能源互聯網技術

沈臻懿

由于能源互聯網中涉及各種新型數據的介入，科學家就需要將大數據分析引入智能信息技術之中，以使其能夠對接能源互聯網的運行

人們通過能源互聯網，可以自動開啟分布式電源、家庭級儲能模塊以及電動汽車充電樁等設施

全球能源領域的大變革

傳統能源的不可再生性和不可持續性，倒逼人們不斷探索可再生能源的發展。據《2019全球可再生能源現狀報告》顯示，相較于傳統熱電，可再生能源的成本競爭力在不斷增強。截至2019年底，可再生能源的發電量已占全球總發電量的26%左右。此外，各類可再生能源的發電成本也在持續下降。在日照尤為充足的迪拜等地，太陽能價格僅僅只有全球太陽能平均價格的50%。

有人不禁會問，“藍色星球”上的能源究竟是否緊張呢？答案居然是否定的！全球范圍內的可再生清潔能源數量極為龐大，僅太陽能資源就有著100萬億之巨，此外還有豐富的風能、水能、潮汐能等資源，其能量遠遠超出了人類社會所需的全部能源總和。但這其中卻有著一個極為棘手的問題，就是這些資源的分布極為不均。

令人欣喜的是，智能互聯網時代的到來，帶來了一場新的能源領域革命。隨著互聯網技術的高度發達，對于各類能源的利用已不再滿足于清潔、高效和低成本，而是朝著優化控制、智能管理等網絡化方向發展。通過智能能源互聯網系統的打造，將能源和信息深度融合，并適應分布式的能源服務網絡，從而推動電網和發電側、需求側之間交互推進，化解資源分布不均帶來的問題。

“能源”+“互聯網”的全新體驗

能源互聯網這一新興詞匯，最初始于美國未來學家杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）所著的《第三次工業革命》一書中。里夫金預言道，一種以新能源和信息技術的深入融合為特征的全新能源利用體系，會在未來誕生。里夫金將這種全新的能源體系稱之為“能源互聯網”（Energy Internet），即是一種基于可再生能源的、開放共享的、分布式的網絡體系。這一網絡體系聚焦電網系統，將電力系統與供熱網絡、天然氣網絡以及交通網絡等其他系統耦合形成了多網絡系統。

能源互聯網體系，由上而下分別為應用層、網絡層和能源層。其以物聯網作為核心基礎，通過控制程序、軟件應用程序和傳感器，將能源生產端、傳送端和消費端的巨量設備、系統相互連接，打造出作為核心的“物聯基礎”。大數據、深入學習、云計算和人工智能等，則為能源互聯網提供了重要技術保障。如此一來，能源互聯網就能夠整合電網數據、運行數據、天氣數據、電力市場數據等，做出大數據分析、機器學習和相應預測，從而優化能源生產和能源消費的運行效率，并根據供需關系來進行實時的動態調控。

能源互聯網的關鍵技術

能源互聯網的未來應用，有賴于各類關鍵技術的保駕護航，這些技術貫穿于能源尤其是可再生能源的生產、轉換、傳輸、消費、服務等各個環節。

▲新型能源發電技術

一提及能源，絕大部分人腦海中的第一反應就是石油、煤炭等傳統能源。隨著石油、煤炭能源的日趨緊張及其導致的環境污染，直接影響到人類的生存與社會的發展。針對傳統能源的“不可承受之殤”，能源互聯網一經問世，就直接依托于各類可再生能源，并在其能源生產端引入了新型能源發電技術。新型能源并不僅僅只有太陽能、風力、生物能等可再生能源，還包括了海洋能、地熱、頁巖氣和核電小堆等新型能源或資源。科學家在推動新型能源發電技術前行時，需要不斷攻克高效發電、能量轉化以及運行控制等難關，著力探索能源電力系統的保護、動力與能源的轉化、資源的深度利用以及智能控制優化等諸多方面。

▲特高壓電力輸送技術

遠距離、大容量輸電，不僅是全球能源革命的一大標志，更是實現大型能源基地可再生能源外送的重要保障。遠距離大容量輸電技術，包括直流輸電、直流電網、海底電纜、運行控制等技術。考慮到能源分布不均衡所帶來的電能遠距離大容量輸送、電網運行的安全穩定等問題，采用特高壓直流輸電技術可以有效解決前述問題，并提升供電的互補性、可靠性和安全性。該技術以特高壓電網作為基礎，借助于特高壓直流輸電來對可再生能源基地進行互聯，以實現交直流混合電網的覆蓋。

