隨著傳統(tǒng)化石能源逐漸枯竭及其廣泛利用引起的氣候變化等環(huán)境污染問(wèn)題日益深化，發(fā)展新一代更為集約、環(huán)保、可持續(xù)的能源利用模式——能源互聯(lián)網(wǎng)，勢(shì)在必行。

什么是能源互聯(lián)網(wǎng)？
能源互聯(lián)網(wǎng)是能源領(lǐng)域與自動(dòng)控制、信息處理、網(wǎng)絡(luò)通訊等領(lǐng)域深度融合的產(chǎn)物，是以電力網(wǎng)絡(luò)、熱力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)及交通網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為物理實(shí)體，以能源技術(shù)與先進(jìn)控制技術(shù)、智能優(yōu)化技術(shù)及信息處理技術(shù)等為實(shí)施手段的一種新型開(kāi)放式能源生態(tài)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效利用，提高可再生能源在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的占比，其發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程

能源互聯(lián)網(wǎng)特點(diǎn)
發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)是落實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃的典型代表，其可被理解為“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”，但又不是互聯(lián)網(wǎng)與能源網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單疊加，其與單一互聯(lián)網(wǎng)或者單一能源網(wǎng)絡(luò)都存在較大區(qū)別。作為智能電網(wǎng)的深入與發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)具有扁平化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持多種能源接入，能源與信息高度集成，及對(duì)等、自由、實(shí)時(shí)的交易模式等特點(diǎn)，如表1所示。

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表1 能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的區(qū)別

與信息互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)似，能源互聯(lián)網(wǎng)具有共享、自由、便捷、廉價(jià)的特點(diǎn)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，用戶能源互用，具備產(chǎn)能能力的能源用戶可以與其他用戶共享其所生產(chǎn)的能源；供應(yīng)渠道互聯(lián)，能源供應(yīng)渠道多樣化（可以由傳統(tǒng)能源供應(yīng)商或者具備產(chǎn)能能力的能源用戶提供），且能源可以在用戶間相互傳輸，能源用戶可以自由選擇能源供應(yīng)渠道；能源形式互換，網(wǎng)絡(luò)中供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化能源，且冷、熱、電等多種能源形式可以在能源消費(fèi)終端相互轉(zhuǎn)換，能源獲取更加便捷；能源消費(fèi)互利，由于可再生能源的邊際成本近乎為0，并且多種能源形式可以相互轉(zhuǎn)換，能源生產(chǎn)成本越來(lái)越低，能源逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N廉價(jià)消費(fèi)品。然而，能源互聯(lián)網(wǎng)在能源的產(chǎn)-輸-儲(chǔ)-用方面與信息互聯(lián)網(wǎng)在信息的產(chǎn)-輸-儲(chǔ)-用方面尚存在較大區(qū)別，如表2所示。

表2 能源互聯(lián)網(wǎng)與信息互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別

能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于能源互聯(lián)網(wǎng)是涉及到能源、信息、控制、通訊等技術(shù)的新型復(fù)雜能源集成網(wǎng)絡(luò)，不同學(xué)者的研究側(cè)重點(diǎn)不同，根據(jù)目前已有的研究?jī)?nèi)容，對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以“立體-平面-線-點(diǎn)”四個(gè)層次闡述未來(lái)能源利用體系，如圖2所示。

圖2 四類(lèi)能源互聯(lián)網(wǎng)之間的區(qū)別和聯(lián)系

能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
為驗(yàn)證能源互聯(lián)網(wǎng)理論研究的有效性與實(shí)用性，利用東北大學(xué)信息學(xué)館樓頂資源和約50-80平方米的樓內(nèi)空間，我們團(tuán)隊(duì)研制出國(guó)內(nèi)首個(gè)具有高穩(wěn)定性，兼容性和可拓展性的能源互聯(lián)網(wǎng)的能量產(chǎn)生、管理、優(yōu)化，協(xié)調(diào)控制的綜合智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的高效靈活、節(jié)能環(huán)保的能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)室，如圖3和圖4所示。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于現(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)理論研究成果，結(jié)合先進(jìn)的智能優(yōu)化與控制手段，成功地實(shí)現(xiàn)了可再生能源聯(lián)合供能并網(wǎng)檢測(cè)、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電優(yōu)化控制等十大類(lèi)實(shí)驗(yàn)，極大程度地消納了可再生能源，實(shí)現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)橫向多能互補(bǔ)，縱向“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)優(yōu)化。

