當前，隨著化石燃料的逐漸枯竭以及帶來的環(huán)境污染問題日趨嚴峻，以化石燃料為能源驅(qū)動的工業(yè)革命的模式正逐步走向終結(jié)，可再生能源行業(yè)正在指數(shù)增長，成為人類發(fā)展所需要的下一代能源。
當然，正如第一次和第二次工業(yè)革命一樣，新能源的發(fā)展也需要配套的基礎(chǔ)設(shè)施——在可再生能源時代，以可再生能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為突出特征的能源互聯(lián)網(wǎng)就是新能源發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。能源互聯(lián)網(wǎng)將改變能源的生產(chǎn)和社會分配方式，并推動一種互聯(lián)網(wǎng)和新能源相結(jié)合基礎(chǔ)上的新經(jīng)濟到來。
用互聯(lián)網(wǎng)來分配能源
回顧第一次和第二次工業(yè)革命，不難發(fā)現(xiàn)，雖然生產(chǎn)力的飛躍和經(jīng)濟的跨越式增長的可能離不開對于化石能源的利用，但這背后，還需要的是通信/能源矩陣和包括企業(yè)通用技術(shù)平臺在內(nèi)的配套基礎(chǔ)設(shè)施的支持。電網(wǎng)就是傳統(tǒng)能源基礎(chǔ)設(shè)施的典型。如果沒有電網(wǎng)，福特就無法利用工廠中的電動工具，無法享受它所帶來的效率和生產(chǎn)力的極大進步。
再比如，如果沒有電報及后來的電話，企業(yè)就不能與上游供應(yīng)商和下游分銷商實現(xiàn)即時通信，企業(yè)的內(nèi)部和外部運營指令鏈條也無法實現(xiàn)即時訪問，這樣一來，企業(yè)就不可能通過大規(guī)模垂直集成的運營模式提高效率和生產(chǎn)力。如果沒有遍及全國市場的完備的道路系統(tǒng)，企業(yè)也不能大幅降低物流成本。
同樣，電網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)以及在全國道路系統(tǒng)上運行的汽車和卡車，這些都需要消耗化石燃料能源，從而需要建設(shè)垂直集成的能源基礎(chǔ)設(shè)施，以便在油井、煉油廠和加油站之間輸送能源。
對于今天的新能源來說，也是一樣的道理。美國賓夕法尼亞大學(xué)教授杰里米·里夫金認為，今天，人類的工業(yè)文明正處在一個十字路口，由石油和其他化石燃料所支撐的工業(yè)化的生活已經(jīng)日趨衰落?；茉慈諠u昂貴，而太陽始終照耀地球，每天也總有某些地方刮風(fēng)，很多國家擁有潮汐漲落的海岸線，山區(qū)可以發(fā)展水電。此外，通過對垃圾的管理，可以開啟利用生物能的途徑，還有地?zé)崮茉吹鹊取５绻@些能源的分配方式采用石油和天然氣的集中化模式，卻是無法管理整個世界經(jīng)濟的。
在里夫金描繪的工業(yè)革命中，每座大樓、每座房屋都將變成能源生產(chǎn)的來源，因此，需要一個通信網(wǎng)絡(luò)來分配這些能源。而互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)正是合作，也因此，互聯(lián)網(wǎng)才能夠為管理和分配提供了可能性。事實上，里夫金所指的一個分配能源的通信網(wǎng)絡(luò)，就是能源互聯(lián)網(wǎng)。
能源互聯(lián)網(wǎng)以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，以能源配送網(wǎng)為基礎(chǔ)，以大規(guī)?？稍偕茉春头植际侥茉礊橹饕尤?，實現(xiàn)信息技術(shù)與能源基礎(chǔ)設(shè)施融合，通過能源管理系統(tǒng)對接入能源基礎(chǔ)設(shè)施實施廣域優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，從而實現(xiàn)冷、熱、氣、水、電等多種能源優(yōu)化互補，提高能源使用效率。能源互聯(lián)網(wǎng)這樣的新型能源體系賦予能源以信息一樣的屬性，在網(wǎng)絡(luò)中可以自由地接入、分享和調(diào)度分配。
能源互聯(lián)網(wǎng)集通信、網(wǎng)絡(luò)、控制特征于一身。通過賦予能量以信息的屬性，讓能量交換可以像信息通信一樣迅捷高效；讓能量在網(wǎng)絡(luò)中形成平等自由流動、自我調(diào)節(jié)機制；也讓能量的控制精準化。從技術(shù)、系統(tǒng)、設(shè)施的角度看，能源互聯(lián)網(wǎng)就是“信息基礎(chǔ)能源基礎(chǔ)”設(shè)施的一體化。
在《第三次工業(yè)革命》中，里夫金描繪了這樣一個宏偉藍圖：數(shù)以億計的人們將在自己家里、辦公室里、工廠里生產(chǎn)出自己的綠色能源，并在“能源互聯(lián)網(wǎng)”上與大家分享，這就好像現(xiàn)在我們在網(wǎng)上發(fā)布、分享消息一樣。可以預(yù)見，在未來，能源民主化還將從根本上重塑人際關(guān)系，并深刻影響社會的生產(chǎn)和生活。
