能源革命從上個世紀(jì)開始就成為全球關(guān)注的議題之一，諸多國家都致力于新能源領(lǐng)域的開發(fā)及相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)。革命初期，多能源轉(zhuǎn)換，尤其是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能乃至機械能，是領(lǐng)域研究的重點;到了中葉，開發(fā)可再生清潔能源在很長的周期內(nèi)成為解決環(huán)境和資源短缺問題的突破點，相應(yīng)的開發(fā)及儲存技術(shù)也應(yīng)運而生;當(dāng)前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，對于能源的利用已不僅停留在清潔、高效、低成本，更多的是立足于智能管理、優(yōu)化控制等網(wǎng)絡(luò)化程度更強的能源利用。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)這一新興詞匯便隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能應(yīng)運而生。
什么是能源互聯(lián)網(wǎng)?
能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以電力系統(tǒng)為中心，將電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)、供熱網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)、交通、建筑系統(tǒng)等緊密耦合，橫向?qū)崿F(xiàn)電、氣、熱、可再生能源等“多源互補”，縱向?qū)崿F(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲”各環(huán)節(jié)高度協(xié)調(diào)，生產(chǎn)和消費雙向互動，集中與分布相結(jié)合的能源服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。
能源互聯(lián)網(wǎng)的特征，從物理維度上是一個以電力系統(tǒng)為核心，以可再生能源為主要一次能源，與天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)緊密耦合而形成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng);從信息維度上是能量的開放互聯(lián)與交換分享可以跟互聯(lián)網(wǎng)信息分享一樣便捷的信息物理融合系統(tǒng);從市場維度上看：提供綠色能源靈活交易的平臺，構(gòu)建開放、自由、充分競爭的市場環(huán)境，能激發(fā)市場中各商業(yè)主體的積極性。
與智能電網(wǎng)相比，能源互聯(lián)網(wǎng)的側(cè)重點在于新能源的占比及影響的研究，更著重去探討當(dāng)可再生能源的占比到達很高的時候，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)應(yīng)該如何去支撐整個環(huán)境。同時，雖然電網(wǎng)作為核心部分，但清潔可再生能源的多能轉(zhuǎn)換利用決定了能源互聯(lián)網(wǎng)需要將電網(wǎng)與天然氣、熱能網(wǎng)絡(luò)等緊密耦合，其能量形式可以囊括電能、化學(xué)能、熱能、機械能等。
能源互聯(lián)網(wǎng)體系研究
能源互聯(lián)網(wǎng)的體系由下至上可以分為能源層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)圖

其中，能源層主要是進行能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸和利用，包括化石燃料的發(fā)電、清潔可再生能源的多能轉(zhuǎn)化、電力利用等;網(wǎng)絡(luò)層主要是通過廣域布局的智能傳感進行能源相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時獲取海量數(shù)據(jù);而應(yīng)用層主要是利用大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)進行能量信息的數(shù)據(jù)共享，主要包括能源設(shè)備的運行狀態(tài)和各能源系統(tǒng)的實施運轉(zhuǎn)狀況等，主要實現(xiàn)途徑是對海量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)支撐，承擔(dān)能源互聯(lián)網(wǎng)的信息采集、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(lián)網(wǎng)可以完成多能源協(xié)調(diào)管理，根據(jù)電、氣、熱網(wǎng)領(lǐng)域行業(yè)的運轉(zhuǎn)情況，從能源價值最大化、系統(tǒng)安全運行、多能源交易準(zhǔn)則和法規(guī)的角度對多能交易及資源配置進行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理，從而可以保障能源的高效、安全供應(yīng)及能源互聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。同時，用戶可以借助平臺了解需求側(cè)的具體情況，同時借助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)能源儲備和需求的匹配。作為需求側(cè)主體，用戶也可以參與供電供熱等供給側(cè)環(huán)節(jié)，借助能源交易平臺及分布式儲能系統(tǒng)進行在線的能源交易、轉(zhuǎn)售等業(yè)務(wù)。
