能源互联网+ICT

2019-04-28朱成琨

电子技术与软件工程 2019年3期

文/朱成琨

借鉴互联网开放、高效和即插即用的特点，结合新能源技术和ICT技术，将传统电网转变为具有快速自愈能力的智能化数字网络，是实现能源互联网的重要技术基础。采用先进ICT技术，对分布式能源实施广域协调控制，是形成高效智能的能源互联网系统的关键举措。

1 能源互联网+ICT的必要性

ICT即信息通信技术，是IT（信息业）和CT（通信业）的有机结合，包括通信网络、信息服务、信息科技及应用，其基本特征为信息处理与传输的高速化、大容量化、数字化、泛在化与智能化，ICT技术是信息社会形成与发展的重要动力与标志。

能源互联网+ICT就是采用ICT技术，建立分布式能量管理系统，实现对分布式能源服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的控制，通过冷、热、汽、水、电等多种能源互补，形成较高用能效率的智能能源系统，推动能源利用的可持续发展。

2 能源互联网+ICT的技术需求

2.1 微电子技术

能源互联网中可再生能源的大量接入，对电子系统提出高效性、高质性、安全性、宽泛性和便利性等要求，当下的电子技术必须进行多学科、多层次、多方面的创新，尤其是需要微电子学科的技术创新，微电子技术将会渗透到能源互联网的各个层级，是能源互联网+ICT的重要支撑性技术之一。

2.2 复杂软件技术

能源互联网中分布式发电设备的嵌入式监控软件、能量路由器的能源信息交换和决策软件、电力用户的各类耗电分配和度量软件等局部自治软件系统数量众多、规模宏大，必须通过“复杂软件系统”进行耦合关联。复杂软件系统将作为能源互联网运行的数字中枢，实现成千上万位于不同区域的自治软件之间的相互关联，协同完成计算、控制、通信、测量、分析等功能，从而实现能源互联网的高效运行。

2.3 信息物理系统技术

将信息物理系统应用于能源互联网中，优化物理环境中计算、通信、控制等功能，可以实现电力系统的实时感知、动态调控和信息服务。例如，在用电方面，传统电网中用户不能实时了解电价信息，配电公司也不能实时了解用户的用电信息，这种信息不匹配造成能源的大量浪费，而在能源互联网中，通过信息物理系统，用户和配电公司可以了解对方的信息，从而实现两者共同的经济利益最大化并节约能源。在发电方面，传统电网不能及时获取信息，对电能的实时调度性差，所以难以满足电力系统接入大量间歇性新能源，而能源互联网中，通过信息物理系统可以实现实时智能调度，使新能源在接入骨干电网时能保持参数稳定，避免对大电网造成冲击。

2.4 大数据与云计算技术

云计算以大数据为基础，采用流数据技术来实现透明计算，可以解决未来能源互联网中的三大问题：

（1）海量数据处理与计算需求；

（2）实时数据分析；

（3）数据共享。

在能源互联网中，既有燃煤、燃气、核电、水电等传统能源设备和风电、光伏等分布式可再生能源设备，又有数以百万计的高耗能动力装置、数亿的电力用户和未来的智能家电及电动汽车，这些设备遍布各地且包含各种各样的传感器，而这些传感器产生的海量实时大数据必须通过云计算技术加以处理。

3 能源互联网+ICT的基本架构

以高稳定性和安全性的骨干通信网络为中心，架设各类通信设备，包括智能能量管理设备、智能故障管理设备、各种智能负荷和发电设备等，能源互联网+ICT的基本架构如图1所示。构建能源互联网+ICT模式，实现能量的双向流动，使得能源网络具有可再生、分布式、互联性、开放性和智能化的特点。

鉴于信息互联网与能源互联网的相似性，可以推断能源互联网在初期主要进行网络基础设施建设，将ICT技术作为能源互联网初期建设的主要任务之一，是实现具有灵活性、扩展性的分布式能源共享网络的必经之路。

4 能源互联网+ICT发展面临的问题

4.1 产业链及产业环境

能源互联网采用互联网的理念、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，这一行动跨越众多学科，涉及众多行业、技术、研发的尖端变革。

在技术创新层面：

（1）大规模分布式能源的接纳及路由传输将对大电网带来可控性问题；

（2）能源互联网产业涉及网络、通信、电力、储能、电力电子、新能源等多个领域技术的交叉融合，技术的突破需要科技方面的大量投入。

在产业环境层面：

（1）与能源互联网相关的产业发展，造成了部分产业一哄而上产生的过剩危机问题；

图1：能源互联网+ICT的架构

（2）我国能源电力行业市场仍处于相对封闭垄断，不利于发展能源互联网开放对等式的广泛互联。

4.2 ICT的“增能”效应

“摩尔定律”和“森定律”可以解释数字信息革命的发展速度，也能反映ICT产业发展所面临的问题。根据“摩尔定律”：半导体芯片上集成的元器件密度每隔18至24个月会翻一倍，可以推断随着ICT技术的发展，处理器越来越向细微化、高集成化发展，意味着ICT设备耗电量的增长与加速。“森定律”是“宽带流量随着用户人数的增加呈几何级数增加”的经验法则，为了储存庞大的数据、满足互联网用户的需求，ICT企业的数据中心越来越庞大化，极大增加了能源的消耗。数字信息革命促进了生活便利性与生产效率的提高，但同时也逐渐形成了耗电量庞大的社会。能源互联网+ICT虽然为解决环境污染、能源缺乏和能源空间分布不平衡提供了方案，但其自身依赖的ICT技术具有的“增能”问题同样不容忽视。