令我印象深刻的是在 90 年代，當時我正好上大學，那時剛剛開始可以在大學宿舍里攢自己的計算機，攢自己的網(wǎng)絡(luò)。大家真的需要用計算機網(wǎng)絡(luò)交換信息嗎？其實當時并沒有這么強的需求，但是大家都很愿意去連網(wǎng)。其實互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)，是信息或人的個性的自由化。

能源行業(yè)正處在這樣的一個啟蒙階段，叫能源自由化的階段。

有一天是不是每個人在家里就可以攢出一個能源系統(tǒng)？是不是需要一個能量路由器？是不是能像計算機網(wǎng)絡(luò)一樣即插即用就可以把一個能源系統(tǒng)搭建起來？所有這些暢想其實離我們并不遙遠，作為研究人員，我們已經(jīng)開始做這項工作了。

“能源+互聯(lián)網(wǎng)”實現(xiàn)能源自主可控

首先給大家展現(xiàn)一個場景，現(xiàn)在給手機充電的是一個很小的充電寶，如果這個充電寶變大一些是不是能給整個家庭充電？比如家里有一個屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，未來電動汽車普及以后車也可以在家里充電，這本質(zhì)上就形成了一個能量系統(tǒng)。

有了能量系統(tǒng)我們能在家里做什么？

比如我會選擇在晚上來給電動汽車充電，因為晚上的電價最便宜。在歐美電力市場比較發(fā)達的地區(qū)有峰谷電價差，在白天用電高峰期電價比較貴，在晚上用電低谷期甚至有電費為負的情況。所以讓儲能系統(tǒng)晚上吸取低價電量白天放出電量，這就不用給電網(wǎng)交高價的電費。

我們可以有一個集中的運行控制中心，這個控制中心甚至可以在手機上來操控，這樣的意義就是能源的自主可控，我的能源我做主，如果隔壁家的電源電能不夠還可以賣給他,這些都是能源互聯(lián)網(wǎng)展現(xiàn)給我們的未來場景。

所以家庭式的能源互聯(lián)網(wǎng)跟我們每個人息息相關(guān)，如果把類似的場景拓展到更大的園區(qū)場景就會更加豐富化。

有一種情況叫源網(wǎng)荷協(xié)同，在一個系統(tǒng)里電源、電網(wǎng)和負荷協(xié)同工作，如果整個社區(qū)都跟電網(wǎng)互動，就可以把電網(wǎng)的高峰期削減、低谷期填平。我們知道電、能量的基本屬性是發(fā)了多少能源就必須用多少，除非有大規(guī)模的儲能，否則整個穩(wěn)定性就會受到影響，所以有一個穩(wěn)定的負荷非常重要。

有了能量系統(tǒng)在園區(qū)里還可以做什么？

比如發(fā)配售一體，目前我們國家在能源系統(tǒng)上是垂直管理，到了一個小園區(qū)甚至一個樓宇，所有不同的能源形式和系統(tǒng)都是獨自管理，它們之間沒有更多的協(xié)調(diào)關(guān)系，也沒有區(qū)域的運營商。未來能源互聯(lián)網(wǎng)可以從邊緣做起變成區(qū)域的運營，這樣的運營實體有利于區(qū)域能效的提升，甚至解決我們現(xiàn)在遇到的其他問題，如節(jié)能、減排、環(huán)保等等。

未來如果這種分布式的光伏或者風能，能夠逐漸地以分布式、互聯(lián)網(wǎng)的形式普及，就可以通過區(qū)域能源的形式，推出一種自下而上構(gòu)建的能源基礎(chǔ)設(shè)施，以區(qū)域為中心來運營的能源形式。

剛講到的兩個最基本的場景，從家庭到區(qū)域，實際上未來可以擴展到一個城市變成一個自治的能源系統(tǒng)。我們關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的基本理解，實際上是借鑒了互聯(lián)網(wǎng)的理念，本質(zhì)上就是能量的分發(fā)。

手機沒電了？等等我馬上給你轉(zhuǎn)發(fā)一份能量

如果 90 年代是互聯(lián)網(wǎng)啟蒙的階段，那么我們說現(xiàn)在是能源系統(tǒng)，尤其是分布式的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)啟蒙的階段。能源和互聯(lián)網(wǎng)類比起來大家會看到驚人的相似性，也許未來十年、二十年能源系統(tǒng)所走的路就跟前二十年互聯(lián)網(wǎng)走的路驚人的相似。

在 2011 年美國學者里夫金的《第三次工業(yè)革命》這本書里邊提到，第三次工業(yè)革命的一個重要標志就是能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，他用一句話來概括：在即將到來的時代，我們需要創(chuàng)建一個能源互聯(lián)網(wǎng)，讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室或者工廠里生產(chǎn)可再生能源。

