1、清華大學(xué)信息技術(shù)研究院清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）2014.12.5能源互聯(lián)網(wǎng)研究背景與概要信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施化信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化提綱目前相關(guān)工作能源互聯(lián)網(wǎng)2曹軍威 | 我國(guó)面臨能源革命我國(guó)能源資源相對(duì)缺乏我國(guó)已成為世界第一能源消費(fèi)國(guó)如繼續(xù)以年平均8.9%的增速，到2020年能源消耗將達(dá)到79億噸標(biāo)煤，占目前世界能源消耗的一半。如此發(fā)展難以長(zhǎng)期持續(xù)！習(xí)近平2014年6月13日主持召開中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議，研究我國(guó)能源安全戰(zhàn)略。習(xí)近平發(fā)表重要講話強(qiáng)調(diào)，能源安全是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問(wèn)題，對(duì)國(guó)家繁榮發(fā)展、人民生活改善、社會(huì)長(zhǎng)治久安至關(guān)重要。面對(duì)能源供需格局新變化、國(guó)際

2、能源發(fā)展新趨勢(shì)，保障國(guó)家能源安全，必須推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命。推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命是長(zhǎng)期戰(zhàn)略，必須從當(dāng)前做起，加快實(shí)施重點(diǎn)任務(wù)和重大舉措。3曹軍威 | 18世紀(jì)60年代國(guó)外提出第三次工業(yè)革命第一次工業(yè)革命：蒸汽機(jī)作為動(dòng)力機(jī)被廣泛使用，機(jī)器代替了手工勞動(dòng)，使人類社會(huì)對(duì)能源需求大大提高第二次工業(yè)革命：電的發(fā)現(xiàn)和利用、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械技術(shù)的發(fā)展直接推動(dòng)了第二次工業(yè)革命，人類這一百多年的文明發(fā)展伴隨著能源的急速消耗，對(duì)能源的需求還在不斷增加19世紀(jì)70年代當(dāng)今“第三次工業(yè)革命”：融合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源技術(shù)，構(gòu)建新型能源供需架構(gòu)的思路，能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)獲得廣泛關(guān)注5曹軍威 | 英國(guó)金融時(shí)報(bào)2011年

3、5月10日刊登杰里米里夫金“在即將到來(lái)的時(shí)代，我們將需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)“能源互聯(lián)網(wǎng)”，讓億萬(wàn)人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)綠色可再生能源。”能源互聯(lián)網(wǎng)第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志“未來(lái)的智能電網(wǎng)，是網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動(dòng)的“能源互聯(lián)網(wǎng)”。科技日?qǐng)?bào)2013年12月5日刊登國(guó)家電網(wǎng)公司6曹軍威 | 基礎(chǔ)設(shè)施未來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施？TransportationTelecommunicationPower gridsInternet人類創(chuàng)造的最復(fù)雜的系統(tǒng)技術(shù)革新、工業(yè)革命最終歸結(jié)為新基礎(chǔ)設(shè)施的形成：水、氣、熱、電、交通源：集中統(tǒng)一提供管：專業(yè)化的運(yùn)營(yíng)管理用：方便、便宜、安全、可靠21世紀(jì)的新基礎(chǔ)

4、設(shè)施？Cyber-Enabled? (NSF)Info-Centric? (Berkeley)7曹軍威 | 基礎(chǔ)設(shè)施集中統(tǒng)一傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施：源用分離、以管連接電網(wǎng)和云計(jì)算8曹軍威 | 計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施化云安全 性能 評(píng)價(jià) 物理資源- - .虛擬資源基礎(chǔ)平臺(tái)(IaaS)虛擬資源應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)(PaaS)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)(SaaS)云資源調(diào)度公有云私有云I/O服務(wù)器存儲(chǔ)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)虛擬化資源封裝資源描述資源監(jiān)控虛擬資源調(diào)度虛擬資源容錯(cuò)管理 虛擬資源監(jiān)控管理 應(yīng)用使能應(yīng)用組合 應(yīng)用安全機(jī)制 信任 機(jī)制 隱私保護(hù) 可靠性 可擴(kuò)展性 評(píng)價(jià)指標(biāo) 混合云從網(wǎng)格計(jì)算、服務(wù)計(jì)算到云計(jì)算，計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施化逐步完善！10曹軍

