能源互联网研究-曹军威课件

1、清华大学信息技术研究院清华信息科学与技术国家实验室（筹）2014.12.5能源互联网研究背景与概要信息技术基础设施化信息能源基础设施一体化提纲目前相关工作能源互联网2曹军威 | 我国面临能源革命我国能源资源相对缺乏我国已成为世界第一能源消费国如继续以年平均8.9%的增速，到2020年能源消耗将达到79亿吨标煤，占目前世界能源消耗的一半。如此发展难以长期持续！习近平2014年6月13日主持召开中央财经领导小组第六次会议，研究我国能源安全战略。习近平发表重要讲话强调，能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。面对能源供需格局新变化、国际

2、能源发展新趋势，保障国家能源安全，必须推动能源生产和消费革命。推动能源生产和消费革命是长期战略，必须从当前做起，加快实施重点任务和重大举措。3曹军威 | 18世纪60年代国外提出第三次工业革命第一次工业革命：蒸汽机作为动力机被广泛使用，机器代替了手工劳动，使人类社会对能源需求大大提高第二次工业革命：电的发现和利用、内燃机等机械技术的发展直接推动了第二次工业革命，人类这一百多年的文明发展伴随着能源的急速消耗，对能源的需求还在不断增加19世纪70年代当今“第三次工业革命”：融合互联网技术和可再生能源技术，构建新型能源供需架构的思路，能源互联网相关技术获得广泛关注5曹军威 | 英国金融时报2011年

3、5月10日刊登杰里米里夫金“在即将到来的时代，我们将需要创建一个“能源互联网”，让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。”能源互联网第三次工业革命的重要标志“未来的智能电网，是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”。科技日报2013年12月5日刊登国家电网公司6曹军威 | 基础设施未来基础设施？TransportationTelecommunicationPower gridsInternet人类创造的最复杂的系统技术革新、工业革命最终归结为新基础设施的形成：水、气、热、电、交通源：集中统一提供管：专业化的运营管理用：方便、便宜、安全、可靠21世纪的新基础

4、设施？Cyber-Enabled? (NSF)Info-Centric? (Berkeley)7曹军威 | 基础设施集中统一传统基础设施：源用分离、以管连接电网和云计算8曹军威 | 计算技术基础设施化云安全 性能 评价 物理资源- - .虚拟资源基础平台(IaaS)虚拟资源应用开发平台(PaaS)应用服务平台(SaaS)云资源调度公有云私有云I/O服务器存储设备网络虚拟化资源封装资源描述资源监控虚拟资源调度虚拟资源容错管理 虚拟资源监控管理 应用使能应用组合 应用安全机制 信任 机制 隐私保护 可靠性 可扩展性 评价指标 混合云从网格计算、服务计算到云计算，计算技术基础设施化逐步完善！10曹军

5、威 | 未来网络新型体系结构服务 = 数据+传输+存储+计算服务是互联网价值的本质体现传感节点云服务平台网络不仅仅是传输、交换的基础设施，网络还可以看作是一个服务池引用：刘韵洁，未来网络的发展及前景，201112曹军威 | 能源互联网架构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、分布式能源等能量自治单元为“局域网”，以开放对等的信息能源一体化架构实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度的适应新能源的接入。“主干网”对应大电网、输电网“广域网”对应配电网“局域网”对应微网和分布式能源等等14曹军威 | 直流交流变电站主网能源互联网典型

6、场景能源路由器能源路由器能源路由器能源形式多种多样，电能源仅仅是能源的一种，但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，在考虑互联问题时以电网为主；能源互联网是采取自下而上分散自治协同管理的模式，与目前集中大电网模式相辅相成，符合电网发展集中与分布相结合的大趋势；目前开展的智能电网基本是现有电网架构下的信息化、智能化，能源互联网是借鉴互联网理念构架的新型电网，其中的开放互联、能量交换与路由等特征有别于目前一般意义下的智能电网。能源互联网关键技术我们的思考和认识16曹军威 | 以互联网的开放对等理念和体系架构为指导，形成新型的能源网。这时候能源互联网（Energy Internet）的本质是能

