能源互聯(lián)網(wǎng)亟待“互聯(lián)”標準

□ 文/王旭 滕揚新 李明軒 舒斐 李陽

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能源互聯(lián)網(wǎng)亟待“互聯(lián)”標準

□ 文/王旭 滕揚新 李明軒 舒斐 李陽

能源互聯(lián)網(wǎng)研究為中國電力發(fā)展帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。我國電力行業(yè)在積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、調(diào)整電源結(jié)構(gòu)，堅持走清潔、綠色、低碳發(fā)展之路。結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需求和新技術(shù)的發(fā)展，本文從闡述電力系統(tǒng)“互聯(lián)”的必然性和必要性入手，針對我國電力系統(tǒng)擴展性較差、標準不統(tǒng)一的問題進行深入研究，提出了物理互聯(lián)、信息互聯(lián)的雙重標準，以期推動我國能源互聯(lián)網(wǎng)標準化工作的進行。

能源互聯(lián)網(wǎng)支撐能源革命

2016年3月30-31日，以“全球能源互聯(lián)網(wǎng)—以清潔和綠色方式滿足全球電力需求”為主題的2016全球能源互聯(lián)網(wǎng)大會在北京隆重舉行，旨在探討構(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，開創(chuàng)世界能源清潔綠色發(fā)展新局面。同時，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織宣告成立，這是中國在能源領(lǐng)域發(fā)起成立的首個國際組織，也標志著全球能源互聯(lián)網(wǎng)進入了一個新的時代。作為成員單位之一的華為認為：“在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，以新ICT技術(shù)和能源電力技術(shù)融合發(fā)展的能源互聯(lián)網(wǎng)，將是未來發(fā)展的必然趨勢。”

民生證券研究報告預(yù)計，2020年中國在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域投資與消費總規(guī)模將達到近10萬億元。The Martec Group研究機構(gòu)的中國能源互聯(lián)網(wǎng)路線圖顯示，我國015年至2020年能源建設(shè)目標主要集中于通過能源路由器，實現(xiàn)集中大電網(wǎng)與分布式微電網(wǎng)對接的能源互聯(lián)，至2030年真正實現(xiàn)信息與能源互聯(lián)一體化的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。由此可見，能源互聯(lián)網(wǎng)的前景極為可觀。我國作為世界上最大的能源生產(chǎn)國和消費國，面臨著能源需求壓力巨大、能源供給制約較多、能源生產(chǎn)和消費對生態(tài)環(huán)境損害嚴重、能源技術(shù)水平總體落后等挑戰(zhàn)，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)刻不容緩。

互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建新型能源模式

能源互聯(lián)網(wǎng)目前還沒有被廣泛認可的定義，不同組織提出了不同的概念和名稱，各有側(cè)重。當前較為認可的一個概念是由美國著名學者杰里米·里夫金在其著作《第三次工業(yè)革命》一書中提出的“能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)當包含的五大主要內(nèi)涵：1） 支持由化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)變；2） 支持大規(guī)模分布式電源的接入；3） 支持大規(guī)模氫儲能及其他儲能設(shè)備的接入；4） 利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造電力系統(tǒng)；5） 支持向電氣化交通的轉(zhuǎn)型。其中，能源互聯(lián)網(wǎng)最重要的核心內(nèi)涵是實現(xiàn)可再生能源，尤其是分布式可再生能源的大規(guī)模利用和共享?！?/p>

能源互聯(lián)網(wǎng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)和智能終端技術(shù)，將數(shù)以萬計的能源生產(chǎn)單位和用能終端彼此互聯(lián)，將電網(wǎng)轉(zhuǎn)化成巨大的能源共享網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)能源在全網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的分享交換和共享；同時互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的融合有助于構(gòu)建服務(wù)于城市能源管理及承載社會公共服務(wù)的能源與信息的雙向互動平臺，促進能源高效利用的同時支撐智慧城市的快速發(fā)展，進一步促進能源的社會價值共享。

能源互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是把互聯(lián)網(wǎng)作為工具疊加在電力或者其它的能源行業(yè)之上，而是將推動電網(wǎng)發(fā)展模式與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，從用戶理念、電網(wǎng)運營模式、價值共享等方面帶來電網(wǎng)思維模式的重構(gòu)。未來電網(wǎng)將與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，從用戶需求出發(fā)，增強互動體驗和能源社交，提供精準的電力供應(yīng)服務(wù)，轉(zhuǎn)變當前電力被動的服務(wù)模式，通過數(shù)據(jù)分析與挖掘提供主動服務(wù)，創(chuàng)造電網(wǎng)新業(yè)態(tài)，構(gòu)建新型的能源信息融合，重塑電網(wǎng)與用戶的關(guān)系，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的聚合成長。

圖　傳統(tǒng)電力行業(yè)與能源互聯(lián)網(wǎng)對比

“互聯(lián)”標準有待建立

國家電網(wǎng)公司原董事長劉振亞認為，能源互聯(lián)網(wǎng)是“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”，是永續(xù)供應(yīng)、綠色低碳、經(jīng)濟高效、開放共享的能源系統(tǒng)，能夠以清潔和綠色方式滿足全球電力需求，是實現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路，具有巨大的經(jīng)濟、社會、環(huán)境綜合效益。我國著名經(jīng)濟學家、北京大學光華管理學院名譽院長厲以寧教授認為，建設(shè)中國能源互聯(lián)網(wǎng)將成為推動供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，培育壯大新動能，加快發(fā)展新經(jīng)濟的重要抓手，既利當前又利長遠。

