清華信息技巧研討院曹軍威：能源互聯網技術挑釁與機會

2014-08-19 11:17 來源：http://www.vipreactor.cn/ 閱讀：次

　　美國有名經濟學家杰里米•里夫金的第三次工業革命和能源互聯網的提法最近在社會上引起廣泛關注。杰里米•里夫金認為：“在行將到來的時代，我們將需要創立一個能源互聯網，讓億萬人可以在自己的家中、辦公室里和工廠里生產綠色可再生能源。過剩的能源則可以與別人分享，就像我們現在在網絡上分享信息一樣。”他還提出，“互聯網技術和可再生能源將結合起來所形成的能源互聯網，將是實現能源分布式供應的一種有效模式。”中國正處于工業化、信息化和城鎮化的關鍵階段，能源將是未來發展的主要制約因素，能源的可持續發展是需要急切解決的問題。但能源互聯網真的可能徹底解決能源可持續發展的問題嗎？從技術發展的角度能源互聯網的實現離我們還有多遠？帶著這些問題，筆者訪問了清華大學信息技術研究院研究員曹軍威博士，他的科研團隊近年來在能源電力和信息技術的交叉領域進行了深入研究。我們有幸和大家一起分享一下他的心得與領會。

　　筆者：按照里夫金的觀點，工業革命總是與技術革命相伴而生。蒸汽機的涌現促成了近代粗放化生產方式的形成，大大增進了生產力的發展，引發了第一次工業革命，同時也極大促進了化石能源的開采和利用。發電機、電念頭的發現以及遠間隔輸電技術的呈現，將人類帶入大量量生產的電氣時期，培養了第二次工業革命，同時也形成目前古代電網中集中電力生產傳輸的格式。第一次、第二次工業革命的模式是，技術革命引產生產方式的革命，而生產方式的革命又導致了能源供給體系的變革。按照這種邏輯，第三次工業革命和能源互聯網的興起是否就是一種必然呢？

——訪清華大學信息技術研究院研究員曹軍威

　　曹軍威：是的，挑戰的背地老是儲藏著偉大的發展空間和機遇。互聯網精力的核心在于開放對等，這使得互聯網發展到現在新的應用方式和商業模式層出不窮，顯示出極強的性命力，尤其是近年來挪動互聯網和社交網絡的崛起，又一次顯示出被里夫金喻為“橫向力氣”的強盛，而將這種在信息領域率先實現的“橫向氣力”運用于制作、能源等傳統工業領域，給人以宏大的設想空間。從技術的層面，我們始終深信信息與其余領域技術的深度融合才僅僅是一個開始，能源互聯網為這一方向供給了一個十分合適的技術發展載體，信息技術所帶來的人們生產和生涯方法的變革將被進一步放大。反過來能源技術自身所面臨的瓶頸和可持續發展等方面的重要問題，也需要新理念、新辦法和新思路的領導，能源互聯網不僅僅是電網的信息化和智能化，而是互聯網理念領導下的能源基礎設施變更，終極實現信息能源基礎設施的一體化過程。具體信息請大家關注新浪微博——能源互聯網研究小組。

　　筆者：能否介紹一下您的團隊的研究工作，為什么如斯關注能源與信息技術的交叉領域研究？

　　曹軍威：能源互聯網癥結技術的實現能夠借鑒現有技術，但同時對現有技術也提出了更高更多的請求。首先，能源互聯網系統體系架構和其中的信息能源融合機制還需要深入研究，比方可以借鑒未來網絡體系構造研究的相關最新結果。傳統網絡強調機器的連接，而現在互聯網是以內容為中央，鑒戒內容中央網絡（CCN）的架構，可以更好在能源互聯網中實現信息流支持能源流的管理。剛才提到的能源路由器是能源互聯網實現的核心，但能源的路由比信息要龐雜的多，主要體當初存儲和控制的難度上。儲能相稱于能源互聯網中的緩存，經濟可行的大范圍儲能依然是技術難點，效率，充放電次數，本錢，容量等問題還有待解決。電力電子技術是實現能源互聯網控制的主要手腕，依照用戶的需要以指定電壓和頻率控制電力的傳輸仍舊是技術難點，電力電子變壓器和傳統變壓器比擬仍舊有效力、容量和牢靠性等方面的瓶頸問題，須要資料等方面的技術沖破。最后是疏散協同式的能量管理，傳統的能量管理系統在消納大規�？稍偕茉窗l電方面碰到瓶頸，需要在能源互聯網的基礎上實現一個能源信息實時采集、處置、分析與決議的新一代源—網—荷協同的能量管理系統�？傊覀円詾橐獜氐讓崿F能源互聯網要害性技術的工業化還確實有很長的路要走。但從我們已控制的技術看，從小規模到大規模，從簡略到復雜，逐漸集成翻新來實現能源互聯網的原型系統和示范工程仍是具備必定的事實可行性的。

