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在我国,有效提升我国在能源领域的科技创新和装备制造水平,是一项重大国家战略。因此,继智能电网大规模建设后,能源互联网同时吸引了包括政府部门、研究机构、能源企业、IT企业、互联网企业、金融企业的高度关注。李克强总理多次提及里夫金的著作,并以国家形式推动“互联网+”行动[68],在能源领域即表现为能源互联网,为此国家能源局制定并将颁布能源互联网国家行动计划,将其上升至国家战略层面[69]。
能源领域的国家电网公司提出了全球能源互联网概念,可视为国家“一路一带”战略在能源领域一次大胆尝试[70,71]。新奥集团在其泛能网理念基础上,进一步推出互联网能源系统概念[72]。华为公司专门成立电力、石油及天然气行业的研发团队,进军分布式光伏发电、智能变电站等领域,并提出全联接电网概念[73-75],我们从中可感受到中国民营企业在能源领域的灵敏嗅觉。
此外,以硬件产品起家的华为公司对于能源互联网的未来发展,有着自己独立的思考和认识,表现出优秀企业的内在特质[75]。国内能源互联网的各类研究更是异常火热[60-62,76-78]。2015年4月,由清华大学倡导,国家组织召开了第523次香山会议,主题聚焦“能源互联网:前研科学问题与关键技术”,是国内该领域学术思想的一次集中碰撞[79]。
2.3能源互联网的一些热点问题
在能源互联网火热研究的背景下,同样难以全面介绍该领域的热点问题,我们也仅选择如下几个典型研究内容进行回顾。
1)信息物理系统
ICT技术和能源系统的深度融合是能源互联网的一个最显著特征,无论采用何种构架方案,能源互联网都表现为一个复杂的信息物理系统[80,81],能量流和信息流特征各异却紧密耦合且相互影响。
这里仅以里夫金所提能源互联网构架为例,它是由新型电力电子器件和智能化的ICT控制技术,将传统电力系统、分布式的可再生能源发电设备、储能设备、能源变换设备和终端用户紧密连接形成的智能化的信息物理系统[1]。
电力系统作为一个需要实时完成电能产生、传输、分配、消费的复杂物理系统,其中的能量流是连续变动的,存在着我们所熟知的超高维数、强非线性、多时标性、多耦合性等物理特性;ICT系统中的信息则是由数据包构成,属于断续传输,ICT系统也存在自身网络如何优化,安全性、可靠性和鲁棒性如何提升等问题。
而两种特性各异的系统密切交织在一起,能源互联网系统的协同仿真、一体化规划、优化运行、安全防控、性能提升等研究[80-85],将变得更为复杂。因此,有关信息物理系统的相关研究,成为能源互联网的一个重要研究方向。
2)能量路由器
能源互联网具有的开放互联、用户广泛参与等特性,对传统封闭运行的电力网络提出了全新挑战。能量路由器被视为解决这一问题的关键技术和核心装备,其概念最早由电力电子领域的学者提出[64]。
图6为其实现原理示意[86]。它集电力电子变压器(SolidStateTransformer,SST)、快速智能开关、无功补偿装置、信息采集装置等于一体,利用网络技术,可实现远程组网调控,能量智能传输、分配和调控[87,88]。能量路由器既可视为电力系统追求开放互联的一种自然之需,也可视为电力电子器件和装置研究向网络化和系统化层面延伸的必然结果。国际上,除一些高校和科研机构外[86-90],很多知名企业,如ABB、GE等均已进行了能量路由器技术的布局,并研发了原型机[91,92],以抢占市场先机。
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