清华信息技巧研讨院曹军威：能源互联网技术挑衅与机会

2014-08-19 11:17 来源：http://www.ceo315.org/ 阅读：次

　　美国有名经济学家杰里米•里夫金的第三次工业革命和能源互联网的提法最近在社会上引起广泛关注。杰里米•里夫金认为：“在行将到来的时代，我们将需要创立一个能源互联网，让亿万人可以在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。过剩的能源则可以与别人分享，就像我们现在在网络上分享信息一样。”他还提出，“互联网技术和可再生能源将结合起来所形成的能源互联网，将是实现能源分布式供应的一种有效模式。”中国正处于工业化、信息化和城镇化的关键阶段，能源将是未来发展的主要制约因素，能源的可持续发展是需要急切解决的问题。但能源互联网真的可能彻底解决能源可持续发展的问题吗？从技术发展的角度能源互联网的实现离我们还有多远？带着这些问题，笔者访问了清华大学信息技术研究院研究员曹军威博士，他的科研团队近年来在能源电力和信息技术的交叉领域进行了深入研究。我们有幸和大家一起分享一下他的心得与领会。

　　笔者：按照里夫金的观点，工业革命总是与技术革命相伴而生。蒸汽机的涌现促成了近代粗放化生产方式的形成，大大增进了生产力的发展，引发了第一次工业革命，同时也极大促进了化石能源的开采和利用。发电机、电念头的发现以及远间隔输电技术的呈现，将人类带入大量量生产的电气时期，培养了第二次工业革命，同时也形成目前古代电网中集中电力生产传输的格式。第一次、第二次工业革命的模式是，技术革命引产生产方式的革命，而生产方式的革命又导致了能源供给体系的变革。按照这种逻辑，第三次工业革命和能源互联网的兴起是否就是一种必然呢？

——访清华大学信息技术研究院研究员曹军威

　　曹军威：是的，挑战的背地老是储藏着伟大的发展空间和机遇。互联网精力的核心在于开放对等，这使得互联网发展到现在新的应用方式和商业模式层出不穷，显示出极强的性命力，尤其是近年来挪动互联网和社交网络的崛起，又一次显示出被里夫金喻为“横向力气”的强盛，而将这种在信息领域率先实现的“横向气力”运用于制作、能源等传统工业领域，给人以宏大的设想空间。从技术的层面，我们始终深信信息与其余领域技术的深度融合才仅仅是一个开始，能源互联网为这一方向供给了一个十分合适的技术发展载体，信息技术所带来的人们生产和生涯方法的变革将被进一步放大。反过来能源技术自身所面临的瓶颈和可持续发展等方面的重要问题，也需要新理念、新办法和新思路的领导，能源互联网不仅仅是电网的信息化和智能化，而是互联网理念领导下的能源基础设施变更，终极实现信息能源基础设施的一体化过程。具体信息请大家关注新浪微博——能源互联网研究小组。

　　笔者：能否介绍一下您的团队的研究工作，为什么如斯关注能源与信息技术的交叉领域研究？

　　曹军威：能源互联网症结技术的实现能够借鉴现有技术，但同时对现有技术也提出了更高更多的请求。首先，能源互联网系统体系架构和其中的信息能源融合机制还需要深入研究，比方可以借鉴未来网络体系构造研究的相关最新结果。传统网络强调机器的连接，而现在互联网是以内容为中央，鉴戒内容中央网络（CCN）的架构，可以更好在能源互联网中实现信息流支持能源流的管理。刚才提到的能源路由器是能源互联网实现的核心，但能源的路由比信息要庞杂的多，主要体当初存储和控制的难度上。储能相称于能源互联网中的缓存，经济可行的大范围储能依然是技术难点，效率，充放电次数，本钱，容量等问题还有待解决。电力电子技术是实现能源互联网控制的主要手腕，依照用户的需要以指定电压和频率控制电力的传输仍旧是技术难点，电力电子变压器和传统变压器比拟仍旧有效力、容量和牢靠性等方面的瓶颈问题，须要资料等方面的技术冲破。最后是疏散协同式的能量管理，传统的能量管理系统在消纳大规模可再生能源发电方面碰到瓶颈，需要在能源互联网的基础上实现一个能源信息实时采集、处置、分析与决议的新一代源—网—荷协同的能量管理系统。总之，我们以为要彻底实现能源互联网要害性技术的工业化还确实有很长的路要走。但从我们已控制的技术看，从小规模到大规模，从简略到复杂，逐渐集成翻新来实现能源互联网的原型系统和示范工程仍是具备必定的事实可行性的。

