工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)比及其融合發(fā)展探析

陳 磊，楊建新，黃思翰，范 鑫，李雅靜

（1.中國(guó)工程院戰(zhàn)略咨詢中心，北京 100088；2.中國(guó)兵器工業(yè)信息中心，北京 100089；3.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081；4.北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院，北京 100144；5.北京交通大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，北京 100091）

1 研究背景

進(jìn)入21 世紀(jì)之后，信息通信技術(shù)創(chuàng)新和迭代演進(jìn)速度不斷加快［1］，信息技術(shù)與能源、材料等技術(shù)呈現(xiàn)滲透、交叉、融合發(fā)展的趨勢(shì)，進(jìn)而催生出若干新興技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，引發(fā)新的技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)革命［2］?！肮I(yè)4.0”概念的正式提出，拉開了以人工智能為標(biāo)志的信息革命引領(lǐng)和推動(dòng)的第四次工業(yè)革命的序幕［3］。中國(guó)提出有關(guān)先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略，參與到新工業(yè)革命發(fā)展方向話語權(quán)的角逐中。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展及其與工業(yè)領(lǐng)域的深度融合，中國(guó)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中涌現(xiàn)出了一大批新的產(chǎn)業(yè)模式和新業(yè)態(tài)，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)［4］。隨著新工業(yè)革命的推進(jìn)，狀態(tài)感知、萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)挖掘、智能化、協(xié)同化等逐漸成為主題，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要性逐漸凸顯，世界各國(guó)都將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為本國(guó)提升傳統(tǒng)工業(yè)制造、塑造未來產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的共同選擇。

隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭、氣候環(huán)境的要求和新能源的快速發(fā)展，世界能源系統(tǒng)正在發(fā)生巨大變革，以多種能源之間的轉(zhuǎn)化和互聯(lián)為主要形式的能源互聯(lián)網(wǎng)正在成為能源發(fā)展的新方向，推動(dòng)能源新業(yè)態(tài)的產(chǎn)生與發(fā)展，傳統(tǒng)的能源體系已經(jīng)無法滿足新工業(yè)革命提出的新要求，能源體系的網(wǎng)絡(luò)化、智能化勢(shì)在必行。新能源技術(shù)將為新工業(yè)革命創(chuàng)造強(qiáng)大的新基礎(chǔ)設(shè)施，推動(dòng)生產(chǎn)方式產(chǎn)生變革，對(duì)新工業(yè)革命的進(jìn)程具有重要影響［5］。“能源互聯(lián)網(wǎng)”概念的提出符合時(shí)代發(fā)展需求，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究以及能源互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)界的深度融合也是新工業(yè)革命成功的必經(jīng)之路。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的影響力開始顯現(xiàn)，其中以新一代人工智能與先進(jìn)制造融合形成的新一代智能制造，正在從工業(yè)領(lǐng)域延伸到能源、交通、醫(yī)療等其他領(lǐng)域，促進(jìn)形成智能生態(tài)大系統(tǒng)——智能社會(huì)［6］。但是，到目前為止，對(duì)于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的研究還不夠深入，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念、體系框架和核心技術(shù)等方面并未形成共識(shí)。鑒于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)新工業(yè)革命的重要作用，有必要對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)比分析它們的異同點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，及其與新工業(yè)革命的結(jié)合點(diǎn)，從而更好地服務(wù)于新工業(yè)革命。

2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念

2.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念

“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念最早由通用電氣公司于2012 年提出［7］。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)擬通過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、數(shù)據(jù)、安全四大功能體系，將人工智能、大數(shù)據(jù)、5G 等新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合，把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地連接融合起來，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)-物全面互聯(lián)，形成一種全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和新技術(shù)應(yīng)用模式［8］，如圖1 所示。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本體系

2.2 能源互聯(lián)網(wǎng)概念

美國(guó)學(xué)者杰里米·里夫金［9］在其著作《第三次工業(yè)革命：新經(jīng)濟(jì)模式如何改變世界》中首次提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想，嘗試將新能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來，以解決化石能源衰竭的問題。馬釗等［10］和田世明等［11］的研究指出，能源互聯(lián)網(wǎng)是以智能電網(wǎng)為骨干，以互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息通信技術(shù)為紐帶，將智能電網(wǎng)與天然氣網(wǎng)、氫能源網(wǎng)等多種能源網(wǎng)絡(luò)融合在一起，實(shí)現(xiàn)橫向多源互補(bǔ)、縱向“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)的新一代能源體系，如圖2 所示。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)體系