　　■人物介紹

　　筆者：您提到能源互聯網將構建新型的信息能源融會網絡，您對能源互聯網的根本構架有什么構想呢？

　　曹軍威：我很認同里夫金的觀點。技術的提高與工業革命的關聯應當有客觀法則可循，但我自己不是經濟學家，對目前技術的發展水平是否真能引發新一輪工業革命沒有研究。我們主要關注能源互聯網技術本身，有人可能認為能源互聯網就是智能電網，我們認為不確實。智能電網還是現有電網架構上通過信息化和智能化的手段，解決設備利用率，保險可靠性、供電品質、新能源接入等基本問題；而能源互聯網不同在于采取互聯網理念、方法和技術實現能源基礎設施架構本身的重大變革，構建新型的信息能源融合網絡。里夫金就能源互聯網做出了無比深入的提煉和概括，我們也異常認同能源和信息技術的融合將從根本上轉變能源的生產和利用方式，能源供應將向分散生產和網絡共享的方式轉變的大趨勢是不容置疑的。

　　曹軍威：正如里夫金本人曾經提到的那樣，他作為經濟學家，能源互聯網的提出更多的是來源于經濟學或者哲學層面上的深刻思考，并沒有提出與之相應的技術體制與實現，而這偏偏是咱們作為研究和技術職員的工作重點。能源是人類生存發展的主要物資基礎，但從世界范疇來看，能源可連續發展的問題始終不得到基本解決。基于現有的能源基礎設施，可再生能源資源在傳輸和利用等方面仍存在瓶頸，因而，我們嘗試應用進步的信息和互聯網的理念、方式和技術，與可再生能源技術相聯合，構建能源互聯網，生機提出一條實現能源可持續發展的可預感的、存在可行性的技術路線。這也是近年來我們致力于能源電力和信息技術的交叉領域研究的主要能源。

能源互聯網技術挑戰與機會

　　筆者：是否詳細先容一下國際上能源互聯網研究領域都做了哪些技術層面上的摸索？

　　曹軍威：我所在的清華大學信息技術研究院是清華信息科學與技術國家實驗室（籌）的組成局部，作為高級院校中的獨立實體科研機構，我們更強調面向國家策略和產業發展的重大需要發展學科交叉研究。我本人始終從事分布式計算系統技術研究，一個有趣的景象是，十幾年來我們一直需要關注能源電力方面的研究和進展,清華大學培訓班。好比十年前從學術屆興起的網格計算到現在產業上力推的云計算，都是分布式計算的具體形式，其中的核心思維在于基礎架構化，就是信息技術發展到一定階段希望也能像能源電力一樣構建基礎設施，通過基礎設施提供平安、可靠、經濟、便捷的服務，這樣終端用戶就不必關懷具體的軟件、硬件、文件、數據等，而僅僅是付費接收服務。跟著云計算模式的不斷推廣，數據中心成為信息基礎設施的核心，隨著數據中心規模的一直擴展，能源電力的供應成為主要瓶頸，這就是為什么Google，IBM，Microsoft（微軟）等IT公司開始關注能源領域并投入大量資金研發更加經濟、高效、綠色、環保的能源問題解決計劃，Google在美國甚至申請了能源經營牌照。而多少年前當我們真的開始研究能源電力相關問題時，從美國到中國又掀起了建設智能電網的高潮，電網的建設也越來越需要信息技術的支撐，實現智能化，這使得我們更加堅信能源與信息基礎設施的一體化是大勢所趨，能源與信息技術的交叉領域庸庸碌碌，而能源互聯網的提出并受到普遍關注再一次驗證了我們的斷定是準確的。