　　■人物介绍

　　笔者：您提到能源互联网将构建新型的信息能源融会网络，您对能源互联网的根本构架有什么构想呢？

　　曹军威：我很认同里夫金的观点。技术的提高与工业革命的关联应当有客观法则可循，但我自己不是经济学家，对目前技术的发展水平是否真能引发新一轮工业革命没有研究。我们主要关注能源互联网技术本身，有人可能认为能源互联网就是智能电网，我们认为不确实。智能电网还是现有电网架构上通过信息化和智能化的手段，解决设备利用率，保险可靠性、供电品质、新能源接入等基本问题；而能源互联网不同在于采取互联网理念、方法和技术实现能源基础设施架构本身的重大变革，构建新型的信息能源融合网络。里夫金就能源互联网做出了无比深入的提炼和概括，我们也异常认同能源和信息技术的融合将从根本上转变能源的生产和利用方式，能源供应将向分散生产和网络共享的方式转变的大趋势是不容置疑的。

　　曹军威：正如里夫金本人曾经提到的那样，他作为经济学家，能源互联网的提出更多的是来源于经济学或者哲学层面上的深刻思考，并没有提出与之相应的技术体制与实现，而这偏偏是咱们作为研究和技术职员的工作重点。能源是人类生存发展的主要物资基础，但从世界范畴来看，能源可连续发展的问题始终不得到基本解决。基于现有的能源基础设施，可再生能源资源在传输和利用等方面仍存在瓶颈，因而，我们尝试应用进步的信息和互联网的理念、方式和技术，与可再生能源技术相联合，构建能源互联网，生机提出一条实现能源可持续发展的可预感的、存在可行性的技术路线。这也是近年来我们致力于能源电力和信息技术的交叉领域研究的主要能源。

能源互联网技术挑战与机会

　　笔者：是否详细先容一下国际上能源互联网研究领域都做了哪些技术层面上的摸索？

　　曹军威：我所在的清华大学信息技术研究院是清华信息科学与技术国家实验室（筹）的组成局部，作为高级院校中的独立实体科研机构，我们更强调面向国家策略和产业发展的重大需要发展学科交叉研究。我本人始终从事分布式计算系统技术研究，一个有趣的景象是，十几年来我们一直需要关注能源电力方面的研究和进展,清华大学培训班。好比十年前从学术届兴起的网格计算到现在产业上力推的云计算，都是分布式计算的具体形式，其中的核心思维在于基础架构化，就是信息技术发展到一定阶段希望也能像能源电力一样构建基础设施，通过基础设施提供平安、可靠、经济、便捷的服务，这样终端用户就不必关怀具体的软件、硬件、文件、数据等，而仅仅是付费接收服务。跟着云计算模式的不断推广，数据中心成为信息基础设施的核心，随着数据中心规模的一直扩展，能源电力的供应成为主要瓶颈，这就是为什么Google，IBM，Microsoft（微软）等IT公司开始关注能源领域并投入大量资金研发更加经济、高效、绿色、环保的能源问题解决计划，Google在美国甚至申请了能源经营牌照。而多少年前当我们真的开始研究能源电力相关问题时，从美国到中国又掀起了建设智能电网的高潮，电网的建设也越来越需要信息技术的支撑，实现智能化，这使得我们更加坚信能源与信息基础设施的一体化是大势所趋，能源与信息技术的交叉领域庸庸碌碌，而能源互联网的提出并受到普遍关注再一次验证了我们的断定是准确的。