大家在面對能源問題時會跟互聯(lián)網(wǎng)類比，在互聯(lián)網(wǎng)上很難想象信息會枯竭，但在能源領(lǐng)域會想到能源的可持續(xù)發(fā)展問題。對于化石能源有的人說 50 年，有的人說 100 年就沒了，相反在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大家唯一擔心的是信息爆炸。為什么在能源領(lǐng)域我們覺得有些封閉、遙遠？而互聯(lián)網(wǎng)會跟我們離得近、更開放？

現(xiàn)在我們轉(zhuǎn)發(fā)一條消息有人看，如果我轉(zhuǎn)發(fā)一份能量有人用，這件事是不是很酷？

實際上這是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個起因，能源枯竭的一個原因是能源生產(chǎn)中沒有把大家的積極性都發(fā)揮出來,如果每個人都發(fā)動起來，你也發(fā)電，他也發(fā)電，這樣的能量匯聚起來是不是就能實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展?

我們發(fā)現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中有一些局部的、專用的網(wǎng)絡(luò)，從 90 年代開始 Internet 上各種應(yīng)用層出不窮，驚人相似的是現(xiàn)在已經(jīng)有了很多分布式的可再生能源。我們已經(jīng)把這些系統(tǒng)示范性地連接很多能源微網(wǎng)，在一個小的微網(wǎng)里既有電源也有用戶，這樣的系統(tǒng)連起來就變成一個能源互聯(lián)網(wǎng)，甚至國家電網(wǎng)公司也提出了全球能源互聯(lián)網(wǎng)的概念。

全球各個國家的能源系統(tǒng)是不是也能連在一起？這里面想象的空間非常大，因為這兩個行業(yè)的體量不可同日而語，一個簡簡單單的信息轉(zhuǎn)發(fā)就構(gòu)建出這么大的一個工業(yè)體系，未來如果整個能源系統(tǒng)朝這樣的方向發(fā)展，它的體量也非常巨大。

圖 | 園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)場景

我們做過一些小園區(qū)的能源基礎(chǔ)設(shè)施研究，從它的建設(shè)、運行到最后運營，都是上億上十億上百億的體量。所以能源行業(yè)是第一大工業(yè)，它的體量使得大家認為如果有這樣的基礎(chǔ)設(shè)施，如果有這么多的商業(yè)的創(chuàng)新模式，可以便捷地轉(zhuǎn)發(fā)能量，還可以有這么多用戶參與進來，它未來發(fā)展的空間會很大。

網(wǎng)絡(luò)路由器傳遞信息，而能量路由器分發(fā)能量！

能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)需要能量路由器。建互聯(lián)網(wǎng)時有很多路由器在底層分發(fā)信息，未來是不是也需要一個基于能量路由器的能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)？我們現(xiàn)在就是按照這樣的思路去做研究，能量路由器之間通過交流或直流電網(wǎng)的技術(shù)連接，形成一個互聯(lián)系統(tǒng)后既能保證分布式的能源和用戶運營的靈活性，又可以保證整個系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

對于能源系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定是最大的前提，不能因為互聯(lián)而互聯(lián)，而是要更大程度上保障它的可靠性。

實際上 2004 年英國的《經(jīng)濟學人》雜志就提出了 building the energy internet的設(shè)想， 2003 年在美國東部地區(qū)爆發(fā)了一次大面積停電，美國東部三分之一的地區(qū)都停電，那時候是分布式屋頂光伏剛剛發(fā)展的階段。

它提出來把能源也按互聯(lián)網(wǎng)的形式建立，因為跟互聯(lián)網(wǎng)對比很少聽說有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)大面積的崩潰，它是分散式的結(jié)構(gòu)，一個兩個路由器壞了對信息的轉(zhuǎn)發(fā)沒有影響。那未來能源是不是也可以由分布式的能源系統(tǒng)互聯(lián)起來？即便一個兩個壞了也不影響整個能源系統(tǒng)的分發(fā)，所以基于能量路由器的能源互聯(lián)網(wǎng)是有理論支撐和實際意義的。

圖 | 網(wǎng)絡(luò)路由器典型架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)路由器是怎么來分發(fā)信息的？最簡單的核心原理叫存儲轉(zhuǎn)發(fā)，信息來了先用緩存存起來，然后根據(jù)不同的機制從特定的端口出去。這和能源可以非常好地對應(yīng)起來，把數(shù)據(jù)的緩存變成儲能的系統(tǒng)，能量進來以后先把它存起來，把決策的機制變成類似數(shù)據(jù)中心的處理機制來決定能量從哪來到哪去。