　　筆者：里夫金在《第三次工業革命》一書中提出了互聯網通信技術與能源系統交匯的假想，描述了“人人發電、人人用電”的能源互聯的幻想場景，您和您的團隊長期從事能源電力和信息技術的穿插領域研究，如何對待這個問題呢？

　　曹軍威：能源互聯網是以互聯網理念構建的新型信息能源融合“廣域網”，它以大電網為“主干網”，以微網為“局域網”，以開放對等的信息能源一體化架構真正實現能源的雙向按需傳輸和動態均衡應用，因此可以最大限度的適應新能源的接入。微網是能源互聯網中的基本組成元素，通過新能源發電、微能源的采集、匯聚與分享以及微網內的儲能或用電消納造成“局域網”。能源互聯網是微網的廣域連接形式，是分布式能源的接入情勢，是從分布式能源的大型、中型發展到了任意的小型、微型的“廣域網”實現。大電網的形成有其偶然性，在傳輸效率等方面仍然擁有無奈相比的優勢，未來仍然是能源互聯網中的“骨干網”。電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸效率等方面具有無法比較的上風，未來能源基礎設施在傳輸方面的主體必定還是電網，因此未來能源互聯網基本上是互聯網式的電網。能源互聯網把一個集中式的、單向的、出產者控制的電網，改變成大量分布式幫助較少集中式的和與更多的花費者互動的電網。

　　曹軍威博士，清華大學信息技術研究院研究員、院務委員會副主任，清華信息迷信與技術國度實驗室（籌）公共平臺與技術部主任。1991年至1998年，清華大學主動化系本科、碩士畢業；2001年英國華威（Warwick）大學計算機博士畢業；2002年至2006年先后在德國NEC歐洲試驗室和美國MIT/LIGO實驗室任研究科學家（Research Scientist）；2006年回清華工作至今，主要從事分布式計算技術及其在能源電力等范疇的運用研究。

　　曹軍威：事實上，能源互聯網從技術的層面早就提出了，美國和歐洲早就有相干的研討規劃。2008年美國NSF在北卡州破大學樹立了FREEDM系統核心，有17個科研院所和30余個產業搭檔獨特參加，愿望將電力電子技術和信息技術引入電力系統，在將來配電網層面實現能源互聯網理念。效仿網絡技術的中心路由器，他們提出了能源路由器的概念并且進行了原型實現，應用電力電子技術實現對變壓器的節制，路由器之間利用通信技術實現平等交互。FREEDM基礎上是從電力電子技術的角度動身，盼望以散布對等的系統把持與交互，實現能源互聯網的理念。再有上個月MIT的科技創業（Technology Review）報導了一個位于加州的叫做Stem的新興能源公司，開發了一款用于貿易修建的智能電池，將精簡型的汽車鋰離子電池和電力電子設備相連接，這些電力電子裝備在向樓宇供電和從電網中充電這兩種狀況間疾速切換，而大批的智能剖析是通過云盤算來實現。這樣的智能電池稍加拓展實現彼此間的通訊與掌握，就完整合乎里夫金描寫的以建造樓宇為單元的能源互聯網原型，這是從儲能的角度實現能源互聯網的典范例子。另外德國BDI也提出了E *** Energy理念和能源互聯網方案，并早在2008年年底開端投資實行該打算。德國事借此打造一個基于信息和通信技術的能源供給系統，并在六個區域實現示范利用構成能源需乞降供應的互動，在能源互聯網基本上實現一個銜接能源供應鏈各個環節業務流程的互動體系。

起源：科技日報 2012 *** 12 *** 19 高艷鵬

　　筆者：你方才從電力電子、儲能跟能量治理等角度講述了能源互聯網實現所波及的詳細技巧，那么您感到能源互聯網的實現還存在哪些重要的技術挑釁呢？

　　筆者：挑戰總是與機遇并存。您認為能源互聯網技術的發展能帶來哪些機遇？