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是新一代工業(yè)革命的重要抓手，制造大國(guó)都高度重視工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，想要抓住產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要契機(jī)，在工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展?；诖?，各國(guó)都在探索符合自身國(guó)情和工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展之路。

西方發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)良好，并且長(zhǎng)期引領(lǐng)著世界先進(jìn)制造技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展方向，因此，其在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)方面有著更為清晰的脈絡(luò)。從發(fā)展目標(biāo)來看，美國(guó)發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)旨在實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)全要素融合，構(gòu)建“智能機(jī)器-互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)-工業(yè)云平臺(tái)”的智能制造新形態(tài)［7］；德國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)是對(duì)制造業(yè)進(jìn)行智能化改造，通過信息技術(shù)將人、機(jī)器和信息融合起來，構(gòu)建集成工程、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈和企業(yè)管理的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造系統(tǒng)［12］；日本政府則發(fā)布了機(jī)器人新戰(zhàn)略——Japan's Robot Strategy，利用傳感器、人工智能等技術(shù)推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)向自主化、網(wǎng)絡(luò)化和終端數(shù)據(jù)化方向發(fā)展，并通過機(jī)器人技術(shù)提升制造業(yè)、服務(wù)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力［13］。從發(fā)展側(cè)重點(diǎn)來看，美國(guó)側(cè)重于通過信息數(shù)據(jù)的智能分析能力來提升制造業(yè)發(fā)展水平；德國(guó)將資源整合化能力當(dāng)作發(fā)展重點(diǎn)，提出工業(yè)4.0，旨在構(gòu)建信息物理系統(tǒng)來對(duì)制造業(yè)進(jìn)行智能化改造。在研究方面，Jeschke 等［14］深度討論了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化制造融合面臨的挑戰(zhàn)和要求，及其在工業(yè)4.0 中的應(yīng)用潛力；Bahga 等［15］提出了一個(gè)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)等節(jié)點(diǎn)無需信任中介就可以相互交互；Sisinni 等［16］對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)、機(jī)會(huì)和未來的發(fā)展方向進(jìn)行了總結(jié)分析。

國(guó)內(nèi)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起步較晚，但是中國(guó)不僅具有世界上完整的工業(yè)體系，而且新一代信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、范圍廣，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展壯大奠定了重要基礎(chǔ)。目前，以政府為主導(dǎo)、大型企業(yè)持續(xù)助力、中小企業(yè)應(yīng)用跟進(jìn)的方式，中國(guó)形成了一股強(qiáng)勁的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新勢(shì)力。在頂層設(shè)計(jì)方面，國(guó)家出臺(tái)了有關(guān)先進(jìn)制造發(fā)展戰(zhàn)略，以及《國(guó)務(wù)院關(guān)于深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020 年）》等一系列政策措施，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃和指導(dǎo)。在理論研究方面，李伯虎院士等［17-19］在2010 年提出了“云制造”的概念，即利用網(wǎng)絡(luò)化制造服務(wù)平臺(tái)，按用戶個(gè)性化需求重構(gòu)云上虛擬制造資源，為用戶提供定制化制造服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)化制造模式，之后進(jìn)一步提出了云制造2.0 和云制造3.0，強(qiáng)調(diào)基于泛在互聯(lián)網(wǎng)，借助新一代智能科學(xué)技術(shù)形成互聯(lián)化（協(xié)同化）、服務(wù)化、個(gè)性化（定制化）、柔性化、社會(huì)化、智能化的智能制造新模式和萬物互聯(lián)、智能引領(lǐng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、共享服務(wù)、跨界融合、萬眾創(chuàng)新的新業(yè)態(tài)，優(yōu)質(zhì)、高效地完成企業(yè)制造全生命周期的各種相關(guān)活動(dòng)，從而提高制造企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在產(chǎn)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域，2016 年中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)同盟發(fā)布《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（版本1.0）》，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)踐活動(dòng)提供參考架構(gòu)［20］，一批龍頭企業(yè)通過平臺(tái)開發(fā)推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地，如航天科工集團(tuán)的CASICloud、海爾集團(tuán)的COSMOPlat 等。基于此，大量中小企業(yè)加強(qiáng)了上下游企業(yè)間合作關(guān)系，在信息共享、供應(yīng)鏈金融和制造能力交易方面取得突破，推動(dòng)構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用生態(tài)。