能源互聯(lián)網(wǎng)最重要的核心內(nèi)涵是實現(xiàn)可再生能源，尤其是分布式可再生能源的大規(guī)模利用和共享。為了平抑可再生能源的間歇性，儲能與可控負荷等將是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。 因此，上述分布式設(shè)備的接入是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要研究內(nèi)容之一。研究時，假定由于分布式電源容量較小，其運行行為對主網(wǎng)的影響可以忽略的情況下，將主網(wǎng)看成一個無窮大電源，從智能配電系統(tǒng)或者微型電網(wǎng)的角度出發(fā)，重點關(guān)注實現(xiàn)配電系統(tǒng)或微網(wǎng)內(nèi)的功率的平衡與局部優(yōu)化。當分布式電源的滲透率較低時，這樣的假定是合理的。

但是，隨著電力系統(tǒng)內(nèi)分布式電源不斷增多，其對大系統(tǒng)的影響將越來越顯著。 此時，不論從經(jīng)濟性還是安全性的角度看，僅僅對分布式進行局部協(xié)調(diào)都是不夠的。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)研究的重點之一是擴大電力系統(tǒng)的互聯(lián)范圍。這里，互聯(lián)并不僅指電力一次系統(tǒng)之間通過輸配電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的物理互聯(lián)，而且更應(yīng)著眼于廣域內(nèi)海量分布式設(shè)備之間的信息交互與協(xié)調(diào)。

多層推動“互聯(lián)”標準建立

能源互聯(lián)網(wǎng)的時代已經(jīng)來臨，通過能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，電力行業(yè)將實現(xiàn)整體飛躍和提升。目前西方發(fā)達國家的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定與成熟，因而更多地關(guān)注智能配電網(wǎng)；而中國輸電網(wǎng)還有待加強，需要以特高壓為基礎(chǔ)發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，通過物理信息“互聯(lián)”標準的建立擴大電力系統(tǒng)互聯(lián)范圍，形成有中國特色的能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系。本文從國家政策層面、技術(shù)層面、標準體系建設(shè)層面給出具體建議。

國家政策層面。我國政府頒布的互聯(lián)網(wǎng)+具體行動意見對我國能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提出了明確性的指導，結(jié)合當前電力體制改革工作的相關(guān)內(nèi)容，融合能源互聯(lián)網(wǎng)中物理拓撲和信息模型，推進能源互聯(lián)網(wǎng)背景下我國電力行業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)層面。能源互聯(lián)網(wǎng)的即插即用接口包括物理與信息兩個方面。物理接口應(yīng)當支持各種符合相應(yīng)電氣標準的分布式設(shè)備的接入，尤其是能夠支持分布式電源與儲能設(shè)備通過高頻電力電子接口接入配電系統(tǒng)；信息接口應(yīng)當可以支持各種分布式設(shè)備的識別與通信，可以選擇IPv6作為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。由于IPv6 可以支持對多達.4×10 38個設(shè)備的尋址，因此可以為能源互聯(lián)網(wǎng)提供足夠大的地址空間。而采用 TCP/IP 協(xié)議組也有利于與智能家居等第三方系統(tǒng)的互聯(lián)。目前，在不同的智能配用電示范工程中，已經(jīng)逐步應(yīng)用了多種不同協(xié)議實現(xiàn)終端通信（如Ethernet，PRS， LTE， WiFi， Zigbee 等等）。此外，下一代的5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也正在被積極開發(fā)之中。5G可望作為提供全方位高性能多設(shè)備通訊服務(wù)的新技術(shù)。在未來的能源互聯(lián)網(wǎng)中，各類分布式設(shè)備既可能通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)，也可能通過互聯(lián)網(wǎng)等開放網(wǎng)絡(luò)接入到電力系統(tǒng)中。因此，通過進一步擴大各區(qū)域間的信息互聯(lián)，可以更好地利用廣域內(nèi)分布式電源的時空互補性，并充分發(fā)揮儲能和可控負荷等設(shè)備的調(diào)峰潛力，進一步提高我國電力系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性與安全性。

標準體系建設(shè)層面。我國各種能源之間都存在獨立的運行體系，應(yīng)從用能終端開始，打破單一種類能源之間的信息傳輸和能量交換壁壘，形成開放式的終端用能系統(tǒng)，并進一步向區(qū)域能源系統(tǒng)過渡；能源互聯(lián)網(wǎng)不僅涉及到多種能源之間的轉(zhuǎn)化、傳輸、分配和消耗，也與能源互聯(lián)網(wǎng)中的信息模型的接口直接相關(guān)，涉及多個標準體系的建立；與此同時，我國能源網(wǎng)絡(luò)中信息通信系統(tǒng)的建設(shè)較為緩慢，標準多樣化，需要在互聯(lián)網(wǎng)+背景下，率先突破單一能源內(nèi)部接口的標準化和統(tǒng)一化，進而擴展到多種能源。

結(jié)語

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐漸成為世界各國電力行業(yè)的共識，探索和建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)的過程，就是現(xiàn)代電網(wǎng)、信息、控制和管理等技術(shù)深度交叉與融合的過程，也是電網(wǎng)發(fā)展理念、電力企業(yè)發(fā)展思路與電力用戶角色的全面變革過程。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展在全世界還處于探索起步階段，其內(nèi)涵與外延也將不斷豐富和充實。

責任編輯：衛(wèi)麗紅

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