能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT

文/朱成琨

借鑒互聯(lián)網(wǎng)開放、高效和即插即用的特點(diǎn)，結(jié)合新能源技術(shù)和ICT技術(shù)，將傳統(tǒng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌焖僮杂芰Φ闹悄芑瘮?shù)字網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。采用先進(jìn)ICT技術(shù)，對分布式能源實(shí)施廣域協(xié)調(diào)控制，是形成高效智能的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵舉措。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT的必要性

ICT即信息通信技術(shù)，是IT（信息業(yè)）和CT（通信業(yè)）的有機(jī)結(jié)合，包括通信網(wǎng)絡(luò)、信息服務(wù)、信息科技及應(yīng)用，其基本特征為信息處理與傳輸?shù)母咚倩?、大容量化、?shù)字化、泛在化與智能化，ICT技術(shù)是信息社會形成與發(fā)展的重要動力與標(biāo)志。

能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT就是采用ICT技術(shù)，建立分布式能量管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對分布式能源服務(wù)范圍廣、配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的控制，通過冷、熱、汽、水、電等多種能源互補(bǔ)，形成較高用能效率的智能能源系統(tǒng)，推動能源利用的可持續(xù)發(fā)展。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT的技術(shù)需求

2.1 微電子技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)中可再生能源的大量接入，對電子系統(tǒng)提出高效性、高質(zhì)性、安全性、寬泛性和便利性等要求，當(dāng)下的電子技術(shù)必須進(jìn)行多學(xué)科、多層次、多方面的創(chuàng)新，尤其是需要微電子學(xué)科的技術(shù)創(chuàng)新，微電子技術(shù)將會滲透到能源互聯(lián)網(wǎng)的各個層級，是能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT的重要支撐性技術(shù)之一。

2.2 復(fù)雜軟件技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式發(fā)電設(shè)備的嵌入式監(jiān)控軟件、能量路由器的能源信息交換和決策軟件、電力用戶的各類耗電分配和度量軟件等局部自治軟件系統(tǒng)數(shù)量眾多、規(guī)模宏大，必須通過“復(fù)雜軟件系統(tǒng)”進(jìn)行耦合關(guān)聯(lián)。復(fù)雜軟件系統(tǒng)將作為能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)字中樞，實(shí)現(xiàn)成千上萬位于不同區(qū)域的自治軟件之間的相互關(guān)聯(lián)，協(xié)同完成計(jì)算、控制、通信、測量、分析等功能，從而實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的高效運(yùn)行。

2.3 信息物理系統(tǒng)技術(shù)

將信息物理系統(tǒng)應(yīng)用于能源互聯(lián)網(wǎng)中，優(yōu)化物理環(huán)境中計(jì)算、通信、控制等功能，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的實(shí)時感知、動態(tài)調(diào)控和信息服務(wù)。例如，在用電方面，傳統(tǒng)電網(wǎng)中用戶不能實(shí)時了解電價信息，配電公司也不能實(shí)時了解用戶的用電信息，這種信息不匹配造成能源的大量浪費(fèi)，而在能源互聯(lián)網(wǎng)中，通過信息物理系統(tǒng)，用戶和配電公司可以了解對方的信息，從而實(shí)現(xiàn)兩者共同的經(jīng)濟(jì)利益最大化并節(jié)約能源。在發(fā)電方面，傳統(tǒng)電網(wǎng)不能及時獲取信息，對電能的實(shí)時調(diào)度性差，所以難以滿足電力系統(tǒng)接入大量間歇性新能源，而能源互聯(lián)網(wǎng)中，通過信息物理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時智能調(diào)度，使新能源在接入骨干電網(wǎng)時能保持參數(shù)穩(wěn)定，避免對大電網(wǎng)造成沖擊。

2.4 大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用流數(shù)據(jù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)透明計(jì)算，可以解決未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的三大問題：