3.2 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展相對(duì)成熟，如美國(guó)北卡羅來納州立大學(xué)開展了未來可再生能源傳輸和管理系統(tǒng)（FREEDM）的研究，該項(xiàng)目在傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)中引入信息互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)和分布式開放理念［21］，重點(diǎn)研究高滲透分布式可再生能源發(fā)電和分布式儲(chǔ)能并網(wǎng)的高效配電系統(tǒng)，并稱之為“新型能源互聯(lián)網(wǎng)”［22］。除了理念和技術(shù)革新，國(guó)外在能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中還形成了一批示范工程，如，2008年德國(guó)啟動(dòng)了E-Energy 促進(jìn)計(jì)劃，以信息與通信技術(shù)（information and communications technology，ICT）為基礎(chǔ)建立能源互聯(lián)網(wǎng)，推動(dòng)傳統(tǒng)能源體系轉(zhuǎn)型升級(jí)，使全德國(guó)的能源利用更加環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全，奠定了德國(guó)構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)［23］；美國(guó)的能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，借助能源互聯(lián)網(wǎng)，能源需求端可以對(duì)能源進(jìn)行互聯(lián)和轉(zhuǎn)換，能源提供方可以根據(jù)市場(chǎng)需求制定最合理的銷售方案；歐盟在2011 年提出了“智能能源的未來網(wǎng)絡(luò)”的能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，通過構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將能源與信息融合發(fā)展，給出具有創(chuàng)造性的能源解決方案，從而優(yōu)化能源的傳輸效率［22］。

中國(guó)的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入新時(shí)期，國(guó)內(nèi)企業(yè)、院校和科研機(jī)構(gòu)圍繞能源互聯(lián)網(wǎng)開展有關(guān)研究，探索新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展模式，逐漸找到一條具有中國(guó)特色的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展之路。在頂層設(shè)計(jì)上，從2015 年開始，中國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃 (2016—2030 年)》《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項(xiàng)目的通知》等規(guī)劃和指導(dǎo)意見，旨在推進(jìn)能源與信息等領(lǐng)域新技術(shù)深度融合，統(tǒng)籌能源與通信、交通等基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，建設(shè)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)調(diào)發(fā)展、集成互補(bǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng)［24］。在理論研究方面，王君安等［25］對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式創(chuàng)新進(jìn)行了研究，旨在改變傳統(tǒng)商業(yè)模式在新形勢(shì)下難以為繼的局面；國(guó)家電網(wǎng)則提出了建設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想，以統(tǒng)籌全球能源資源開發(fā)、配置和利用，創(chuàng)造安全、清潔、高效和可持續(xù)的能源供應(yīng)新體系［26］；劉奇等［27］通過簡(jiǎn)歷非均衡蛛網(wǎng)模型對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域協(xié)調(diào)優(yōu)化策略進(jìn)行了研究；黃豫等［28］針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的多能需求響應(yīng)問題進(jìn)行了研究，指出信息物理系統(tǒng)與接口標(biāo)準(zhǔn)化是需求響應(yīng)技術(shù)的關(guān)鍵。在應(yīng)用層面，中國(guó)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域確定了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的總體目標(biāo)，并提出互通電網(wǎng)的基本發(fā)展模式［29］；在可再生能源方面，國(guó)家啟動(dòng)多項(xiàng)“863 計(jì)劃”項(xiàng)目來支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展［30］。

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)比分析

4.1 體系架構(gòu)對(duì)比

（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過融入大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)形成超級(jí)互聯(lián)網(wǎng)，然后把工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)連接起來，通過傳感器收集智能物體數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，工作人員可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，保障生產(chǎn)安全、提高生產(chǎn)效率。

沈蘇彬等［31］基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，通過需求模型、用例模型、功能模型和實(shí)現(xiàn)模型等4 個(gè)模型對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)，基于此提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)多個(gè)視角建模方法，包括商業(yè)視角、用法視角、功能視角和實(shí)現(xiàn)視角，其中商業(yè)視角主要用于需求分析，用法視角主要用于描述典型使用過程，功能視角主要用于功能分類和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)視角則主要用于功能實(shí)現(xiàn)和部署。周宏仁［32］認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)主要包括3 個(gè)層次：外緣層、平臺(tái)層和企業(yè)層，智能物體上的數(shù)據(jù)通過外緣層進(jìn)入平臺(tái)層，經(jīng)過分析和轉(zhuǎn)換后,形成決策所需數(shù)據(jù)并傳入企業(yè)層，企業(yè)層根據(jù)數(shù)據(jù)綜合判斷企業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并將具體發(fā)展指標(biāo)信息傳入平臺(tái)層，平臺(tái)再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行部門分類后傳入外緣層，從而形成互通互聯(lián)閉環(huán)。夏志杰［33］從功能角度出發(fā)，提出了由感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)連接層、平臺(tái)匯聚層、數(shù)據(jù)分析層4 個(gè)部分組成的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，其中，感知識(shí)別層負(fù)責(zé)從智能物體上采集工業(yè)數(shù)據(jù)，是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)連接層用于傳輸感知識(shí)別層采集獲得的工業(yè)數(shù)據(jù)；平臺(tái)匯聚層除了用來存儲(chǔ)相關(guān)工業(yè)數(shù)據(jù)，還可以提供數(shù)據(jù)計(jì)算所需的計(jì)算機(jī)服務(wù)器；數(shù)據(jù)分析層則依托平臺(tái)匯聚層提供的強(qiáng)大數(shù)據(jù)計(jì)算能力對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

