EI到EI2的進(jìn)階：信息技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐中的應(yīng)用

■ 文 /孟 坤 郝悍勇

2016年以來，AlphaGo系列人工智能技術(shù)的突破性成就帶給了人們對(duì)未來智能社會(huì)的美好憧憬。在此背景下，利用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)升級(jí)改造已成為近年來眾多行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)，能源互聯(lián)網(wǎng)（Energy Internet，EI）就是其中的典型代表。

EI到EI2

能源互聯(lián)網(wǎng)旨在構(gòu)建一種能源基礎(chǔ)設(shè)施，滿足多樣化、定制化的能源供給-消費(fèi)需求，適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)模式的發(fā)展需求，為構(gòu)建低碳、經(jīng)濟(jì)的社會(huì)提供能源保障。美國(guó)經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)基金會(huì)會(huì)長(zhǎng)、《第三次工業(yè)革命》作者杰里米?里夫金（Jeremy Rifkin）描述，“能源互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)以億計(jì)的人們?cè)诩摇⑥k公室、工廠里所生產(chǎn)綠色能源的分享載體，是形成零邊際成本社會(huì)的能源基礎(chǔ)設(shè)施?！比欢?，由于能源互聯(lián)網(wǎng)必然受到能源技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)展水平的制約，當(dāng)前能源基礎(chǔ)設(shè)施還處在能源互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用與傳統(tǒng)能源體系并存的階段。傳統(tǒng)能源生態(tài)在相關(guān)技術(shù)的支撐下逐步升級(jí)改造，越來越多的綠色能源被傳統(tǒng)能源體系所消納，

傳統(tǒng)能源體系到能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展路徑更多的信息技術(shù)手段增加了其運(yùn)營(yíng)靈活性；以綠色能源兼容和智慧化能源消費(fèi)為特點(diǎn)的能源互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用越來越多地得到了認(rèn)可，其示范范圍逐步擴(kuò)展?？梢灶A(yù)見，在相關(guān)技術(shù)的持續(xù)作用下，能源互聯(lián)網(wǎng)必然會(huì)融合傳統(tǒng)能源體系，逐步達(dá)到未來能源基礎(chǔ)設(shè)施的歷史使命要求，形成更具智慧的能源互聯(lián)網(wǎng)（Energy Intelligent Internet，EI2）。

信息技術(shù)支撐能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

作為未來能源基礎(chǔ)設(shè)施，能源互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)能源體系一樣應(yīng)能夠支撐能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)全過程，相關(guān)信息技術(shù)不僅需要支撐各階段業(yè)務(wù)開展，還應(yīng)具備使能源基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)化、智能化的能力。

●電子通信技術(shù)

通信技術(shù)在進(jìn)入數(shù)字時(shí)代之后，通信載體、通信帶寬和通信內(nèi)容等各方面經(jīng)歷了跨越式發(fā)展，是支撐產(chǎn)業(yè)信息化改造的支撐技術(shù)。在能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐中，一般綜合采用多種通信技術(shù)保證業(yè)務(wù)信息高效、安全，涉及的通信技術(shù)包括光網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、窄帶通信技術(shù)、電力線載波通信技術(shù)等。

光網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)能源專網(wǎng)（如國(guó)家電網(wǎng)信息通信網(wǎng)絡(luò)）信息通信的主要手段，承載生產(chǎn)調(diào)度、安全保障、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)形態(tài)，要求通信帶寬應(yīng)在萬兆字節(jié)（GB）以上，并要求采用異構(gòu)冗余部署保證其可靠性與安全性。蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是主要的無線通信手段之一，能夠在未架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)環(huán)境下滿足通信需求，但由于多租用獨(dú)立通信公司的資源存在數(shù)據(jù)安全隱患，需采用較為嚴(yán)格的數(shù)據(jù)安全保障機(jī)制，如加密技術(shù)、認(rèn)證技術(shù)等。窄帶通信技術(shù)是近年為適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)需要而研發(fā)的技術(shù)，是通信公司使用授權(quán)頻譜的帶間資源所提供的用于傳輸較小數(shù)據(jù)量的通信技術(shù)，具有低功耗、廉價(jià)的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)可以用于監(jiān)控傳感設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如能源設(shè)備狀態(tài)信息等。電力線載波通信技術(shù)是電力能源網(wǎng)絡(luò)所獨(dú)有的通信技術(shù)，利用電力線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，在對(duì)電力計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集中被廣泛應(yīng)用。此外，衛(wèi)星通信技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及激光通信技術(shù)也應(yīng)密切關(guān)注。