（1）海量數(shù)據(jù)處理與計(jì)算需求；

（2）實(shí)時數(shù)據(jù)分析；

（3）數(shù)據(jù)共享。

在能源互聯(lián)網(wǎng)中，既有燃煤、燃?xì)狻⒑穗?、水電等傳統(tǒng)能源設(shè)備和風(fēng)電、光伏等分布式可再生能源設(shè)備，又有數(shù)以百萬計(jì)的高耗能動力裝置、數(shù)億的電力用戶和未來的智能家電及電動汽車，這些設(shè)備遍布各地且包含各種各樣的傳感器，而這些傳感器產(chǎn)生的海量實(shí)時大數(shù)據(jù)必須通過云計(jì)算技術(shù)加以處理。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT的基本架構(gòu)

以高穩(wěn)定性和安全性的骨干通信網(wǎng)絡(luò)為中心，架設(shè)各類通信設(shè)備，包括智能能量管理設(shè)備、智能故障管理設(shè)備、各種智能負(fù)荷和發(fā)電設(shè)備等，能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT的基本架構(gòu)如圖1所示。構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT模式，實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，使得能源網(wǎng)絡(luò)具有可再生、分布式、互聯(lián)性、開放性和智能化的特點(diǎn)。

鑒于信息互聯(lián)網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)的相似性，可以推斷能源互聯(lián)網(wǎng)在初期主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，將ICT技術(shù)作為能源互聯(lián)網(wǎng)初期建設(shè)的主要任務(wù)之一，是實(shí)現(xiàn)具有靈活性、擴(kuò)展性的分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)的必經(jīng)之路。

4 能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT發(fā)展面臨的問題

4.1 產(chǎn)業(yè)鏈及產(chǎn)業(yè)環(huán)境

能源互聯(lián)網(wǎng)采用互聯(lián)網(wǎng)的理念、方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)本身的重大變革，構(gòu)建新型的信息能源融合網(wǎng)絡(luò)，這一行動跨越眾多學(xué)科，涉及眾多行業(yè)、技術(shù)、研發(fā)的尖端變革。

在技術(shù)創(chuàng)新層面：

（1）大規(guī)模分布式能源的接納及路由傳輸將對大電網(wǎng)帶來可控性問題；

（2）能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)涉及網(wǎng)絡(luò)、通信、電力、儲能、電力電子、新能源等多個領(lǐng)域技術(shù)的交叉融合，技術(shù)的突破需要科技方面的大量投入。

在產(chǎn)業(yè)環(huán)境層面：

（1）與能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，造成了部分產(chǎn)業(yè)一哄而上產(chǎn)生的過剩危機(jī)問題；

圖1：能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT的架構(gòu)

（2）我國能源電力行業(yè)市場仍處于相對封閉壟斷，不利于發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)開放對等式的廣泛互聯(lián)。

4.2 ICT的“增能”效應(yīng)

“摩爾定律”和“森定律”可以解釋數(shù)字信息革命的發(fā)展速度，也能反映ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展所面臨的問題。根據(jù)“摩爾定律”：半導(dǎo)體芯片上集成的元器件密度每隔18至24個月會翻一倍，可以推斷隨著ICT技術(shù)的發(fā)展，處理器越來越向細(xì)微化、高集成化發(fā)展，意味著ICT設(shè)備耗電量的增長與加速。“森定律”是“寬帶流量隨著用戶人數(shù)的增加呈幾何級數(shù)增加”的經(jīng)驗(yàn)法則，為了儲存龐大的數(shù)據(jù)、滿足互聯(lián)網(wǎng)用戶的需求，ICT企業(yè)的數(shù)據(jù)中心越來越龐大化，極大增加了能源的消耗。數(shù)字信息革命促進(jìn)了生活便利性與生產(chǎn)效率的提高，但同時也逐漸形成了耗電量龐大的社會。能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT雖然為解決環(huán)境污染、能源缺乏和能源空間分布不平衡提供了方案，但其自身依賴的ICT技術(shù)具有的“增能”問題同樣不容忽視。

5 總結(jié)

能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT可以高效利用可再生清潔能源，是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，未來將成為能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)為現(xiàn)有科技提出了更高要求，注入了新的活力，關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)+ICT，還要預(yù)見和解決其面臨的問題，才能使之持續(xù)健康發(fā)展。