清華信息技巧研討院曹軍威：能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)挑釁與機(jī)會(huì)

2014-08-19 11:17 來源：http://m.elinglong.com/ 閱讀：次

　　美國有名經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米•里夫金的第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)的提法最近在社會(huì)上引起廣泛關(guān)注。杰里米•里夫金認(rèn)為：“在行將到來的時(shí)代，我們將需要?jiǎng)?chuàng)立一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，讓億萬人可以在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)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(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣。”他還提出，“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源將結(jié)合起來所形成的能源互聯(lián)網(wǎng)，將是實(shí)現(xiàn)能源分布式供應(yīng)的一種有效模式。”中國正處于工業(yè)化、信息化和城鎮(zhèn)化的關(guān)鍵階段，能源將是未來發(fā)展的主要制約因素，能源的可持續(xù)發(fā)展是需要急切解決的問題。但能源互聯(lián)網(wǎng)真的可能徹底解決能源可持續(xù)發(fā)展的問題嗎？從技術(shù)發(fā)展的角度能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)離我們還有多遠(yuǎn)？帶著這些問題，筆者訪問了清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員曹軍威博士，他的科研團(tuán)隊(duì)近年來在能源電力和信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域進(jìn)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(lǐng)會(huì)。

　　筆者：按照里夫金的觀點(diǎn)，工業(yè)革命總是與技術(shù)革命相伴而生。蒸汽機(jī)的涌現(xiàn)促成了近代粗放化生產(chǎn)方式的形成，大大增進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，引發(fā)了第一次工業(yè)革命，同時(shí)也極大促進(jìn)了化石能源的開采和利用。發(fā)電機(jī)、電念頭的發(fā)現(xiàn)以及遠(yuǎn)間隔輸電技術(shù)的呈現(xiàn)，將人類帶入大量量生產(chǎn)的電氣時(shí)期，培養(yǎng)了第二次工業(yè)革命，同時(shí)也形成目前古代電網(wǎng)中集中電力生產(chǎn)傳輸?shù)母袷健５谝淮巍⒌诙喂I(yè)革命的模式是，技術(shù)革命引產(chǎn)生產(chǎn)方式的革命，而生產(chǎn)方式的革命又導(dǎo)致了能源供給體系的變革。按照這種邏輯，第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)的興起是否就是一種必然呢？

——訪清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員曹軍威

　　曹軍威：是的，挑戰(zhàn)的背地老是儲(chǔ)藏著偉大的發(fā)展空間和機(jī)遇。互聯(lián)網(wǎng)精力的核心在于開放對(duì)等，這使得互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在新的應(yīng)用方式和商業(yè)模式層出不窮，顯示出極強(qiáng)的性命力，尤其是近年來挪動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡(luò)的崛起，又一次顯示出被里夫金喻為“橫向力氣”的強(qiáng)盛，而將這種在信息領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)的“橫向氣力”運(yùn)用于制作、能源等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，給人以宏大的設(shè)想空間。從技術(shù)的層面，我們始終深信信息與其余領(lǐng)域技術(shù)的深度融合才僅僅是一個(gè)開始，能源互聯(lián)網(wǎng)為這一方向供給了一個(gè)十分合適的技術(shù)發(fā)展載體，信息技術(shù)所帶來的人們生產(chǎn)和生涯方法的變革將被進(jìn)一步放大。反過來能源技術(shù)自身所面臨的瓶頸和可持續(xù)發(fā)展等方面的重要問題，也需要新理念、新辦法和新思路的領(lǐng)導(dǎo)，能源互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是電網(wǎng)的信息化和智能化，而是互聯(lián)網(wǎng)理念領(lǐng)導(dǎo)下的能源基礎(chǔ)設(shè)施變更，終極實(shí)現(xiàn)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施的一體化過程。具體信息請(qǐng)大家關(guān)注新浪微博——能源互聯(lián)網(wǎng)研究小組。

　　筆者：能否介紹一下您的團(tuán)隊(duì)的研究工作，為什么如斯關(guān)注能源與信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域研究？

　　曹軍威：能源互聯(lián)網(wǎng)癥結(jié)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)能夠借鑒現(xiàn)有技術(shù)，但同時(shí)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)也提出了更高更多的請(qǐng)求。首先，能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體系架構(gòu)和其中的信息能源融合機(jī)制還需要深入研究，比方可以借鑒未來網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造研究的相關(guān)最新結(jié)果。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)機(jī)器的連接，而現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)是以內(nèi)容為中央，鑒戒內(nèi)容中央網(wǎng)絡(luò)（CCN）的架構(gòu)，可以更好在能源互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)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(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的核心，但能源的路由比信息要龐雜的多，主要體當(dāng)初存儲(chǔ)和控制的難度上。儲(chǔ)能相稱于能源互聯(lián)網(wǎng)中的緩存，經(jīng)濟(jì)可行的大范圍儲(chǔ)能依然是技術(shù)難點(diǎn)，效率，充放電次數(shù)，本錢，容量等問題還有待解決。電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)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(shù)難點(diǎn)，電力電子變壓器和傳統(tǒng)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(shù)沖破。最后是疏散協(xié)同式的能量管理，傳統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)在消納大規(guī)模可再生能源發(fā)電方面碰到瓶頸，需要在能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)能源信息實(shí)時(shí)采集、處置、分析與決議的新一代源—網(wǎng)—荷協(xié)同的能量管理系統(tǒng)。總之，我們以為要徹底實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)要害性技術(shù)的工業(yè)化還確實(shí)有很長的路要走。但從我們已控制的技術(shù)看，從小規(guī)模到大規(guī)模，從簡略到復(fù)雜，逐漸集成翻新來實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的原型系統(tǒng)和示范工程仍是具備必定的事實(shí)可行性的。

