隨著傳統(tǒng)化石能源逐漸枯竭及其廣泛利用引起的氣候變化等環(huán)境污染問題日益深化，發(fā)展新一代更為集約、環(huán)保、可持續(xù)的能源利用模式——能源互聯(lián)網，勢在必行。

什么是能源互聯(lián)網？
能源互聯(lián)網是能源領域與自動控制、信息處理、網絡通訊等領域深度融合的產物，是以電力網絡、熱力網絡、天然氣網絡及交通網絡等復雜網絡為物理實體，以能源技術與先進控制技術、智能優(yōu)化技術及信息處理技術等為實施手段的一種新型開放式能源生態(tài)系統(tǒng)，可實現可再生能源的高效利用，提高可再生能源在一次能源生產和消費中的占比，其發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 能源互聯(lián)網發(fā)展歷程

能源互聯(lián)網特點
發(fā)展能源互聯(lián)網是落實“互聯(lián)網+”計劃的典型代表，其可被理解為“互聯(lián)網+智慧能源”，但又不是互聯(lián)網與能源網絡的簡單疊加，其與單一互聯(lián)網或者單一能源網絡都存在較大區(qū)別。作為智能電網的深入與發(fā)展，能源互聯(lián)網具有扁平化的網絡結構，支持多種能源接入，能源與信息高度集成，及對等、自由、實時的交易模式等特點，如表1所示。

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表1 能源互聯(lián)網與智能電網的區(qū)別

與信息互聯(lián)網類似，能源互聯(lián)網具有共享、自由、便捷、廉價的特點。在能源互聯(lián)網中，用戶能源互用，具備產能能力的能源用戶可以與其他用戶共享其所生產的能源；供應渠道互聯(lián)，能源供應渠道多樣化（可以由傳統(tǒng)能源供應商或者具備產能能力的能源用戶提供），且能源可以在用戶間相互傳輸，能源用戶可以自由選擇能源供應渠道；能源形式互換，網絡中供應標準化能源，且冷、熱、電等多種能源形式可以在能源消費終端相互轉換，能源獲取更加便捷；能源消費互利，由于可再生能源的邊際成本近乎為0，并且多種能源形式可以相互轉換，能源生產成本越來越低，能源逐漸轉變?yōu)橐环N廉價消費品。然而，能源互聯(lián)網在能源的產-輸-儲-用方面與信息互聯(lián)網在信息的產-輸-儲-用方面尚存在較大區(qū)別，如表2所示。

表2 能源互聯(lián)網與信息互聯(lián)網的區(qū)別

能源互聯(lián)網網絡結構

由于能源互聯(lián)網是涉及到能源、信息、控制、通訊等技術的新型復雜能源集成網絡，不同學者的研究側重點不同，根據目前已有的研究內容，對能源互聯(lián)網網絡結構進行分析，以“立體-平面-線-點”四個層次闡述未來能源利用體系，如圖2所示。

圖2 四類能源互聯(lián)網之間的區(qū)別和聯(lián)系

能源互聯(lián)網實驗平臺
為驗證能源互聯(lián)網理論研究的有效性與實用性，利用東北大學信息學館樓頂資源和約50-80平方米的樓內空間，我們團隊研制出國內首個具有高穩(wěn)定性，兼容性和可拓展性的能源互聯(lián)網的能量產生、管理、優(yōu)化，協(xié)調控制的綜合智能實驗平臺，建成國內領先、國際先進的高效靈活、節(jié)能環(huán)保的能源互聯(lián)網優(yōu)化控制實驗室，如圖3和圖4所示。通過該實驗平臺，基于現有能源互聯(lián)網理論研究成果，結合先進的智能優(yōu)化與控制手段，成功地實現了可再生能源聯(lián)合供能并網檢測、可再生能源并網發(fā)電優(yōu)化控制等十大類實驗，極大程度地消納了可再生能源，實現了能源互聯(lián)網內橫向多能互補，縱向“源-網-荷-儲”協(xié)調優(yōu)化。

圖3 東北大學能源互聯(lián)網實驗平臺外觀效果圖

圖4 東北大學能源互聯(lián)網實驗平臺室內布局圖

機遇與挑戰(zhàn)
如何建立適用于能源互聯(lián)網的能源綜合控制管理系統(tǒng)，實現多種能源的協(xié)同控制與優(yōu)化，是能源互聯(lián)網發(fā)展進程中面臨的首要問題。由于能源互聯(lián)網在產能、輸能、配能和用能四大環(huán)節(jié)對傳統(tǒng)能源網絡進行全面升級，其能源綜合控制管理系統(tǒng)建立中涉及到大量的先進控制科學與技術問題，其具體體現為：
1、能源互聯(lián)網將接入大量的各類可再生能源，能源供給側的不穩(wěn)定將帶來極大的不確定性、強非線性、時空不同步性等復雜特性，而由于可再生能源的廣域分布特性，其信息通訊網絡難以實現全連通，網絡具有復雜的時延、丟包等非可靠特性，對當前的控制優(yōu)化理論提出極大的挑戰(zhàn)；
2、能源互聯(lián)網強調能源主體的分布式對等接入，實現其即插即用，各個能源主體具有極大的自治性，而整個能源網絡又在各類強約束下要有一個統(tǒng)一的調控目標，這就要求系統(tǒng)能夠實現分布式的優(yōu)化控制，與傳統(tǒng)能源網絡的集中調控策略具有很大的區(qū)別，也對控制方法提出了更高的要求；
3、能源互聯(lián)網包括能源供給側、存儲側、傳輸側、消費側以及相關互聯(lián)系統(tǒng)等多個來源的海量信息，而且信息與能源緊密耦合，如何利用并萃取這些信息，進而獲得對于能源互聯(lián)網更清晰的認識，并應用信息物理系統(tǒng)的相關技術進行綜合的調控，實現能源的安全高效利用，是能源互聯(lián)網面對的新課題；
4、能源互聯(lián)網是一個能源、設備、信息、經濟深度融合的系統(tǒng)，是物理空間、能源空間、信息空間乃至社會空間耦合的多域、多層次耦合的混雜大系統(tǒng)，其具有更廣闊的開放性和更大的系統(tǒng)復雜性，呈現出復雜的、不同尺度的動態(tài)特性和演化趨勢，其周期規(guī)劃問題將是一個必須面對的重要基礎問題。

盡管能源互聯(lián)網的發(fā)展面臨著社會、經濟、技術等多方面的問題，但是，能源互聯(lián)網是人類對于能源循環(huán)利用和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，是由能源小范圍生產消納的自給自足模式，到大規(guī)模生產/網絡化傳輸的集中能源模式后的又一次重大變革，其對于可再生能源的安全高效利用、綜合多種能源形式的優(yōu)化調度、信息與能源系統(tǒng)的緊密耦合以及扁平化多方自由參與的能源交換模式無疑更符合未來的能源發(fā)展趨勢，也必將得到躍升式的發(fā)展。