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两化融合

从能源互联网到智慧能源

2015-10-19   来源:科技日报

  随着党的十八大提出能源革命战略、今年的政府工作报告推出“互联网+”行动计划,二者深度融合,必然催生能源互联网,对我国推进能源革命、抢占第三次工业革命制高点、实现中华民族伟大复兴提供坚实的能源安全保障,均具有现实而深远的战略意义。

  能源革命蓄势待发,能源互联网呼之欲出

  进入新世纪以来,以互联网为代表的信息技术与其他各种新技术相互关联、共同发展,并不断突破自身的产业边界,向传统产业延伸渗透,通过联接与共享,最大程度激发和激活了传统产业的创造力和创新力。尤其是近年来大数据、云计算、物联网等新技术不断涌现,使人与人、人与物、物与物都逐步联接成网,直至各种数据打通共享,互联网技术及其思想正潜移默化地渗透到社会的每个角落,深刻改变着人类生产生活方式。

  经济增长必须以能源供应为保障,回顾历史进程,清晰展现了先进技术对能源革命,进而对工业革命的巨大推动力,“蒸汽机+煤炭”替代“人工+柴薪”、“内燃机+石油”替代“蒸汽机+煤炭”,分别开启了第二次工业革命。当前,新一轮能源革命及其对应的第三次工业革命已经蓄势待发,以信息新技术和新能源技术为引领,并与生物电子、3D打印、智能机器人、纳米材料等新技术相融合,相互关联、交织共进,正在对传统产业进行全方位升级改造。

  互联网正在向能源产业进行全方位渗透,能源产业为适应能源革命的要求,加速推动第三次工业革命,也必须借力互联网技术及思想,

  将其创新成果融入本产业,赋予能源信息数据属性,改造能源物理网络形态,优化能源传统组织结构,突破发展瓶颈,全面提高创新力和生产力。两大产业结合各自优势和特点的深度融合,将共同完成向更高层次的蜕变,形成具有深远影响的全新业态——能源互联网。

  能源互联网将实现信息网、能量网、能源网“三网合一”

  能源互联网是信息网络、能量网络和能源网络的高度整合,以电力网络为枢纽平台,以可再生能源和分布式能源接入为主要任务,以互联网技术为实现工具,通过能源调节系统对可再生能源和分布式能源基础设施实施广域优化协调,实现冷、热、气、水、电等多种能源形式优化互补,提高能源使用效率,实现信息、能量和能源三者之间双向流动共享。

  能源互联网能够通过物联网基础设施、云计算数据中心、地理空间监测设备等信息技术和通信技术手段,感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种能源需求做出智能响应,充分保障智慧城市发展,进而为城市居民创造更美好的生活。能源互联网还能以水、电、气、汽、风、油等能源介质为监测对象,对企业生产、建筑与家庭用能进行实时采集、计算分析和集中调度管理,大幅提高节能等等。

  能源互联网同时具有能源和互联网两个产业的特征,基于互联网技术的大数据、云计算,将能源与能量的生产、转换、存储、输送、使用等环节的众多节点互联起来,实现信息流、能量流和能源流的自由接入、实时流动、即时交换与共享,达到信息网、能量网、能源网的“三网合一”。能源互联网的每个主体都是平等、自治的信息中心与能量、能源中心,可以自由上传与获取信息、能量与能源,避免了能源集中统一再分别配送等不必要环节。同时,能源互联网的节点既是能源生产者也是消费者,生产和消费的主体能够直接点与点对接,随时生产、并网、消费、转换,实现了效率最优化。

  从能源互联网到智慧能源:能源互联网的发展路径

  能源互联网的建设思路:

  ——开发能源新技术

  一是高密度大容量储能、远距离无线输能、分布式可再生能源并网等能源新技术;二是积极发展能源大数据、能源云计算、能源物联网等能源信息技术;三是人工光合、陶瓷电池等能源材料技术,四是微生物驱油、微生物产气等能源生物技术。