雖然目前還沒有形成對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的共識(shí)，現(xiàn)有研究成果對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的認(rèn)識(shí)也各有側(cè)重，但是總體來看，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的核心索引是工業(yè)大數(shù)據(jù)。從圖3 可以看出，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)圍繞工業(yè)大數(shù)據(jù)，利用新一代信息技術(shù)對(duì)工廠、設(shè)備等工業(yè)要素進(jìn)行感知，通過工業(yè)以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，并在云平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和服務(wù)化、定制化應(yīng)用開發(fā)，為不同的企業(yè)或者業(yè)務(wù)過程提供服務(wù)，提高生產(chǎn)效率。

圖3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

（2）能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)是建立在“物理結(jié)構(gòu)+信息結(jié)構(gòu)”的基本框架之上，其中物理結(jié)構(gòu)是指?jìng)鹘y(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)連接在一起，可以信息共享；信息結(jié)構(gòu)是把新一代互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)融合起來，建立具有開放、互聯(lián)、對(duì)等和共享特點(diǎn)的新型能源互聯(lián)網(wǎng)。

于慎航等［34］把能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)劃分為智能能量管理系統(tǒng)、分布式可再生能源、儲(chǔ)能裝置和變流裝置等，重點(diǎn)關(guān)注了能源互聯(lián)網(wǎng)中的分布式特點(diǎn)，其中，智能能量管理系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)對(duì)能源信息的集中管理和獨(dú)立控制；分布式可再生能源裝置主要是指發(fā)電技術(shù)；儲(chǔ)能裝置用來維持能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，持續(xù)向用戶提供電能，并提高經(jīng)濟(jì)效益；變流裝置可以對(duì)分布式可再生能源裝置產(chǎn)生的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換與控制。鄧建玲等［35］把能源互聯(lián)網(wǎng)劃分為6個(gè)層次：對(duì)象層、數(shù)據(jù)采集與信息形成層、存儲(chǔ)層、特征提取及知識(shí)合成層、解析層和平行控制層。曾鳴等［36］根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)對(duì)電力系統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”內(nèi)涵進(jìn)行了擴(kuò)展：源指電力、石油、太陽能等多種能源資源，網(wǎng)指多種能源資源網(wǎng)絡(luò)，荷指多種能源資源需求，儲(chǔ)指多種能源資源存儲(chǔ)，并基于此提出了橫向多源互補(bǔ)、縱向“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)的能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)。張國(guó)榮等［37］提出了包括終端設(shè)備層、區(qū)域聯(lián)控層、全網(wǎng)協(xié)調(diào)層和商業(yè)服務(wù)層在內(nèi)的能源互聯(lián)網(wǎng)層次架構(gòu)，其中，終端設(shè)備層包含各類供能、用能和儲(chǔ)能的分布式設(shè)備；區(qū)域聯(lián)控層通過互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施將能源網(wǎng)絡(luò)中的分布式設(shè)備連接起來，從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域獨(dú)立可控；全網(wǎng)協(xié)調(diào)層用于協(xié)調(diào)能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也可以模擬完成智能調(diào)度、能源資源質(zhì)量控制等功能；商業(yè)服務(wù)層是能源服務(wù)層，是能源交易平臺(tái)，以市場(chǎng)化方法推動(dòng)能源的合理配置，提高能源利用率。

與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)類似，關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)還沒有定論，但是學(xué)者們已存在一些共識(shí)，其中最典型的就是圍繞傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”進(jìn)行全方位擴(kuò)展，基于能源大數(shù)據(jù)，利用人工智能、輸送管網(wǎng)、信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段對(duì)能源供需進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)能源的智能化管理和交易，提高能源的利用效率。如圖4 所示。

圖4 能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

4.2 核心技術(shù)對(duì)比

（1）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。隨著第四次工業(yè)革命的推進(jìn)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)快速發(fā)展并不斷完善，在這個(gè)過程中，離不開相關(guān)核心技術(shù)的支撐，包括工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)信息安全等，如表1 所示。

表1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)