　　■人物介紹

　　筆者：您提到能源互聯(lián)網(wǎng)將構(gòu)建新型的信息能源融會(huì)網(wǎng)絡(luò)，您對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的根本構(gòu)架有什么構(gòu)想呢？

　　曹軍威：我很認(rèn)同里夫金的觀點(diǎn)。技術(shù)的提高與工業(yè)革命的關(guān)聯(lián)應(yīng)當(dāng)有客觀法則可循，但我自己不是經(jīng)濟(jì)學(xué)家，對(duì)目前技術(shù)的發(fā)展水平是否真能引發(fā)新一輪工業(yè)革命沒有研究。我們主要關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身，有人可能認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)就是智能電網(wǎng)，我們認(rèn)為不確實(shí)。智能電網(wǎng)還是現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)上通過信息化和智能化的手段，解決設(shè)備利用率，保險(xiǎn)可靠性、供電品質(zhì)、新能源接入等基本問題；而能源互聯(lián)網(wǎng)不同在于采取互聯(lián)網(wǎng)理念、方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)本身的重大變革，構(gòu)建新型的信息能源融合網(wǎng)絡(luò)。里夫金就能源互聯(lián)網(wǎng)做出了無比深入的提煉和概括，我們也異常認(rèn)同能源和信息技術(shù)的融合將從根本上轉(zhuǎn)變能源的生產(chǎn)和利用方式，能源供應(yīng)將向分散生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)共享的方式轉(zhuǎn)變的大趨勢(shì)是不容置疑的。

　　曹軍威：正如里夫金本人曾經(jīng)提到的那樣，他作為經(jīng)濟(jì)學(xué)家，能源互聯(lián)網(wǎng)的提出更多的是來源于經(jīng)濟(jì)學(xué)或者哲學(xué)層面上的深刻思考，并沒有提出與之相應(yīng)的技術(shù)體制與實(shí)現(xiàn)，而這偏偏是咱們作為研究和技術(shù)職員的工作重點(diǎn)。能源是人類生存發(fā)展的主要物資基礎(chǔ)，但從世界范疇來看，能源可連續(xù)發(fā)展的問題始終不得到基本解決。基于現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)用進(jìn)步的信息和互聯(lián)網(wǎng)的理念、方式和技術(shù)，與可再生能源技術(shù)相聯(lián)合，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，生機(jī)提出一條實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的可預(yù)感的、存在可行性的技術(shù)路線。這也是近年來我們致力于能源電力和信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域研究的主要能源。

能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)

　　筆者：是否詳細(xì)先容一下國際上能源互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域都做了哪些技術(shù)層面上的摸索？

　　曹軍威：我所在的清華大學(xué)信息技術(shù)研究院是清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室（籌）的組成局部，作為高級(jí)院校中的獨(dú)立實(shí)體科研機(jī)構(gòu)，我們更強(qiáng)調(diào)面向國家策略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大需要發(fā)展學(xué)科交叉研究。我本人始終從事分布式計(jì)算系統(tǒng)技術(shù)研究，一個(gè)有趣的景象是，十幾年來我們一直需要關(guān)注能源電力方面的研究和進(jìn)展,清華大學(xué)培訓(xùn)班。好比十年前從學(xué)術(shù)屆興起的網(wǎng)格計(jì)算到現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)上力推的云計(jì)算，都是分布式計(jì)算的具體形式，其中的核心思維在于基礎(chǔ)架構(gòu)化，就是信息技術(shù)發(fā)展到一定階段希望也能像能源電力一樣構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，通過基礎(chǔ)設(shè)施提供平安、可靠、經(jīng)濟(jì)、便捷的服務(wù)，這樣終端用戶就不必關(guān)懷具體的軟件、硬件、文件、數(shù)據(jù)等，而僅僅是付費(fèi)接收服務(wù)。跟著云計(jì)算模式的不斷推廣，數(shù)據(jù)中心成為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的一直擴(kuò)展，能源電力的供應(yīng)成為主要瓶頸，這就是為什么Google，IBM，Microsoft（微軟）等IT公司開始關(guān)注能源領(lǐng)域并投入大量資金研發(fā)更加經(jīng)濟(jì)、高效、綠色、環(huán)保的能源問題解決計(jì)劃，Google在美國甚至申請(qǐng)了能源經(jīng)營牌照。而多少年前當(dāng)我們真的開始研究能源電力相關(guān)問題時(shí)，從美國到中國又掀起了建設(shè)智能電網(wǎng)的高潮，電網(wǎng)的建設(shè)也越來越需要信息技術(shù)的支撐，實(shí)現(xiàn)智能化，這使得我們更加堅(jiān)信能源與信息基礎(chǔ)設(shè)施的一體化是大勢(shì)所趨，能源與信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域庸庸碌碌，而能源互聯(lián)網(wǎng)的提出并受到普遍關(guān)注再一次驗(yàn)證了我們的斷定是準(zhǔn)確的。