能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)研究
能源互聯(lián)網(wǎng)3層架構(gòu)中所涉及的新技術(shù)主要包括大數(shù)據(jù)、云計算、智能傳感、新能源發(fā)電、儲能等相關(guān)技術(shù)，這些技術(shù)最終都會通過能源互聯(lián)平臺進行連接，成為能源互聯(lián)網(wǎng)個性化的技術(shù)鏈。
1.分布式能源與ICT融合技術(shù)
通過將光伏發(fā)電與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合打造的光伏云是分布式能源接入能源互聯(lián)網(wǎng)的雛形。光伏云分為設(shè)備、數(shù)據(jù)處理、服務(wù)、應(yīng)用端四部分。由光伏陣列和電表組成的設(shè)備部分是實現(xiàn)光伏發(fā)電的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)通過前置機中的采集設(shè)備將光伏發(fā)電的發(fā)電量、電能質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息經(jīng)過大數(shù)據(jù)存儲和處理提供給服務(wù)端，在服務(wù)部分可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)、安全服務(wù)、任務(wù)調(diào)度服務(wù)等多種多樣的監(jiān)控、管理服務(wù)，這些服務(wù)可以在我們的手機、電腦平臺查看和操作，實現(xiàn)光伏的應(yīng)用端落地。通過著四部分的配合，能源與大數(shù)據(jù)云計算相互協(xié)調(diào)，真正實現(xiàn)能源的可控化和智能化。
光伏云網(wǎng)以客戶需求為導(dǎo)向，以全面提升分布式光伏運營效率為目的，整合技術(shù)、信息、數(shù)據(jù)等分布式光伏全產(chǎn)業(yè)鏈資源，實現(xiàn)信息發(fā)布、在線交易、智能管理、金融服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析等功能，提供集信息發(fā)布、咨詢評估、方案推薦、設(shè)備采購、安裝調(diào)試、并網(wǎng)接電、電費結(jié)算及補貼代發(fā)、金融服務(wù)、運行維護等全流程一站式服務(wù)，實現(xiàn)分布式光伏線上線下全業(yè)務(wù)全流程貫通。
2.能源轉(zhuǎn)換與ICT融合技術(shù)
能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的主旨是一次能源向方便使用的能源的轉(zhuǎn)換。它可以將太陽能、風(fēng)能、熱能、生物質(zhì)、地?zé)帷⑷細狻⒂偷饶茉崔D(zhuǎn)換為電能，也可以將電能以特定介質(zhì)儲存起來。電力在能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸、應(yīng)用環(huán)節(jié)起到樞紐的作用。真正實現(xiàn)能源的互聯(lián)互通。當(dāng)前能源轉(zhuǎn)換設(shè)備面臨的三大挑戰(zhàn)是：1、提升電能變換能力;2、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計;3、裝備和系統(tǒng)的可靠性。面對這三大挑戰(zhàn)行業(yè)的研究重點集中在提高能量轉(zhuǎn)換效率和能量的自動擇優(yōu)配置方面。
等效于互聯(lián)網(wǎng)的連接和信息傳輸，在能源互聯(lián)網(wǎng)中能量的轉(zhuǎn)換設(shè)備通常被稱為能源路由。在能源路由器中，可以實現(xiàn)可再生能源控制、能源存儲、能源管理，將網(wǎng)絡(luò)層采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用層分析，然后，有效控制能源的應(yīng)用。
3.新型儲能與ICT融合技術(shù)
能源互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)中削峰填谷、能源綜合利用的關(guān)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(dāng)今的熱門話題和技術(shù)前沿深受行業(yè)研究人員的追捧。
儲能系統(tǒng)從整個電網(wǎng)，即發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)到用戶側(cè)都具備作用，在發(fā)電側(cè)主要起到新能源發(fā)電的平滑，相當(dāng)于能源的一個數(shù)據(jù)庫;在輸電側(cè)主要起到調(diào)峰、調(diào)頻作用;在用戶側(cè)主要是分布式發(fā)電系統(tǒng)合理配置方面的問題。更重要的是，儲能技術(shù)利用ICT技術(shù)將依據(jù)不同時段的電價、電能質(zhì)量等相關(guān)信息，有效地調(diào)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(wǎng)絡(luò)整體效率的目的。
4.智能傳感技術(shù)