●電力電子技術(shù)

電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)電力能源使用和控制的關(guān)鍵技術(shù)，在電力能源網(wǎng)絡(luò)中被廣泛應(yīng)用，涉及電力變壓器、逆變器、斷路器、繼電器等幾乎所有電力設(shè)備。由于當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范是以電力能源為主要形式，電力電子技術(shù)成為構(gòu)建核心器件的支撐技術(shù)。針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，能源路由器（或能源交換設(shè)備）是當(dāng)前研究的重點(diǎn)，也是能源互聯(lián)網(wǎng)快速擴(kuò)張的關(guān)鍵，但仍未見廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。從功能設(shè)計(jì)看，能源路由器功能在于實(shí)現(xiàn)能源流的有向控制，與互聯(lián)網(wǎng)中的路由器功能類似，應(yīng)能夠根據(jù)指令（或自主判斷）控制能源流的流向與流量。從功能模塊看，能源路由器應(yīng)包括能源調(diào)節(jié)與控制模塊、通信模塊、儲(chǔ)能模塊等。

●（移動(dòng)）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為當(dāng)前主要信息基礎(chǔ)設(shè)施，承載著越來越多的應(yīng)用，尤其是隨著近年來智能手機(jī)的普及，各行各業(yè)都依托互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)服務(wù)其生產(chǎn)、推廣的應(yīng)用。在能源產(chǎn)業(yè)中，在線查看能源消費(fèi)、實(shí)現(xiàn)能源繳費(fèi)、遠(yuǎn)程控制能源設(shè)備等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用如雨后春筍般涌現(xiàn)。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用的逐步推廣，基于互聯(lián)網(wǎng)的能源交易平臺(tái)也正走入我們的視野，如用戶可以查看能源網(wǎng)絡(luò)中的可再生能源比例與數(shù)量、在線競(jìng)拍能源產(chǎn)品等。相信在不久的將來，互聯(lián)網(wǎng)將成為數(shù)以億計(jì)用戶參與能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的主要入口，并且隨著信息技術(shù)的發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)必將與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，最終形成支撐人類社會(huì)發(fā)展的一體化基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)。

●云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息資源的極大融合，可以為各類業(yè)務(wù)開展按需提供資源組合，為業(yè)務(wù)智能化提供信息資源保證。能源互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)涉及各類數(shù)據(jù)存取、策略計(jì)算、業(yè)務(wù)規(guī)劃等，對(duì)具有可擴(kuò)展性的信息資源有巨大需求，而且對(duì)資源類別、部署、配置等存在各種定制化的要求。因此，云計(jì)算在能源互聯(lián)網(wǎng)和傳統(tǒng)能源體系中都有著廣泛應(yīng)用。通過搭建或租賃云計(jì)算平臺(tái)，可為多個(gè)運(yùn)營(yíng)部門快速搭建其業(yè)務(wù)系統(tǒng)，降低對(duì)硬件資源的購(gòu)置和維護(hù)成本。更重要的是，針對(duì)日益增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，基于云計(jì)算資源構(gòu)建的具有行業(yè)特色的數(shù)據(jù)資源、定制開發(fā)平臺(tái)資源和分析軟件資源，為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定了信息資源平臺(tái)基礎(chǔ)。

