟發展奠定堅實的基礎。一批“互聯網+”智慧能源示范項目相繼落地，進一步推進了對“互聯網+”智慧能源的認識。如在2019 年，南方電網廣東珠海“互聯網+”智慧能源示范項目成功投運，是目前世界上容量最大、電壓等級最多、采用諸多自主創新關鍵技術的多端柔性直流配電網工程，填補了國內外空白。在“互聯網+”智慧能源理論及技術的發展過程中，不能局限于能源資源種類和技術方案，而應該盡可能強調多能源技術集成應用，各類能源設施資源開放共享，保證能源資源各盡所能，實現精準測量、靈活調控、效率最優、系統魯棒性更高[8]。

1.3 多能互補的區域型能源互聯網

隨著社會發展以及人口數量增加，在建筑集中、人口集中的區域，由于不同功能和模式對能源的需求數量、種類有著不同的要求，因此在構建區域型能源互聯網時要實現多種能源互補利用，考慮各種能源(如太陽能、風能、地熱能等)的利用時間、利用方式等不同特性，實現各類能源的梯級利用，確保系統的效益達到最大化，為該區域提供穩定的能源供給[9]。

人們基于不同特點對能源互聯網的概念和內涵進行了研究，表明能源互聯網具有以下四個特征：(1)為了解決嚴峻的環境污染問題，實現綠色低碳可持續發展的目標，能源端的供應以可再生能源為主要能源；(2)由于可再生能源具有分散的特點，為高效率收集并利用可再生能源，需要根據具體環境就地建立可以收集、存儲并利用能源的網絡，需要支持分布式發電系統與分布式儲能系統的接入；(3)能源互聯網是一個對等的能源共享網絡，大范圍的分布式能源網絡也不能保證自給自足，因此在互聯網技術的支持下實現廣域能源共享；(4)各種交通設備的能源正逐漸從燃油向電動轉變，因此需要支持交通系統的電氣化。在這些特征的基礎上，進一步考慮構建能源互聯網。

2 能源互聯網的國內外發展現狀

2.1 國內發展現狀

能源互聯網是將傳統的能源行業進行智慧化升級，實現能源系統與互聯網深度融合[10]，為了保障能源系統的穩定性，分布式能源是能源互聯網系統的重要組成部分。要設計一個分布式發電系統，需要考慮供給能源的品級、峰谷規律、電站容量等問題，而在單個獨立的分布式能源系統中沒辦法從根本上解決這些問題，導致其無法最大程度地發揮本身價值，因此分布式能源系統的聯網是發展的必然[11]。

分布式能源網絡系統是以可再生能源為主體，以儲能系統為支撐，在互聯網技術的推動下，將各種類型的分布式能源網絡等節點進行互聯，保障不同的分布式能源有效接入，形成開放共享網絡，然后與其他網絡系統(如電網、熱網、氣網等)進行協同控制。為了保障系統穩定性，利用多智能系統進行協同控制使分布式網絡系統有序化[12]。目前比較典型的應用項目，如國家電網公司在河北張北建成的風光儲輸示范工程，是目前世界上規模最大，集風電、光伏發電、儲能及智能輸電為一體的能源互聯網示范工程。

智能電網被認為是能源互聯網的基礎框架。近年來，我國大力推進以特高壓輸電為代表的智能電網建設，已經建成“八交十三直”21 項特高壓工程，線路長度達3.8 萬千米，輸電能力超1.4 億千瓦，這為能源互聯網的構建提供了堅實的“硬連接”基礎。2019 年，國家電網公司也提出了以堅強智能電網和泛在電力物聯網為抓手，打造“樞紐型、平臺型和共享型”的世界一流能源互聯網企業愿景[13]。