5、威 | 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)新型體系結(jié)構(gòu)服務(wù) = 數(shù)據(jù)+傳輸+存儲(chǔ)+計(jì)算服務(wù)是互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值的本質(zhì)體現(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)云服務(wù)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)不僅僅是傳輸、交換的基礎(chǔ)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)還可以看作是一個(gè)服務(wù)池引用：劉韻潔，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及前景，201112曹軍威 | 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)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)、分布式能源等能量自治單元為“局域網(wǎng)”，以開放對(duì)等的信息能源一體化架構(gòu)實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，因此可以最大限度的適應(yīng)新能源的接入。“主干網(wǎng)”對(duì)應(yīng)大電網(wǎng)、輸電網(wǎng)“廣域網(wǎng)”對(duì)應(yīng)配電網(wǎng)“局域網(wǎng)”對(duì)應(yīng)微網(wǎng)和分布式能源等等14曹軍威 | 直流交流變電站主網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)典型

6、場(chǎng)景能源路由器能源路由器能源路由器能源形式多種多樣，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(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在考慮互聯(lián)問(wèn)題時(shí)以電網(wǎng)為主；能源互聯(lián)網(wǎng)是采取自下而上分散自治協(xié)同管理的模式，與目前集中大電網(wǎng)模式相輔相成，符合電網(wǎng)發(fā)展集中與分布相結(jié)合的大趨勢(shì)；目前開展的智能電網(wǎng)基本是現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)下的信息化、智能化，能源互聯(lián)網(wǎng)是借鑒互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)架的新型電網(wǎng)，其中的開放互聯(lián)、能量交換與路由等特征有別于目前一般意義下的智能電網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)我們的思考和認(rèn)識(shí)16曹軍威 | 以互聯(lián)網(wǎng)的開放對(duì)等理念和體系架構(gòu)為指導(dǎo)，形成新型的能源網(wǎng)。這時(shí)候能源互聯(lián)網(wǎng)（Energy Internet）的本質(zhì)是能

7、源網(wǎng)！以美國(guó)的FREEDM為典型代表，效仿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心路由器，提出了能源路由器的概念并且進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)。借助互聯(lián)網(wǎng)收集能源相關(guān)信息，分析決策后指導(dǎo)能源網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度。這時(shí)候能源互聯(lián)網(wǎng)（Internet of Energy）的本質(zhì)還是信息互聯(lián)網(wǎng)！以歐洲的e-Energy為典型代表，打造一個(gè)基于信息和通信技術(shù)的能源供應(yīng)系統(tǒng)，連接能源供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)示范應(yīng)用形成能源需求和供給的互動(dòng)。以上兩種理解混合在一起，兩種成分都有，以日本的數(shù)字電網(wǎng)、電力路由器為典型代表。能源互聯(lián)網(wǎng)的三種理解我們提出信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化意義下的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)！17曹軍威 | 直流交流數(shù)據(jù)中心傳感器傳感器變電站云平臺(tái)

8、數(shù)據(jù)中心信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化能源路由器將未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施整體嵌入能源互聯(lián)網(wǎng)：數(shù)據(jù)中心與能源路由器一體化能源路由器為數(shù)據(jù)中心供電，降低數(shù)據(jù)中心靜默成本數(shù)據(jù)中心為能源路由動(dòng)態(tài)規(guī)劃調(diào)度提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算支持云平臺(tái)的軟件定義能力為能量交換與路由提供靈活定制能力儲(chǔ)能共用數(shù)據(jù)中心備用、能量平滑光纖通信與輸電線路一體化與多種能源形式相結(jié)合，提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性，如電力電子、儲(chǔ)能等信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化20曹軍威 | 以前信息通信/能源電力發(fā)展的三個(gè)階段第一個(gè)階段：數(shù)字化、信息化階段。信息通信為能源電力行業(yè)提供服務(wù)。帶來(lái)方便、快捷等好處。第二個(gè)階段：智能化階段。也就是智能電網(wǎng)階段。信息通信成為能源電

9、力基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的組成部分，以信息流與能量流的結(jié)合為特征。現(xiàn)在未來(lái)第三個(gè)階段：信息物理融合階段。也就是能源互聯(lián)網(wǎng)階段。信息通信基礎(chǔ)設(shè)施與能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的一體化。我們提出信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化意義下的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)21曹軍威 | 借鑒內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)計(jì)通信網(wǎng)絡(luò)接口能源網(wǎng)絡(luò)接口智能處理：數(shù)據(jù)中心控制：電力電子緩存：儲(chǔ)能信息能源業(yè)務(wù)應(yīng)用接口23曹軍威 | 能源路由、底層通訊和上層應(yīng)用管理的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源流的雙向?qū)Φ扔行鬏敗Ｄ茉矗娏Γ┣袚Q能源（電力）路由開關(guān)路由電能質(zhì)量調(diào)節(jié)波形變化大數(shù)據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)中心能源路由器方案設(shè)計(jì)24曹軍威 | 123AEBCDF123隔離取電柜取電柜由干式單相隔離