智能傳感技術(shù)包括光纖傳感、生物特征識別、無線傳感、圖像識別、傳感網(wǎng)等技術(shù)。智能傳感器獲取能源互聯(lián)網(wǎng)中輸配電網(wǎng)、電氣化交通網(wǎng)、信息通信網(wǎng)、天然氣網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)及用戶側(cè)各類聯(lián)網(wǎng)用能設(shè)備、分布式電源及微電網(wǎng)的運行狀態(tài)參數(shù)，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、聚集、分析并提供改進的控制策略。通過智能傳感技術(shù)體系，能源互聯(lián)網(wǎng)支持端到端的業(yè)務(wù)，實現(xiàn)用戶與電網(wǎng)之間的互動，而且可實現(xiàn)各種智能設(shè)備的即插即用，除了智能電能表以外，還支持其他各種非電表設(shè)備的無縫接入。
智能傳感作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”，對于準(zhǔn)確感知電網(wǎng)狀態(tài)參量，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。主要包括光纖傳感、生物特征識別、無線傳感、圖像識別、射頻識別、多維感知等。智能傳感技術(shù)有助于能源互聯(lián)網(wǎng)的可感知、可控制、更智能。
5.大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)
云計算是一種能夠通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地、按需方式、便捷地獲取計算資源(包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用和服務(wù)等)并提高其可用性的模式，可實現(xiàn)隨時、隨地、隨身的高性能計算。互聯(lián)網(wǎng)營銷技術(shù)包括實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)營銷的電子商務(wù)平臺技術(shù)和相應(yīng)的營銷模式;能源互聯(lián)網(wǎng)將支持B2B、B2C、C2C等，利用互聯(lián)網(wǎng)強大的互聯(lián)互通能力，支持發(fā)電商(含分布式電源與微網(wǎng)經(jīng)營者)、網(wǎng)絡(luò)運營商、用戶、批發(fā)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(shù)據(jù)是指無法在一定時間內(nèi)用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具對其內(nèi)容進行提取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合。能源互聯(lián)網(wǎng)中管網(wǎng)安全監(jiān)控、經(jīng)濟運行、能源交易和用戶電能計量、燃氣計量及分布式電源、電動汽車等新型負荷數(shù)據(jù)的接入，使得其數(shù)據(jù)量將較智能電能表數(shù)據(jù)量增大很多。從大數(shù)據(jù)的處理過程來看，大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)包括：大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲及管理、大數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)展現(xiàn)和應(yīng)用(大數(shù)據(jù)檢索、大數(shù)據(jù)可視化、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)安全等。
結(jié)束語
能源領(lǐng)域的變革對工業(yè)、交通、城建等發(fā)展影響深遠，是一個國家可持續(xù)發(fā)展的根本動力之一。2015年9月26日，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國發(fā)展峰會上發(fā)表重要講話，倡議探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。這是習(xí)近平總書記站在世界高度，繼“一帶一路”之后提出的又一重大倡議，是對傳統(tǒng)能源發(fā)展觀的歷史超越和重大創(chuàng)新。信息通信技術(shù)與能源領(lǐng)域的深度融合，實現(xiàn)了信息流和能量流的雙向智能交互，既利于國家的可持續(xù)發(fā)展，也符合了大力發(fā)展數(shù)字化、智能化產(chǎn)業(yè)的時代背景。《人民日報》最近發(fā)表的專家文章中指出“構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)有助于打破能源子系統(tǒng)間的壁壘”、“有助于解決我國能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和難題”、“有助于推動我國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型”。而能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，更是在綜合能源系統(tǒng)逐步完善的基礎(chǔ)上，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)能源全周期的智能管理、雙向交易及附加服務(wù)，最終邁入全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑中。