能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一環(huán)
大多數(shù)一次能源，尤其是水能、太陽能、風(fēng)能等可再生能源都需要轉(zhuǎn)換為電能，才能夠被人類大規(guī)模有效利用，人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾娔芤仓饕獊碜云渌问侥芰康霓D(zhuǎn)換。將電力擺在能源戰(zhàn)略的中心地位，客觀上是由電力特性、資源分布和能源發(fā)展規(guī)律所決定的。
無論從電力與其他能源之間的關(guān)系來看，還是從保障能源安全、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能減排及和諧社會建設(shè)等方面來看，電力的作用都十分重要。電力能源是人類社會經(jīng)濟生活中的主要動力來源，也是最重要的二次能源。持續(xù)、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)是工業(yè)化邁向現(xiàn)代化進程的重要保障。
并且，電能與其他能源不同，電力能源不能大規(guī)模儲存，發(fā)電、輸電、配電和用電在同一瞬間完成，發(fā)電和用電之間必須時刻保持供需平衡，一旦平衡被破壞，將危及用電和設(shè)備的安全。
因此，安全和穩(wěn)定是電力系統(tǒng)正常運行不可缺少的最基本條件。其中，安全就是指運行中的所有電力設(shè)備必須在它們允許的電流、電壓和頻率的幅值和時間限額內(nèi)運行，不安全的后果可能導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞；穩(wěn)定則是指電力系統(tǒng)可以連續(xù)向電力用戶正常供電的狀態(tài)。
一個電力系統(tǒng)往往包括千萬家電力用戶，其用電的時間和用電的數(shù)量雖然有一定規(guī)律，但很難準確預(yù)測。為了滿足用戶的電能需要，電力系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電容量和設(shè)備均需要有相應(yīng)的備用容量，以適應(yīng)各種用戶用電因素的變化。
然而，當前，社會用電需求的不斷增長正在給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)。根據(jù)調(diào)研機構(gòu)的數(shù)據(jù)，2021年全球電力需求激增，為全球主要的電力市場造成更大壓力，將電力價格推至前所未有的水平，并將電力部門的碳排放量推至歷史新高。今天，全世界的供電現(xiàn)狀并不是很樂觀，還有大約23%的人得不到供電，25%的人只能得到部分供電，這說明目前的能源分配模式不能滿足需要。
這也是為什么能源互聯(lián)網(wǎng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)就是電網(wǎng)互聯(lián)的原因，電網(wǎng)互聯(lián)可以實現(xiàn)不同發(fā)電方式之間的互補，有助于降低新能源發(fā)電的波動性對電網(wǎng)的影響。同時，大范圍互聯(lián)也可以平衡不同區(qū)域負荷的峰谷差，有利于高比例的新能源接入和消納利用。
在發(fā)電領(lǐng)域，提高清潔能源或新能源發(fā)電比例，將促進大型火電機組、水輪機組、核電機組等裝備產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級，帶動低成本、高效率光伏板等組件材料的自主研發(fā)等。
在輸電領(lǐng)域，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠滿足大容量、遠距離電力輸送需求以及高比例新能源的接入輸送需求，將促進特高壓輸電技術(shù)、柔性直流輸電技術(shù)、超導(dǎo)輸電技術(shù)以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和柔性控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，促進高壓電纜、換流閥、套管等輸電裝備等電力電子控制設(shè)備制造及超導(dǎo)材料的自主研發(fā)等。
在配電領(lǐng)域，能源互聯(lián)網(wǎng)需要滿足電動汽車、變頻器等負荷和新能源分布式發(fā)電的靈活接入需求，將促進電動汽車充電技術(shù)、儲能技術(shù)、智能微電網(wǎng)與控制技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。
此外，能源互聯(lián)網(wǎng)的實施與構(gòu)建還將進一步帶動互聯(lián)網(wǎng)、通信、交通等其他行業(yè)的發(fā)展與變革，直接帶動研究設(shè)計、軟件開發(fā)、生產(chǎn)運行等產(chǎn)業(yè)鏈條相關(guān)環(huán)節(jié)的快速發(fā)展，依賴于電力系統(tǒng)、信息通信、數(shù)據(jù)處理、先進控制等多個領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，尤其是在傳感器、芯片、電力電子器件、高端新型材料等尖端技術(shù)上實現(xiàn)突破。