  ——创立能源新形式

  一是煤炭高温热解等传统能源形式的新型利用等;二是风光热储、页岩气、可燃冰等新能源的推广利用;三是根据能源未来发展趋势,积极探索前瞻性能源新形式,争取获得革命性突破。

  ——培育能源新业态

  一是新型组织模式,如基于分布式分散式的虚拟电厂等;二是新型商业模式,如基于互联网技术的能源交易平台等;三是新型服务模式,如基于大数据的节能解决方案等。

  ——构建能源新制度

  一是具有开创性与前瞻性的催生型新制度;二是改革和完善现有制度和政策支撑体系的适应性新制度。

  能源互联网的关键技术:

  ——接口技术

  必须逐步完善能源互联网各类型设备以及信息、数据、能量、能源接口标准以及信息传输协议,从而保证其中信息流、能量流与能源流的互联互通。

  ——转换技术

  保证能够根据消费需求,将能源即时转换为电、冷、热等方便、直接的能量形式。

  ——传输技术

  大力发展能量大规模传输、双向传输、无线传输等技术,解除地域或环境限制。

  ——存储技术

  大力发展压缩空气储能、电化学储能、超导磁储能等新兴储能技术以及钠硫电池、液流电池、锂离子电池、超级电容器、飞轮等储能设备和产品。

  ——平衡技术

  必须大力建设能源路由器等能源平衡技术,通过高效的传输装置、转换装置、路由装置等,实现能源高效低耗的最优传输和调配。

  ——安全技术

  必须积极研究网络安全接入以及网络安全防护等各种关键技术,增强能源互联网抗风险、抗攻击、抗故障的自防自纠自愈能力。

  能源互联网的实施步骤:

  ——夯实基础

  联接各种能源终端设备,不断扩充能源互联网节点,汇总各级各类节点信息,建设能源大数据,运用能源云计算,初步实现信息流。提高电网智能化水平,将各种能源大部分转化为能够直接利用的能量如电力、热能等,初步实现能量流。夯实能源物联网,提高直接使用的煤、油、气等物流使用效率,初步实现能源流。

  ——持续推进

  进一步与“人”联接,以人为中心,使用户、能源、设备之间实时交互交流,信息数据即时传输分析,保证科学供给、动态调配、合理消费,在此基础上逐步形成多层次、多功能的能源互联网。同时,在新制度保障下,不断强化互联网与能源之间的高效联动,实现产业化,进一步促进能源新技术、新形式、新业态形成。

  ——充实完善

  高度实现能源开发利用的清洁化和低碳化、分布式与自主性。在能源互联网体系下,能源完全以人为本,全过程智能可控,运行效率大幅提高。在能源开发、传输、转化和消费过程中逐步引入拟人脑智慧功能,逐渐过渡到智慧能源的高级阶段。

  “互联网+”时代,为推动能源革命提供了难得的历史机遇。能源互联网的初步建成将成为能源革命取得实质进展的重要标志,表明能源革命与信息技术及工业技术深度融合并走向成熟。同时,能源形式的改进更替与文明形态的演进转型紧密关联,能源革命的最终目标就是要顺应文明形态转型的要求,构建一种从自然到自动,从智能到智慧的全新能源形式。在能源互联网形成与发展过程中,人类的能源形式将逐步由大规模、集中式的化石能源向微型化、分散式、智能化的可再生能源过渡,人类社会的文明形态也将逐步由信息文明向生态文明转型。可以预见,随着能源互联网的不断发展和能源革命的不断推进,能源技术不断突破,能源制度不断完善,能源互联网不仅可以满足安全、清洁、经济和持续要求,而且也必将遵循人类文明演进的新趋势和新要求,逐渐“进化”出自组织、自检查、自优化、自适应等类似于大脑的强大智慧功能,开启智慧能源的全新时代。

  (作者介绍:刘建平,中国科学院城市环境研究所;杨健,河北大学经济学院;刘涛,清华大学能源互联网创新研究院;陈铮,电力规划设计总院)

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