●物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)旨在實(shí)現(xiàn)物理場(chǎng)景的信息連接，是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景智能化控制與協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)。物理場(chǎng)景（設(shè)備）的差異性是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)和發(fā)揮作用的難點(diǎn)，導(dǎo)致缺乏具有普適性的解決方案，如能源生產(chǎn)環(huán)境直接制約著傳感設(shè)備的選擇，物理?xiàng)l件直接影響通信技術(shù)的備選范圍。傳感器技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)極大地推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，智能電網(wǎng)中的相關(guān)研究成果已較好地移植到了能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。通信技術(shù)的進(jìn)步同樣促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，抗干擾、容延遲、強(qiáng)糾錯(cuò)通信技術(shù)的成果已逐步被用到了惡劣條件能源生產(chǎn)、傳輸階段的信息采集和智能控制，為系統(tǒng)的智能化程度提升提供了強(qiáng)有力的保障。

●大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是向數(shù)據(jù)求智慧的一系列技術(shù)的集合，包含應(yīng)對(duì)各類型數(shù)據(jù)采集、處理、分析的計(jì)算機(jī)平臺(tái)技術(shù)，也包括挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值的各種數(shù)據(jù)模型、算法以及工具。能源互聯(lián)網(wǎng)旨在為最廣泛的用戶提供能源共享平臺(tái)，需要對(duì)用戶需求、運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)等知識(shí)精準(zhǔn)把握，大數(shù)據(jù)技術(shù)在該領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用實(shí)踐與應(yīng)用前景，是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智慧化的核心技術(shù)。針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)分布廣等特點(diǎn)，較多成果設(shè)計(jì)了具有針對(duì)性的大數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；針對(duì)業(yè)務(wù)智能需求，以精準(zhǔn)能源需求預(yù)測(cè)為例，已有相當(dāng)多的研究成果根據(jù)用戶歷史用能數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)、社會(huì)事件數(shù)據(jù)、能源質(zhì)量數(shù)據(jù)等給出了預(yù)測(cè)模型。

●區(qū)塊鏈技術(shù)

區(qū)塊鏈技術(shù)是比特幣的底層支撐技術(shù)，是采用最簡(jiǎn)潔數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式（鏈表模式）、最直觀數(shù)據(jù)一致性保障機(jī)制（投票機(jī)制）構(gòu)造的去中心、分布式、安全（采用加密和Hash值技術(shù)）的數(shù)據(jù)存取架構(gòu)，提供了一種高效的信用保障體系，在金融、數(shù)字貨幣、版權(quán)保護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，被認(rèn)為是重塑當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的革命性技術(shù)。能源互聯(lián)網(wǎng)作為典型的分布式共享平臺(tái)，接入、交易以及利益分配等各項(xiàng)事務(wù)的開展都需要強(qiáng)有力的信用保障。因此，區(qū)塊鏈技術(shù)很自然地被引入能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，一方面為用戶構(gòu)建P2P的能源交易平臺(tái)，另一方面用來構(gòu)建利益結(jié)算工具。然而，由于已有區(qū)塊鏈技術(shù)主要被用來保障高可信度，其性能相對(duì)較低（如比特幣約10分鐘確認(rèn)一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)塊），難以支撐能源互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下高并發(fā)、近實(shí)時(shí)交易業(yè)務(wù)的開展。因此，有關(guān)新型區(qū)塊鏈架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是該方面關(guān)注的熱點(diǎn)。

●其他信息技術(shù)

作為一個(gè)復(fù)雜的信息融合巨系統(tǒng)，能源互聯(lián)網(wǎng)的高效運(yùn)行還依賴更多信息技術(shù)的支撐，如信息安全技術(shù)、智能控制技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)等。雖然這些技術(shù)在當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐應(yīng)用中以借鑒或使用已有成熟技術(shù)為主，但隨著相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和改進(jìn)，也需要我們持續(xù)關(guān)注，其中，尤其需要關(guān)注能從根本上保證安全的量子保密通信技術(shù)、有助于形成共享生態(tài)的激勵(lì)合作機(jī)制設(shè)計(jì)技術(shù)等。