可以說，能源互聯(lián)網(wǎng)將有望改變能源利用方式和人類生活習(xí)慣及用能理念，將使困擾人類的能源生態(tài)問題得到解法。
當互聯(lián)網(wǎng)和新能源結(jié)合
2008年，美國最早提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，并成立了未來可再生能源傳輸與管理系統(tǒng)中心（FREEDM），位于北卡州立大學(xué)，F(xiàn)REEDM旨在推進電力系統(tǒng)與電力電子技術(shù)、信息技術(shù)的深度融合，重點利用功率電子技術(shù)來解決分布式可再生能源的接入問題，實現(xiàn)分布對等的系統(tǒng)控制與交互，通過云計算和大數(shù)據(jù)的智能分析，在未來配電網(wǎng)層面實踐能源互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)想。
一直以來，美國在軟件技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)方面無論是技術(shù)還是人才都有雄厚基礎(chǔ)，且占據(jù)全球優(yōu)勢地位，加之政府所營造的自由優(yōu)越的創(chuàng)新環(huán)境，極客和創(chuàng)客積極參與?？梢哉f，如今，美國在新能源上已悄然進入了新硬件時代。
2011年，歐洲啟動了未來智能能源互聯(lián)網(wǎng)(Future Internet for Smart Energy, FINSENY)項目，該項目的核心在于構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)的ICT平臺，支撐配電系統(tǒng)的智能化；通過分析智能能源場景，識別ICT需求，開發(fā)參考架構(gòu)并準備歐洲范圍內(nèi)的試驗，最終形成歐洲智能能源基礎(chǔ)設(shè)施的未來能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺。
日本的能源互聯(lián)網(wǎng)代表項目由日本數(shù)字電網(wǎng)聯(lián)盟提出，其主旨是通過“電力路由器”的設(shè)置，使得電能可根據(jù)網(wǎng)內(nèi)情況自動選擇輸電、配電的最佳路徑，從而形成分布式電能發(fā)電、輸電、配電、用電“發(fā)輸配用”電的全局優(yōu)化調(diào)度控制。
當前，作為借鑒互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)架的以電力為中心的多能源結(jié)構(gòu)網(wǎng)，能源互聯(lián)網(wǎng)的開放互聯(lián)、能量交換與路由、關(guān)注商業(yè)模式和用戶服務(wù)的特征，使得能源互聯(lián)網(wǎng)正在成為新一代能源系統(tǒng)，并推動一種互聯(lián)網(wǎng)和新能源相結(jié)合基礎(chǔ)上的新經(jīng)濟到來。正如里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書曾預(yù)言的那樣：一種建立在互聯(lián)網(wǎng)和新能源相結(jié)合基礎(chǔ)上的新經(jīng)濟即將到來。
實際上，互聯(lián)網(wǎng)思維倡導(dǎo)的正是個體的自由參與，通過在開放平臺生產(chǎn)和消費內(nèi)容，打破信息不均衡的體系生態(tài)。用互聯(lián)網(wǎng)思維來考慮能源體系的發(fā)展，本質(zhì)上說是一條能源發(fā)展的“群眾路線”。歸結(jié)而言，能源革命需要人們思維和開放機制，才有可能顛覆寡頭壟斷格局，產(chǎn)生一股全面且富有推動力的改革源泉，為經(jīng)濟發(fā)展和人類生產(chǎn)方式帶來新動力，同時為生態(tài)環(huán)境治理賦予新契機。
比如，電力體制改革就為能源互聯(lián)網(wǎng)釋放了巨大商機。一方面，新電改方案為微電網(wǎng)發(fā)展釋放了巨大紅利，分布式新能源的接入不再局限于單個用戶，儲能、新能源汽車充電可以在全網(wǎng)范圍內(nèi)調(diào)配售出。另一方面，未來電力系統(tǒng)的售電側(cè)將形成市場化售電機制。售電、用電、發(fā)電用戶能以B2B、O2O以及更多模式運營，用戶負荷曲線將得到自主協(xié)調(diào)，能源利用效率會大幅提高。
能源互聯(lián)網(wǎng)試圖把各種能源組合成一個包含智能通信、智能電網(wǎng)、智能交通等眾多智能與綠色概念的超級網(wǎng)絡(luò)。如今，能源互聯(lián)網(wǎng)廣闊的市場前景，已經(jīng)吸引了人們越來越多的關(guān)注。如何在切中人類經(jīng)濟發(fā)展最要緊命脈的基礎(chǔ)上掀起一場新革命，也是能源市場即將面對的遠征。