在能源互聯網的科學研究領域，國內部分高校和科研院所已布局相關研究。國防科技大學張濤教授團隊將能源互聯網相關研究成果運用到軍事能源保障領域，針對高原海島、邊防哨所、無人值守站、部隊野外用電、國防工程等在傳統能源保障上存在的防護弱、存儲難、耗能高、隱蔽性差、不可再生等問題，自主研發分布式儲能、能量集線器、智能能量管理等技術，為未來實現戰場能量互聯、野外不間斷供電和“孤島”模式下的營區用電提供了可能。清華大學能源互聯網創新研究院致力于以電力系統為核心與紐帶，構建多種類型能源的互聯網絡，利用互聯網思維與技術改造能源行業，積極聚集“政、產、學、研、金、用”各方，推動能源與信息高度融合的新型生態化能源體系構建。

2.2 國外發展現狀

2003 年，瑞士啟動“未來能源網絡愿景”(Vision of Future Energy Networks)項目，該項目著重研究多能源傳輸系統的利用及分布式能源的轉換和存儲，建立混合能源系統。

2008 年，美國啟動“未來可再生電能傳輸與管理系統”項目。該項目在電力系統中引入信息技術和電子技術，通過在配電網層面構建能源互聯網，實現分布式可再生能源發電和分布式儲能并網的高效配電系統。

2008 年，德國啟動能源技術創新計劃，著手研究以信息通信技術(Information and Communication Technology，ICT)為基礎構建未來能源系統，開發和測試能源互聯網的核心技術。

2010 年，日本啟動了“智能能源共同體”計劃，開展能源和智能電網等領域的研究。2011 年啟動“智慧能源網”計劃，通過智能化的信息交換與控制系統，協調電力、熱能與運輸方面的能源使用。

2011 年，歐盟啟動了未來智能能源互聯網項目。該項目核心在于構建未來能源互聯網的信息通信技術平臺，支撐配電系統的智能化；通過分析智能能源場景，識別信息通信技術需求，開發參考架構并準備在歐洲范圍內進行試驗，最終形成歐洲智能能源基礎設施的未來能源互聯網信息通信技術[14]。

歐、美、日等的能源互聯網構建方式雖然有很大差異，但都是將互聯網技術運用到能源系統，把傳統集中式的、單向的、生產者控制的能源系統，轉變成大量分布式、輔以較少集中式的新能源與更多消費者互動的能源系統，提高可再生能源的比重，實現多元能源的有效互聯和高效利用。

能源互聯網目前尚無全面、系統的解決方案，基本架構主要分為供應端、調配側和負荷端。供應端為發電側，以分布式能源發電站為基礎，建設過程中考慮能源的收集、儲備、接入、管理等問題。調配側為管控側，立足電網已有基礎設施，承載分布式電源的接入以及各種信息的采集，實時監測系統運行狀態，實現網絡系統最佳組合以及能量的多目標優化。負荷端為用電側，通過各種能效模型對用電需求、能效進行分析，進行優化管控。三者相互緊密聯系，協同合作實現整個能源互聯網系統的最優化運行。

未來能源互聯網將實現物理配電網與信息通信網的高度融合，實現多種能源的共享和供需匹配。作為其物理部分的配電網，隨著分布式電源、儲能裝置、電動汽車、供熱(冷)系統等新型單元的大量接入，將逐步演變為電、氣、熱(冷)等多種能源耦合形成的多能源系統。

3 能源互聯網的潛在軍事應用價值

3.1 拓展單兵班組軍用能源獲取途徑

信息技術飛速發展，人工智能與網絡技術的相互結合，將在很大程度上改變今后的戰場環境，特別是單兵班組的信息化武器裝備和智能化裝備的大量使用，對能源保障的要求日益提高。通過能源互聯網技術，建立分布式可再生能源發電和分布式儲能并網的高效配電系統，使每一個分布式能源點都在互聯網上做好定位，擴展單兵班組的軍用能源獲取途徑，快速便捷地尋找最近補給點，通過軍用能源互聯網系統快速進行能源補給，避免出現能源補給不足造成的聯絡中斷、失聯情況，大幅提高邊防安全和分隊持續作戰能力。

