能源互联网是融合基础设施的典型代表

我国提出新型基础设施建设以信息基础设施为基础，带有鲜明的融合和创新特征。本文先概述信息基础设施发展过程和现状，提出信息和能源基础设施一体化理念，认为能源互联网是融合基础设施的典型代表，是新型基础设施建设的重要组成部分和核心驱动力。

（来源：微信公众号“能源研究俱乐部”ID:nyqbyj 作者：清华大学信息技术研究院、北京信息科学与技术国家研究中心 曹军威）

一、基础设施与信息基础设施

基础设施（Infrastructure）一词从上世纪20年代开始被用作公路、电网、电话、桥梁以及铁路等类似公共设施的总称，为工业经济的发展起到了支撑作用。

传统基础设施的概念更偏向能源、交通类似的物理系统，新型基础设施的提出反映出数字和知识经济时代的新要求，具有鲜明的信息物理融合特征，即在信息基础设施的基础上，发展智慧能源基础设施、智慧交通基础设施等融合基础设施，并鼓励和提倡创新。

美国国家科学基金从上世纪80年代就开始陆续资助先进计算技术的研究，包括在特定领域推动相关的应用，建设了数十个面向特定领域的信息、计算和数据的网络环境。随着美国这方面的需求急剧增加，美国2003年提出了信息基础设施（Cyberinfrastructure，简称CI）的理念，对照现实世界中基础设施的重要性，CI是从基础设施的角度，重新审视数字空间资源的结果。在数字空间中，有计算、数据、网络、软件、传感等资源，CI淡化物理资源的概念，通过构建逻辑资源层，实现资源的透明访问，而不必关心资源具体的物理地址，是基础设施视角的体现。

信息技术的发展事实上直到近十年才具有基础设施实现的可能，比如云计算提供计算和存储等资源的公用性，而数据中心是其基础设施层面的载体；5G未来会提供无所不在的人和物联网的接入服务，而铁塔基站等构成相应的基础设施，同时数据中心和铁塔基站的建设又离不开能源电力基础设施的支撑。

我国数据中心发展迅猛，近年来在数量和规模方面都形成20%以上的年增长。数据中心应用仅次于美国，位于世界第二。数据中心作为信息基础设施的核心，经历了自计算机发明出来后的多个发展阶段，我国能够在几十年后赶超世界先进，取得目前的成就实属不易。我国数据中心的发展也存在问题，比如能效方面，直接影响数据中心的运营成本，总体上我国数据中心能效水平还有差距，也是未来制约数据中心发展的主要问题。随着数据中心规模越来越大，对能耗的需求也令很多城市（负荷中心）望而生畏，极大地限制了数据中心的发展。

数据中心经历了规模化发展的阶段后，目前呈现出新的趋势，例如分布式微型数据中心的发展，在距离应用和用户比较近的地方，发展边缘数据中心，以提升对实时性要求比较高的应用的支撑；另外就是提升数据中心本身的智能化管理水平，例如Google的一项实验表明通过运用新一代人工智能方法对数据中心各项运行参数进行调节，可以提升能效15%。

反过来5G和人工智能技术的发展和应用落地也深刻影响数据中心的发展。比如5G为未来大规模物联网和传感器的接入提供了无所不在的通信基础设施，应用采集的数据量会大幅度上升，这样就需要数据中心的支持，同时因为人工智能技术的发展，比如图像处理、虚拟现实等应用场景由于实时性要求高，对基础设施的要求前移，因而传统大规模集中式的云数据中心不一定能够满足新型应用的需要，因此会出现灵活和无所不在的边缘数据中心的发展。

信息基础设施与传统基础设施的发展不能割裂开来，应该互相补充，因此融合基础设施的发展至关重要。清华大学率先提出信息能源基础设施一体化理念，主要体现为发展能源互联网。

二、能源互联网——信息能源基础设施一体化

2014年我国明确提出了能源生产与消费革命的长期战略。同时，国际上提出第三次工业革命是能源与信息技术碰撞的结果，以能源互联网为主要标志。2016年2月29日，由国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合制定的《关于推进“互联网＋”智慧能源发展的指导意见》发布。由此能源互联网发展迅速走上快车道，成为我国践行能源革命和“互联网+”战略的有力抓手。

能源互联网是以互联网理念构建的新型信息—能源融合“广域网”，它以大电网为“主干网”，以微网、分布式能源、智能小区等为“局域网”，以开放对等的信息—能源一体化架构真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度地适应新能源的接入。能源互联网借鉴互联网理念的开放、对等、互联、分享，希望实现能量的交换像互联网信息交换一样方便快捷，最终为用户提供更多价值服务。能源行业的体量加上互联网模式的创新，能源互联网一经诞生就引起了广泛关注。

基于物联网、云计算、大数据分析、人工智能、区块链等先进信息通信技术的支撑，能源互联网对数据的采集、传输、处理、决策、控制等方面提出了新的要求。尤其是区域能源互联网涉及地域范围小，实时监控要求高，更加适用基于大数据的新型传感与量测、深度数据挖掘，在线决策处理等。另一方面，信息基础设施如数据中心和5G基站等的运行本身也需要能源互联网的支撑。两方面形成了有机互补的信息能源基础设施一体化趋势。