▲能源儲存技術

可再生能源的發展，在某些方面仍受困于儲能電池等技術的限制。尤其是在風力或者太陽能不足之時，儲能電池就顯得更為重要。不過高昂的儲能電池成本，卻讓能源行業的發展遭遇瓶頸。這就使得能源互聯網的建設過程中，還必須解決能源儲存關鍵技術。具體來說，能源儲存技術包括了電池儲能、壓縮空氣儲能、超導儲能、超級電容器儲能、飛輪儲能等方面。譬如，對于光伏、風電等可再生能源而言，由于發電設備的輸出功率會隨環境發生改變，因此，儲能技術的介入，能夠及時儲存和釋放能源，以保障供電的可靠性和持續性。這些儲能技術，不僅可用在電網調峰的儲能設備，也同時涵蓋了園區、樓宇和家庭級的儲能模塊。

▲智能信息技術

能源互聯網的一大特色，就是能源領域的智能信息技術。其利用大數據分析、云計算等建構起的管理服務網絡，不僅可以實現數據的采集、分析、管理和互動等目的，還可支持能源互聯網技術模式的多種新型能源業務。具體來說，智能信息技術由智能感知技術、大數據分析技術和云計算技術所共同組成。

智能感知技術的智能傳感器，能夠采集并感知能源互聯網中的相關網絡、設備的運行狀態信息和參數。通過對于這些數據的匯集、處理和分析，能夠為能源互聯網的優化提供改進方向。此外，智能感知技術支持端對端業務，實現用戶側與電網間的互動，并支持各類智能設備的無縫聯入和即插即用。

由于能源互聯網中涉及各種新型數據的介入，其數據量遠超智能電能表的數據，因此無法使用傳統數據庫工具對其進行管理和處理。為此，科學家就需要將大數據分析引入智能信息技術之中，以使其能夠對接能源互聯網的運行。

云計算的優勢在于，其能夠輕松獲取計算資源，實現高性能的計算，從而提升資源的可用性。這一特性顯然為能源互聯網所重視。通過云計算的“加持”，能源互聯網得以利用自身強大的互聯功能，支持能源生產端、消費端、批發零售端、網絡運營端在任何時間、任何地點的交易。

能源互聯網的未來應用場景

能源互聯網在全球范圍內的發展，對于我們這顆“藍色星球”上的社會、生活、環境等方方面面而言，將會帶來巨大甚至是顛覆性的變革。

▲能源互聯網在社會發展中的應用

能源互聯網的交互性特點，能夠讓未來的社會生產方式更為協同。其與智能化、數字化產業的親密相融，也讓整個社會體系的運作更為智慧。在商品物流領域，能源互聯網得以讓物流系統、銷售系統無縫結合，從而帶來了無人交通工具“送貨上門”的便利體驗;在醫療健康領域，由于有了能源互聯網的運行，人體傳感器和網絡醫生之間能夠實時互聯，甚至還可第一時間通過遠程操控來實現應急診療。

▲能源互聯網在日常生活中的應用

能源互聯網的推進，能讓人們享受到智能生活帶來的無限樂趣。人們日常生活的點點滴滴中，都會有著能源互聯網的身影。無論是出行的列車、汽車，還是家用的冰箱、空調等，都可通過能源互聯網來實現智能運行。同時，在未來的某一天，人們不再只是能源的消費者，同時還將成為能源的供應者。人們通過能源互聯網，就可以自動開啟分布式電源、家庭級儲能模塊以及電動汽車充電樁等設施。最令人感到愉悅的是，有了能源互聯網后，那些枯燥、無趣的工作基本都可由智能網絡和設備所代勞，人們終于可以騰出手來做自己喜歡的事情。

▲能源互聯網在生態環境中的應用

能源互聯網的一大核心，即是清潔可再生能源的使用。隨著全球范圍內的清潔能源使用比例大幅提升，各類溫室氣體和污染物的排放也將顯著減少。前述應用場景對生態環境而言的好處顯而易見。由于溫室氣體排放量的減少，全球氣候變暖問題將得以有效控制。同時，能源互聯網還將促使生態環境得以恢復。清潔可再生能源的迅猛發展，意味著傳統化石能源應用量的萎縮，這也使得我們的“藍色星球”不再需要為傳統化石能源產生的環境污染埋單。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com