　　笔者：里夫金在《第三次工业革命》一书中提出了互联网通信技术与能源系统交汇的假想，描述了“人人发电、人人用电”的能源互联的幻想场景，您和您的团队长期从事能源电力和信息技术的穿插领域研究，如何对待这个问题呢？

　　曹军威：能源互联网是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”，它以大电网为“主干网”，以微网为“局域网”，以开放对等的信息能源一体化架构真正实现能源的双向按需传输和动态均衡应用，因此可以最大限度的适应新能源的接入。微网是能源互联网中的基本组成元素，通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳造成“局域网”。能源互联网是微网的广域连接形式，是分布式能源的接入情势，是从分布式能源的大型、中型发展到了任意的小型、微型的“广域网”实现。大电网的形成有其偶然性，在传输效率等方面仍然拥有无奈相比的优势，未来仍然是能源互联网中的“骨干网”。电能源仅仅是能源的一种，但电能在能源传输效率等方面具有无法比较的上风，未来能源基础设施在传输方面的主体必定还是电网，因此未来能源互联网基本上是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、单向的、出产者控制的电网，改变成大量分布式帮助较少集中式的和与更多的花费者互动的电网。

　　曹军威博士，清华大学信息技术研究院研究员、院务委员会副主任，清华信息迷信与技术国度实验室（筹）公共平台与技术部主任。1991年至1998年，清华大学主动化系本科、硕士毕业；2001年英国华威（Warwick）大学计算机博士毕业；2002年至2006年先后在德国NEC欧洲试验室和美国MIT/LIGO实验室任研究科学家（Research Scientist）；2006年回清华工作至今，主要从事分布式计算技术及其在能源电力等范畴的运用研究。

　　曹军威：事实上，能源互联网从技术的层面早就提出了，美国和欧洲早就有相干的研讨规划。2008年美国NSF在北卡州破大学树立了FREEDM系统核心，有17个科研院所和30余个产业搭档独特参加，愿望将电力电子技术和信息技术引入电力系统，在将来配电网层面实现能源互联网理念。效仿网络技术的中心路由器，他们提出了能源路由器的概念并且进行了原型实现，应用电力电子技术实现对变压器的节制，路由器之间利用通信技术实现平等交互。FREEDM基础上是从电力电子技术的角度动身，盼望以散布对等的系统把持与交互，实现能源互联网的理念。再有上个月MIT的科技创业（Technology Review）报导了一个位于加州的叫做Stem的新兴能源公司，开发了一款用于贸易修建的智能电池，将精简型的汽车锂离子电池和电力电子设备相连接，这些电力电子装备在向楼宇供电和从电网中充电这两种状况间疾速切换，而大批的智能剖析是通过云盘算来实现。这样的智能电池稍加拓展实现彼此间的通讯与掌握，就完整合乎里夫金描写的以建造楼宇为单元的能源互联网原型，这是从储能的角度实现能源互联网的典范例子。另外德国BDI也提出了E *** Energy理念和能源互联网方案，并早在2008年年底开端投资实行该打算。德国事借此打造一个基于信息和通信技术的能源供给系统，并在六个区域实现示范利用构成能源需乞降供应的互动，在能源互联网基本上实现一个衔接能源供应链各个环节业务流程的互动体系。

起源：科技日报 2012 *** 12 *** 19 高艳鹏

　　笔者：你方才从电力电子、储能跟能量治理等角度讲述了能源互联网实现所波及的详细技巧，那么您感到能源互联网的实现还存在哪些重要的技术挑衅呢？

　　笔者：挑战总是与机遇并存。您认为能源互联网技术的发展能带来哪些机遇？