10、變壓器組成儲(chǔ)能與功率柜變電部分包含IGBT功率元件及其驅(qū)動(dòng)元件等，儲(chǔ)能柜由超級(jí)電容模組組成控制與開關(guān)柜控制部分由控制箱和工控機(jī)組成；開關(guān)柜又包含配電柜，由各種傳感器，交流斷路器，交流接觸器等保護(hù)開關(guān)以及儀器儀表組成GAEBCDFB電力電子設(shè)備：能源路由器機(jī)柜布局：傳感器霍爾電壓，電流傳感器，各種儀表，備用電源等保護(hù)開關(guān)交流斷路器，交流接觸器，晶閘管等隔離變壓器單相，干式風(fēng)冷功率元件IGBT，驅(qū)動(dòng)板，散熱器等儲(chǔ)能設(shè)備：超級(jí)電容模組由卷繞式超級(jí)電容及其相應(yīng)的過(guò)壓過(guò)溫保護(hù)和散熱系統(tǒng)組成控制箱內(nèi)含主控制板，采集板，信號(hào)調(diào)理板和開入開出板等控制核心工控機(jī)與集群數(shù)據(jù)中心通訊，設(shè)備監(jiān)控，高級(jí)系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)等控

11、制及通信設(shè)備：其他設(shè)備：G能源路由器實(shí)驗(yàn)室裝置示意圖26曹軍威 | 2014年8月16日，中國(guó)智能電力產(chǎn)學(xué)研合作聯(lián)盟在亦莊發(fā)起，是由清華大學(xué)電機(jī)系和節(jié)能、新能源、信息技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)業(yè)的公司發(fā)起組成的行業(yè)性戰(zhàn)略合作組織。同時(shí)在北京市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)北京能源互聯(lián)網(wǎng)研究院以及產(chǎn)業(yè)園。能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)推廣天津大學(xué)電氣工程學(xué)院華北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院中國(guó)電力科學(xué)研究院南方電網(wǎng)科學(xué)研究院中國(guó)電力國(guó)際發(fā)展有限公司北京能源投資（集團(tuán)）有限公司江蘇省（張家港）智能電力研究院北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司南京南瑞繼保電氣有限公司榮信電力電子股份有限公司世紀(jì)

12、互聯(lián)數(shù)據(jù)中心有限公司北京泰豪智能科技有限公司盛隆電氣集團(tuán)有限公司北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司 北京國(guó)網(wǎng)電力技術(shù)有限公司北京嘉捷企業(yè)匯科技有限公司北京城市系統(tǒng)工程研究中心江蘇清之華電力電子科技有點(diǎn)公司北京藍(lán)普鋒科技有限公司北京群菱能源科技有限公司北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司北京索英電氣北京玖典科技發(fā)展有限公司中能世華（北京）節(jié)能科技有限公司北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司上海長(zhǎng)能電力設(shè)備成套有限公司張家港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)發(fā)改局泉州科力電氣有限公司鋒電能源技術(shù)有限公司康明斯（中國(guó)）投資有限公司北京博力新力電氣股份有限公司紫光（北京）智控科技有限公司億江（北京）科技發(fā)展有限公司珠海匯達(dá)豐電力發(fā)展（集團(tuán)）有限公司珠海新能源智能電網(wǎng)展業(yè)聯(lián)盟協(xié)會(huì)福建省中能泰豐特種保溫技術(shù)有限公司張家港市匯金電力材料有限公司沈陽(yáng)鼎盛中貝機(jī)電設(shè)備有限公司北京品傲光電科技有限公司北京時(shí)代博誠(chéng)能源科技有限公司北京易康盛世科技有限公司北京嘉捷恒信能源技術(shù)有限責(zé)任公司北京嘉信高節(jié)能科技有限公司鋒電能源技術(shù)有限公司億江（北京）科技發(fā)展有限公司北京龍?jiān)蠢鋮s技術(shù)有限公司易美芯光（北京）科技有限公司27曹軍威