（2）能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)。能源互聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)能源體系基礎(chǔ)上引入智能輸電技術(shù)、智能信息通信技術(shù)、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、智能能量管理和控制技術(shù)、智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式清潔能源的高效傳輸、存儲(chǔ)和利用。如表2 所示。

表2 能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)

5 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)分析

5.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)多層次、多元化發(fā)展

在政府、企業(yè)、科研院所等各方的共同努力下，全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平穩(wěn)步提升，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景呈現(xiàn)出多層次、多元化等特點(diǎn)，從大型企業(yè)向中小企業(yè)滲透的趨勢(shì)明顯；同時(shí)在政策的進(jìn)一步引導(dǎo)下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將會(huì)更加完善、行業(yè)聯(lián)動(dòng)愈加充分、企業(yè)間的協(xié)同也會(huì)更加深入。在未來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的部署、應(yīng)用和推廣方面會(huì)得到強(qiáng)化，從而在各行業(yè)、各領(lǐng)域、各層級(jí)企業(yè)形成一批有代表性的應(yīng)用示范，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨企業(yè)的深度融合，逐漸形成內(nèi)容豐富、個(gè)性鮮明的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用生態(tài)，在新工業(yè)革命中發(fā)揮更重要的支撐作用；另外，在這個(gè)過程中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵核心技術(shù)也會(huì)得到長(zhǎng)足的發(fā)展，包括傳感器、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生、信息物理系統(tǒng)（cyber-physical systems，CPS）等基礎(chǔ)支撐技術(shù)和圍繞“云、邊、端”各層級(jí)的智能裝備、工業(yè)軟件、網(wǎng)絡(luò)安全等卡脖子技術(shù)進(jìn)一步夯實(shí)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，構(gòu)筑技術(shù)生態(tài)體系。

5.2 新技術(shù)驅(qū)動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展

能源互聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展是未來的主題。圍繞“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”一體化集成能源系統(tǒng)，借助新一代ICT技術(shù)，統(tǒng)籌能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、分配等，實(shí)現(xiàn)各能源子系統(tǒng)之間的高效協(xié)同、優(yōu)化利用。在能源結(jié)構(gòu)方面,能源將向著清潔、環(huán)保、高效、節(jié)能方向發(fā)展,逐漸演變出新的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，最終促成集中式能源供應(yīng)和分布式能源供應(yīng)協(xié)調(diào)、高效、并行發(fā)展。在技術(shù)攻關(guān)方面，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高效整合能源生產(chǎn)、傳輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)成為了可能，并依靠不同的算法實(shí)現(xiàn)能源的綜合管控。另外，能源類型逐漸向綠色低碳方向發(fā)展，需要在關(guān)鍵技術(shù)支撐和新型商業(yè)模式上進(jìn)行突破，借助能源互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)低碳、節(jié)能和高效的能源生產(chǎn)、利用方式。

5.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)深度融合發(fā)展

從從屬關(guān)系的角度看，能源互聯(lián)網(wǎng)也是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的一種。從功能屬性的角度看，能源互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心驅(qū)動(dòng)力。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)推動(dòng)智能制造向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展過程中，突破發(fā)展制約的關(guān)鍵因素之一便是突破能源限制，隨著新工業(yè)革命的推進(jìn)，能源互聯(lián)網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)作用愈加明顯，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)深度融合、尋求整體能效最優(yōu)是未來不可避免的趨勢(shì)。在智能傳感器、信息物理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的加持下，依托開放式的互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的參與主體更加多樣、參與方式也更為靈活，基于此，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠深入融合到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的大框架中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也能從更高的層面對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行整合，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效益和效率，全面深化新工業(yè)革命。

6 結(jié)論

在新一輪工業(yè)革命中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供重要支撐，也正在重塑著整個(gè)工業(yè)體系，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的高質(zhì)量、高效率、高效益發(fā)展。發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)旨在推動(dòng)中國(guó)傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)能源的優(yōu)化配置和協(xié)調(diào)互補(bǔ)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展高度依賴于新一代信息技術(shù)，特別是通信、控制和數(shù)據(jù)分析等技術(shù)；此外，工業(yè)軟件是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力，而能源互聯(lián)網(wǎng)則需要重點(diǎn)關(guān)注先進(jìn)儲(chǔ)能、智能輸電等技術(shù)的突破。本研究對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念、體系架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了全面對(duì)比分析，指出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展是未來的重要趨勢(shì)。

由于篇幅所限，本研究未能對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用情況和生態(tài)構(gòu)建現(xiàn)狀進(jìn)行研究，考慮其對(duì)新工業(yè)革命成果落地的重要性，將在未來的研究工作中進(jìn)行深入分析與討論。