　　筆者：里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中提出了互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)與能源系統(tǒng)交匯的假想，描述了“人人發(fā)電、人人用電”的能源互聯(lián)的幻想場景，您和您的團(tuán)隊(duì)長期從事能源電力和信息技術(shù)的穿插領(lǐng)域研究，如何對(duì)待這個(gè)問題呢？

　　曹軍威：能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的新型信息能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)為“局域網(wǎng)”，以開放對(duì)等的信息能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)均衡應(yīng)用，因此可以最大限度的適應(yīng)新能源的接入。微網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中的基本組成元素，通過新能源發(fā)電、微能源的采集、匯聚與分享以及微網(wǎng)內(nèi)的儲(chǔ)能或用電消納造成“局域網(wǎng)”。能源互聯(lián)網(wǎng)是微網(wǎng)的廣域連接形式，是分布式能源的接入情勢(shì)，是從分布式能源的大型、中型發(fā)展到了任意的小型、微型的“廣域網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)。大電網(wǎng)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(yōu)勢(shì)，未來仍然是能源互聯(lián)網(wǎng)中的“骨干網(wǎng)”。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(fēng)，未來能源基礎(chǔ)設(shè)施在傳輸方面的主體必定還是電網(wǎng)，因此未來能源互聯(lián)網(wǎng)基本上是互聯(lián)網(wǎng)式的電網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)把一個(gè)集中式的、單向的、出產(chǎn)者控制的電網(wǎng)，改變成大量分布式幫助較少集中式的和與更多的花費(fèi)者互動(dòng)的電網(wǎng)。

　　曹軍威博士，清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員、院務(wù)委員會(huì)副主任，清華信息迷信與技術(shù)國度實(shí)驗(yàn)室（籌）公共平臺(tái)與技術(shù)部主任。1991年至1998年，清華大學(xué)主動(dòng)化系本科、碩士畢業(yè)；2001年英國華威（Warwick）大學(xué)計(jì)算機(jī)博士畢業(yè)；2002年至2006年先后在德國NEC歐洲試驗(yàn)室和美國MIT/LIGO實(shí)驗(yàn)室任研究科學(xué)家（Research Scientist）；2006年回清華工作至今，主要從事分布式計(jì)算技術(shù)及其在能源電力等范疇的運(yùn)用研究。

　　曹軍威：事實(shí)上，能源互聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)的層面早就提出了，美國和歐洲早就有相干的研討規(guī)劃。2008年美國NSF在北卡州破大學(xué)樹立了FREEDM系統(tǒng)核心，有17個(gè)科研院所和30余個(gè)產(chǎn)業(yè)搭檔獨(dú)特參加，愿望將電力電子技術(shù)和信息技術(shù)引入電力系統(tǒng)，在將來配電網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)理念。效仿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的中心路由器，他們提出了能源路由器的概念并且進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的節(jié)制，路由器之間利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)平等交互。FREEDM基礎(chǔ)上是從電力電子技術(shù)的角度動(dòng)身，盼望以散布對(duì)等的系統(tǒng)把持與交互，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的理念。再有上個(gè)月MIT的科技創(chuàng)業(yè)（Technology Review）報(bào)導(dǎo)了一個(gè)位于加州的叫做Stem的新興能源公司，開發(fā)了一款用于貿(mào)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(shè)備相連接，這些電力電子裝備在向樓宇供電和從電網(wǎng)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(shí)現(xiàn)。這樣的智能電池稍加拓展實(shí)現(xiàn)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(lián)網(wǎng)原型，這是從儲(chǔ)能的角度實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的典范例子。另外德國BDI也提出了E *** Energy理念和能源互聯(lián)網(wǎng)方案，并早在2008年年底開端投資實(shí)行該打算。德國事借此打造一個(gè)基于信息和通信技術(shù)的能源供給系統(tǒng)，并在六個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)示范利用構(gòu)成能源需乞降供應(yīng)的互動(dòng)，在能源互聯(lián)網(wǎng)基本上實(shí)現(xiàn)一個(gè)銜接能源供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程的互動(dòng)體系。

起源：科技日?qǐng)?bào) 2012 *** 12 *** 19 高艷鵬

　　筆者：你方才從電力電子、儲(chǔ)能跟能量治理等角度講述了能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)所波及的詳細(xì)技巧，那么您感到能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)還存在哪些重要的技術(shù)挑釁呢？

　　筆者：挑戰(zhàn)總是與機(jī)遇并存。您認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展能帶來哪些機(jī)遇？