整個架構(gòu)上既有信息的接口、能量的接口，也有更高級應(yīng)用的接口，這就形成了信息、能量融合的系統(tǒng)。如果未來要實現(xiàn)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化，就不需要單獨的信息基礎(chǔ)設(shè)施和單獨的能源基礎(chǔ)設(shè)置，這兩套基礎(chǔ)設(shè)施一體化實現(xiàn)的效益是最好的。

網(wǎng)絡(luò)之所以能互聯(lián)是因為有一個互聯(lián)信息交換的標準，而這樣的標準有多個層級，不同層級完成不一樣的任務(wù)，比如最著名的網(wǎng)絡(luò)七層結(jié)構(gòu)。能量路由器交換、分發(fā)能量是不是也能用分層來實現(xiàn)？我們有物理層來交換能量儲能，建立傳輸層、各種各樣的應(yīng)用層，一旦實現(xiàn)了分層的目標也可以制定相應(yīng)的標準。

圖 | 能量路由器分層架構(gòu)

能量路由器還有很多輔助功能，比如電能質(zhì)量功能。在工業(yè)界有些負荷對電壓的高低、頻率的快慢非常敏感，在半導體行業(yè)一旦電壓跌落了可能整個生產(chǎn)線都會停掉。類似這樣的電能質(zhì)量問題還包括諧波、無功等，但能量分發(fā)出去后就可以控制它的電壓等級、頻率，可以形成電能質(zhì)量治理效果。

我們平時看到的網(wǎng)絡(luò)路由器是非常邊緣的一部分，實際上到了主干網(wǎng)以后有主干的路由器和功能更強的路由器。同樣我們也可以設(shè)計有更高電壓等級、更大容量的連接兩個樓宇、兩個小區(qū)，甚至連接兩個不同城市的能量路由器，它們的實現(xiàn)基于電力電子、儲能、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)等。

什么叫電力電子技術(shù)？電子就是我們的手機、筆記本，電子產(chǎn)品的邏輯非常復雜但它的電流非常小，因為它要傳遞的僅僅是信息，如果要傳遞能量就要求電壓上萬伏、電流上百安，這時就變成了電力電子這樣的技術(shù)。充電寶是一個小電池，把一萬個充電寶并聯(lián)串聯(lián)以后就可能變成一個巨大的儲能系統(tǒng)，類似這樣的技術(shù)在產(chǎn)業(yè)上也在推進，最后會形成像能源互聯(lián)網(wǎng)、能量路由器這樣的產(chǎn)品。

目前能量路由器的發(fā)展用三句話來概括：能量路由器工業(yè)樣機的實現(xiàn)我們已經(jīng)完成，需要進行的是產(chǎn)業(yè)化的推廣工作，也就是它的規(guī)模、成本、應(yīng)用場景，它是不是被更大多數(shù)的場景所接受？運營以后是不是能夠從投資回報率上具有經(jīng)濟可行性？

圖 | 能量路由器樣機

這是我們研制的能量路由器的樣機，既可以作為控制的終端，又可以作為計量的終端。

能量路由器現(xiàn)階段有可能實現(xiàn)一些場景，比如家庭能源或園區(qū)能源，把電網(wǎng)、光、儲、充等集成在一起，通過能量路由器形成集成化的解決方案，包括光伏的逆變器、儲能的雙向變流器、并網(wǎng)的變流器、充電模塊等功能。同時也可以集成能量管理和電能質(zhì)量管理等功能，在成本上如果具有一定的可行性，尤其是比如電動汽車充電電費比我們?nèi)粘５碾娰M更貴的話，在這樣的經(jīng)濟可行性下能源互聯(lián)網(wǎng)的能量路由器就可能就有產(chǎn)業(yè)化的意義。

我們在北京市科委的支持下，與京能集團合作進行了初步嘗試，未來清華大學跟北京智中能源互聯(lián)網(wǎng)研究院會繼續(xù)推動相關(guān)工作的開展，推動它的產(chǎn)業(yè)化運行和成本的下降，把這項工作持續(xù)地做下去。

回到能源互聯(lián)網(wǎng)的初衷：每個人、每個家庭、每個樓宇、每個園區(qū)、每個城市不僅僅是能源的消費者，在未來會成為能源的生產(chǎn)者，跟互聯(lián)網(wǎng)對比我們也許會迎來一個更加激動人心的能源互聯(lián)網(wǎng)時代。

在這樣的一個時代里你的能源你做主，每個人都能參與到能源的生產(chǎn)和消費環(huán)節(jié)中去，未來能源互聯(lián)網(wǎng)要營造一個綠色、低碳、環(huán)保和智慧的新愿景！