圖3 東北大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)外觀效果圖

圖4 東北大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)室內(nèi)布局圖

機(jī)遇與挑戰(zhàn)
如何建立適用于能源互聯(lián)網(wǎng)的能源綜合控制管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種能源的協(xié)同控制與優(yōu)化，是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中面臨的首要問(wèn)題。由于能源互聯(lián)網(wǎng)在產(chǎn)能、輸能、配能和用能四大環(huán)節(jié)對(duì)傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面升級(jí)，其能源綜合控制管理系統(tǒng)建立中涉及到大量的先進(jìn)控制科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題，其具體體現(xiàn)為：
1、能源互聯(lián)網(wǎng)將接入大量的各類(lèi)可再生能源，能源供給側(cè)的不穩(wěn)定將帶來(lái)極大的不確定性、強(qiáng)非線性、時(shí)空不同步性等復(fù)雜特性，而由于可再生能源的廣域分布特性，其信息通訊網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)全連通，網(wǎng)絡(luò)具有復(fù)雜的時(shí)延、丟包等非可靠特性，對(duì)當(dāng)前的控制優(yōu)化理論提出極大的挑戰(zhàn)；
2、能源互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)能源主體的分布式對(duì)等接入，實(shí)現(xiàn)其即插即用，各個(gè)能源主體具有極大的自治性，而整個(gè)能源網(wǎng)絡(luò)又在各類(lèi)強(qiáng)約束下要有一個(gè)統(tǒng)一的調(diào)控目標(biāo)，這就要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式的優(yōu)化控制，與傳統(tǒng)能源網(wǎng)絡(luò)的集中調(diào)控策略具有很大的區(qū)別，也對(duì)控制方法提出了更高的要求；
3、能源互聯(lián)網(wǎng)包括能源供給側(cè)、存儲(chǔ)側(cè)、傳輸側(cè)、消費(fèi)側(cè)以及相關(guān)互聯(lián)系統(tǒng)等多個(gè)來(lái)源的海量信息，而且信息與能源緊密耦合，如何利用并萃取這些信息，進(jìn)而獲得對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)更清晰的認(rèn)識(shí)，并應(yīng)用信息物理系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜合的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)能源的安全高效利用，是能源互聯(lián)網(wǎng)面對(duì)的新課題；
4、能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)能源、設(shè)備、信息、經(jīng)濟(jì)深度融合的系統(tǒng)，是物理空間、能源空間、信息空間乃至社會(huì)空間耦合的多域、多層次耦合的混雜大系統(tǒng)，其具有更廣闊的開(kāi)放性和更大的系統(tǒng)復(fù)雜性，呈現(xiàn)出復(fù)雜的、不同尺度的動(dòng)態(tài)特性和演化趨勢(shì)，其周期規(guī)劃問(wèn)題將是一個(gè)必須面對(duì)的重要基礎(chǔ)問(wèn)題。

盡管能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展面臨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等多方面的問(wèn)題，但是，能源互聯(lián)網(wǎng)是人類(lèi)對(duì)于能源循環(huán)利用和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，是由能源小范圍生產(chǎn)消納的自給自足模式，到大規(guī)模生產(chǎn)/網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)募心茉茨Ｊ胶蟮挠忠淮沃卮笞兏铮鋵?duì)于可再生能源的安全高效利用、綜合多種能源形式的優(yōu)化調(diào)度、信息與能源系統(tǒng)的緊密耦合以及扁平化多方自由參與的能源交換模式無(wú)疑更符合未來(lái)的能源發(fā)展趨勢(shì)，也必將得到躍升式的發(fā)展。