借鉴信息基础设施中的网络路由器原理，能量路由器对能量进行存储转发，是能源互联网运行与控制的具体实施装置，在实际应用中执行能量管理系统的调控指令。从电力电子技术的角度，能量路由器代表通用化、标准化、集成化的系统解决方案，具有硬件通用化、软件定制化和即插即用等技术特征；从信息物理融合技术的角度，能量路由器既是能量管理控制又是能量计量的终端，同时可以跟数据中心等信息基础设施有机结合，是信息能源基础设施一体化的核心装备，实现能源互联网能量层面的“局域消纳在先、广域互联在后”。

能源互联网能量管理平台，是构建于基础设施之上的信息管理系统，具有多元主体接入、全景数据展现、能量信息透明、智能分析应用、价值闭环驱动等特征。能量管理平台不仅仅是用能终端用户的入口，还是供能方、网方、运营方、服务方、中间方等多方主体的入口。因此能量管理平台最终构建的是能源互联网生态圈，以此为载体实现能源互联网的用户服务和价值创造。

能源互联网实现信息能源基础设施一体化，是融合基础设施的典型代表。能源基础设施支撑下的信息化、数字化和智能化，才能进一步支撑智慧交通基础设施等其他垂直领域融合基础设施的发展，因此能源互联网是新型基础设施建设的重要组成部分和核心驱动力。

三、融合基础设施典型场景

本节举例说明信息、能源和交通基础设施融合发展的典型落地应用场景，有助于对未来新型基础设施的新模式有个直观和感性的认识。

多站合一。通过发展能源互联网，将数据中心、能源站、变电站、储能站等基础设施实现多站合一，进而提高多种基础设施融合的整体效率。多站合一的优势包括：实现资源优化互补、提高能源利用效率；集成化设计节省空间、增加运营面积、提高收益率；减少供电备用、减少静默成本；智慧化设计提高运维效率；集中维护成本降低等。

基站微电网。5G时代通信基站用电量成倍增长，同时现有铁塔基站还有供电可靠性受天气等条件变化的影响较大，电源及电池巡检和应急成本很高等问题。发展基站交直流混合微电网，可以接入光伏和储能等分布式电源，面向峰谷差利用，控制充放电特性，实现合同能源管理。

光储充。面向电动汽车充电应用，基于能量路由器实现光储充集成化系统，可以通用化实现光伏逆变器、储能PCS、电动汽车充电功率模块、并网变流器等，上层实现能量调度管理、电能质量治理以及电量交易等高级应用。

城市轨道交通。城市轨道交通系统面临可持续发展难题，基于能量路由的理念，可以将电网供电、列车牵引供电、再生制动能量回馈、储能充放电、新能源发电、厂站冷热电三联供等集成实现，搭载电网调峰控制、电能质量调节等高级应用，达到提高全系统效能、降低生命周期成本的目标。

四、未来发展建议

我国提出的新型基础设施建设包括智慧能源基础设施、智慧交通基础设施等内容，信息基础设施纳入基建范畴，会在更广泛的层面上动员政府、资本等各方面的投入，势必会形成新一轮的投资热点和建设热潮，进而成为下一轮新经济发展的引擎。

信息、能源、交通基础设施具有广泛密切的联系，而不是相互割裂，因此需要相互影响，加强顶层设计。一方面政策上应鼓励基础设施的融合发展，另外也应该以应用效果为导向，而不是一味追求投资和建设规模，比如鼓励分布式、微型和边缘数据中心等新形式和商业模式的发展。另外应最大程度提高基础设施建设和运维的技术水平，鼓励模块化、智能化和软件定义等新技术的应用发展，在基础设施大发展的同时培养出高素质高水平的产业队伍。

信息基础设施建设要强调创新驱动，具体实施层面关键是要从更广泛的基础设施的视角去审视，在布局方面应该顺应信息能源基础设施一体化的大趋势。结合能源互联网的发展，尽最大程度与能源基础设施相结合，解决数据中心能效等方面的瓶颈问题；在市场需求方面，既要看到当下典型的应用需求，又要有基础设施的长远眼光，着力于未来公用事业场景的要求；在技术层面上应该打破条条框框鼓励创新，不应该受制于现行的技术标准，而应该因地制宜、因时制宜发展新技术、新模式和新业态。

电网是传统基础设施的典型代表，切入新基建应该走融合基础设施的道路，与信息基础设施的融合是主要方向，能源互联网是主要载体。但关键是观念和视角的转变，更多从基础设施的角度去深刻理解电网企业的业务和场景。因此电网企业的价值应该从更好地服务用户角度出发去体现，综合能源服务、新能源消纳、储能发展、电动汽车充电等都是具体的形式，甚至可以跨出能源电力领域，与信息和交通基础设施融合发展，激发平台效应。因此新型基础设施建设提到的是更广泛和更融合的智慧能源基础设施，应该更多地跳出电网本身看电网，从能源互联的角度、从信息能源交通融合的角度去发挥电网作为核心与其他相关基础设施融合并为终端用户“赋能”的作用。

原文首发于《电力决策与舆情参考》2020年6月12日第23期