能源互聯(lián)網(wǎng)是什么？有什么特點(diǎn)？

隨著傳統(tǒng)化石能源逐漸枯竭及其廣泛利用引起的氣候變化等環(huán)境污染問題日益深化，發(fā)展新一代更為集約、環(huán)保、可持續(xù)的能源利用模式——能源互聯(lián)網(wǎng)，勢在必行。

什么是能源互聯(lián)網(wǎng)？

能源互聯(lián)網(wǎng)是能源領(lǐng)域與自動控制、信息處理、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域深度融合的產(chǎn)物，是以電力網(wǎng)絡(luò)、熱力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)及交通網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為物理實(shí)體，以能源技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)、智能優(yōu)化技術(shù)及信息處理技術(shù)等為實(shí)施手段的一種新型開放式能源生態(tài)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效利用，提高可再生能源在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的占比。

能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程

能源互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是落實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃的典型代表，其可被理解為“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”，但又不是互聯(lián)網(wǎng)與能源網(wǎng)絡(luò)的簡單疊加，其與單一互聯(lián)網(wǎng)或者單一能源網(wǎng)絡(luò)都存在較大區(qū)別。作為智能電網(wǎng)的深入與發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)具有扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持多種能源接入，能源與信息高度集成，及對等、自由、實(shí)時(shí)的交易模式等特點(diǎn)。

能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的區(qū)別

與信息互聯(lián)網(wǎng)類似，能源互聯(lián)網(wǎng)具有共享、自由、便捷、廉價(jià)的特點(diǎn)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，用戶能源互用，具備產(chǎn)能能力的能源用戶可以與其他用戶共享其所生產(chǎn)的能源；供應(yīng)渠道互聯(lián)，能源供應(yīng)渠道多樣化（可以由傳統(tǒng)能源供應(yīng)商或者具備產(chǎn)能能力的能源用戶提供），且能源可以在用戶間相互傳輸，能源用戶可以自由選擇能源供應(yīng)渠道；能源形式互換，網(wǎng)絡(luò)中供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化能源，且冷、熱、電等多種能源形式可以在能源消費(fèi)終端相互轉(zhuǎn)換，能源獲取更加便捷；能源消費(fèi)互利，由于可再生能源的邊際成本近乎為0，并且多種能源形式可以相互轉(zhuǎn)換，能源生產(chǎn)成本越來越低，能源逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N廉價(jià)消費(fèi)品。然而，能源互聯(lián)網(wǎng)在能源的產(chǎn)-輸-儲-用方面與信息互聯(lián)網(wǎng)在信息的產(chǎn)-輸-儲-用方面尚存在較大區(qū)別。

能源互聯(lián)網(wǎng)與信息互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別

能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于能源互聯(lián)網(wǎng)是涉及到能源、信息、控制、通訊等技術(shù)的新型復(fù)雜能源集成網(wǎng)絡(luò)，不同學(xué)者的研究側(cè)重點(diǎn)不同，根據(jù)目前已有的研究內(nèi)容，對能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以“立體-平面-線-點(diǎn)”四個(gè)層次闡述未來能源利用體系。

四類能源互聯(lián)網(wǎng)之間的區(qū)別和聯(lián)系

能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺

為驗(yàn)證能源互聯(lián)網(wǎng)理論研究的有效性與實(shí)用性，利用東北大學(xué)信息學(xué)館樓頂資源和約50-80平方米的樓內(nèi)空間，我們團(tuán)隊(duì)研制出國內(nèi)首個(gè)具有高穩(wěn)定性，兼容性和可拓展性的能源互聯(lián)網(wǎng)的能量產(chǎn)生、管理、優(yōu)化，協(xié)調(diào)控制的綜合智能實(shí)驗(yàn)平臺，建成國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的高效靈活、節(jié)能環(huán)保的能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)室，如圖3和圖4所示。通過該實(shí)驗(yàn)平臺，基于現(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)理論研究成果，結(jié)合先進(jìn)的智能優(yōu)化與控制手段，成功地實(shí)現(xiàn)了可再生能源聯(lián)合供能并網(wǎng)檢測、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電優(yōu)化控制等十大類實(shí)驗(yàn)，極大程度地消納了可再生能源，實(shí)現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)橫向多能互補(bǔ)，縱向“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化。

東北大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺外觀效果圖

東北大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺室內(nèi)布局圖

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

如何建立適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源綜合控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種能源的協(xié)同控制與優(yōu)化，是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中面臨的首要問題。由于能源互聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)能、輸能、配能和用能四大環(huán)節(jié)對傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面升級，其能源綜合控制管理系統(tǒng)建立中涉及到大量的先進(jìn)控制科學(xué)與技術(shù)問題，其具體體現(xiàn)為：

1）能源互聯(lián)網(wǎng)將接入大量的各類可再生能源，能源供給側(cè)的不穩(wěn)定將帶來極大的不確定性、強(qiáng)非線性、時(shí)空不同步性等復(fù)雜特性，而由于可再生能源的廣域分布特性，其信息通訊網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)全連通，網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜的時(shí)延、丟包等非可靠特性，對當(dāng)前的控制優(yōu)化理論提出極大的挑戰(zhàn)；

2）能源互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)能源主體的分布式對等接入，實(shí)現(xiàn)其即插即用，各個(gè)能源主體具有極大的自治性，而整個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)又在各類強(qiáng)約束下要有一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)控目標(biāo)，這就要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式的優(yōu)化控制，與傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)的集中調(diào)控策略具有很大的區(qū)別，也對控制方法提出了更高的要求；

3）能源互聯(lián)網(wǎng)包括能源供給側(cè)、存儲側(cè)、傳輸側(cè)、消費(fèi)側(cè)以及相關(guān)互聯(lián)系統(tǒng)等多個(gè)來源的海量信息，而且信息與能源緊密耦合，如何利用并萃取這些信息，進(jìn)而獲得對于能源互聯(lián)網(wǎng)更清晰的認(rèn)識，并應(yīng)用信息物理系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜合的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)能源的安全高效利用，是能源互聯(lián)網(wǎng)面對的新課題；

4）能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)能源、設(shè)備、信息、經(jīng)濟(jì)深度融合的系統(tǒng)，是物理空間、能源空間、信息空間乃至社會空間耦合的多域、多層次耦合的混雜大系統(tǒng)，其具有更廣闊的開放性和更大的系統(tǒng)復(fù)雜性，呈現(xiàn)出復(fù)雜的、不同尺度的動態(tài)特性和演化趨勢，其周期規(guī)劃問題將是一個(gè)必須面對的重要基礎(chǔ)問題。

盡管能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展面臨著社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面的問題，但是，能源互聯(lián)網(wǎng)是人類對于能源循環(huán)利用和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，是由能源小范圍生產(chǎn)消納的自給自足模式，到大規(guī)模生產(chǎn)/網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)募心茉茨Ｊ胶蟮挠忠淮沃卮笞兏?，其對于可再生能源的安全高效利用、綜合多種能源形式的優(yōu)化調(diào)度、信息與能源系統(tǒng)的緊密耦合以及扁平化多方自由參與的能源交換模式無疑更符合未來的能源發(fā)展趨勢，也必將得到躍升式的發(fā)展。