3.2 構建邊防海島哨所局域微電網

通過綜合利用風電、光伏、地熱和小水電等多種可再生能源，構建局域微電網系統，解決邊防海島部隊全天候全時段用電難題，給武器裝備提供穩定的能源保障，大幅縮短練兵戰備準備時間，裝備運行更加穩定可靠，實現24 h 執勤守備，大幅度提升管邊控邊能力。

3.3 提升多元能源綜合利用效率

多域和智能化作戰模式下，智能化裝備具有“載荷”的特性，其特征性、任務屬性和功能均可隨時定義，那么服務于新型作戰模式的能源保障具有“不確定”特點，包括時域與空域的不確定性，裝備對能源的需求也有不確定性、非連續性、非對稱性、泛在性、偶發性(波動性)。因此，在能源互聯網技術支撐下，后勤保障部隊一方面依據作戰任務需要以及人員與裝備數量快速計算作戰單元所需能源物資、快速定位附近匹配補給點，實現快速就近補給保障；另一方面充分利用能源物聯網分布式、可再生能源發電和分布式儲能并網的高效配電系統，基于有線和無線傳能技術形成耦合的全域供電網絡，降低軍事行動對汽油、柴油的過度依賴，減少發電用油消耗，降低油料運輸占用兵力和油料補給頻率，減輕后勤保障負擔，提高戰場能源保障效率。

3.4 滿足能源保障的實時精準

依托能源互聯網技術建立的軍需能源互聯網保障系統，快速準確定位作戰區域的能源供應情況，在緊急情況下對周邊的能源供應進行統一調度，自動協調所需的能源資源；實時監控能源的消耗、調度及庫存情況，快速制定后勤保障的計劃安排，有利于戰場能源及時高效補充。

4 能源互聯網軍事應用急需攻克的方向

(1)戰場的快速組建與前伸

優化分布式可再生能源發電、儲能裝置的設計，提高戰場的快速組建與前伸能力，實現快速并網使用；進行便攜式小型化光伏、風能、高效儲能等發供電裝置的研發應用，滿足單兵班組戰場的應急電力供應。

(2)抗毀傷與反偵察的能力

對分布式能源發電、儲存裝置及局域微電網裝置做好隱蔽措施，提高抗摧毀和反偵察能力；提高能源互聯網信息完整性，完善自主能源互聯網體系建設、芯片設計與軟件開發，加強信息通道管理，強化信息安全管控，嚴防敵對勢力網絡攻擊，確保能源互聯網信息安全。

(3)通訊協議與設備共享

加強芯片及軟件系統的自主研發，實現對能源信息的自主控制，通過通訊協議與設備共享，提高地方能源互聯網軍事適用性，建立完善軍用能源互聯網系統，一方面擴大軍事能源的供應范圍，另一方面減少重復建設，避免不必要的資源浪費。

(4)裝備用能負荷與作戰支撐能力

針對軍用裝備高電壓、大電流、長航時的特殊要求，構建能源互聯網時，優化設計方案或多套方案并存，必要時可靈活切換，在敏感地區，提高儲能裝置的供配電設計標準，預留軍用裝備典型接口，提高軍用裝備用能負荷與作戰支撐能力。

5 結論

構建能源互聯網，對中國的可持續發展具有深遠意義，既順應新一輪能源科技革命，又具有顯著的軍事應用前景；基于軍地“共建、共治、共享”理念，打破遍及能源系統物理層、信息層和應用層“源-網-荷-儲”的各環節，以及在政策、規劃、運維和供需等鏈條中的“泛在壁壘”，實現全局全域貫通和軍民多方“共贏”。因此，需加強對能源互聯網技術的前瞻性規劃，加速全國能源互聯網技術的相關標準制定，加大對能源互聯網芯片技術和軟件系統的自主開發力度，加快對重點區域的設施建設步伐，推進我軍能源保障體系的快速、高效化建設。