7、源网！以美国的FREEDM为典型代表，效仿网络技术的核心路由器，提出了能源路由器的概念并且进行了原型实现。借助互联网收集能源相关信息，分析决策后指导能源网的运行调度。这时候能源互联网（Internet of Energy）的本质还是信息互联网！以欧洲的e-Energy为典型代表，打造一个基于信息和通信技术的能源供应系统，连接能源供应链各个环节业务流程，实现示范应用形成能源需求和供给的互动。以上两种理解混合在一起，两种成分都有，以日本的数字电网、电力路由器为典型代表。能源互联网的三种理解我们提出信息能源基础设施一体化意义下的能源互联网架构！17曹军威 | 直流交流数据中心传感器传感器变电站云平台

8、数据中心信息能源基础设施一体化能源路由器将未来信息基础设施整体嵌入能源互联网：数据中心与能源路由器一体化能源路由器为数据中心供电，降低数据中心静默成本数据中心为能源路由动态规划调度提供实时数据采集、存储、计算支持云平台的软件定义能力为能量交换与路由提供灵活定制能力储能共用数据中心备用、能量平滑光纤通信与输电线路一体化与多种能源形式相结合，提高技术经济可行性，如电力电子、储能等信息能源基础设施一体化20曹军威 | 以前信息通信/能源电力发展的三个阶段第一个阶段：数字化、信息化阶段。信息通信为能源电力行业提供服务。带来方便、快捷等好处。第二个阶段：智能化阶段。也就是智能电网阶段。信息通信成为能源电

9、力基础设施不可或缺的组成部分，以信息流与能量流的结合为特征。现在未来第三个阶段：信息物理融合阶段。也就是能源互联网阶段。信息通信基础设施与能源电力基础设施的一体化。我们提出信息能源基础设施一体化意义下的能源互联网架构21曹军威 | 借鉴内容中心网络路由器设计通信网络接口能源网络接口智能处理：数据中心控制：电力电子缓存：储能信息能源业务应用接口23曹军威 | 能源路由、底层通讯和上层应用管理的紧密结合，实现能源流的双向对等有效传输。能源（电力）切换能源（电力）路由开关路由电能质量调节波形变化大数据应用数据中心能源路由器方案设计24曹军威 | 123AEBCDF123隔离取电柜取电柜由干式单相隔离

10、变压器组成储能与功率柜变电部分包含IGBT功率元件及其驱动元件等，储能柜由超级电容模组组成控制与开关柜控制部分由控制箱和工控机组成；开关柜又包含配电柜，由各种传感器，交流断路器，交流接触器等保护开关以及仪器仪表组成GAEBCDFB电力电子设备：能源路由器机柜布局：传感器霍尔电压，电流传感器，各种仪表，备用电源等保护开关交流断路器，交流接触器，晶闸管等隔离变压器单相，干式风冷功率元件IGBT，驱动板，散热器等储能设备：超级电容模组由卷绕式超级电容及其相应的过压过温保护和散热系统组成控制箱内含主控制板，采集板，信号调理板和开入开出板等控制核心工控机与集群数据中心通讯，设备监控，高级系统应用平台等控

11、制及通信设备：其他设备：G能源路由器实验室装置示意图26曹军威 | 2014年8月16日，中国智能电力产学研合作联盟在亦庄发起，是由清华大学电机系和节能、新能源、信息技术领域相关产业的公司发起组成的行业性战略合作组织。同时在北京市经济技术开发区建设北京能源互联网研究院以及产业园。能源互联网产业推广天津大学电气工程学院华北电力大学电气工程学院中国电力科学研究院南方电网科学研究院中国电力国际发展有限公司北京能源投资（集团）有限公司江苏省（张家港）智能电力研究院北方联合电力有限责任公司天津天大求实电力新技术股份有限公司北京四方继保自动化股份有限公司南京南瑞继保电气有限公司荣信电力电子股份有限公司世纪

12、互联数据中心有限公司北京泰豪智能科技有限公司盛隆电气集团有限公司北京金风科创风电设备有限公司 北京国网电力技术有限公司北京嘉捷企业汇科技有限公司北京城市系统工程研究中心江苏清之华电力电子科技有点公司北京蓝普锋科技有限公司北京群菱能源科技有限公司北京英纳超导技术有限公司北京索英电气北京玖典科技发展有限公司中能世华（北京）节能科技有限公司北京云电英纳超导电缆有限公司上海长能电力设备成套有限公司张家港经济技术开发区发改局泉州科力电气有限公司锋电能源技术有限公司康明斯（中国）投资有限公司北京博力新力电气股份有限公司紫光（北京）智控科技有限公司亿江（北京）科技发展有限公司珠海汇达丰电力发展（集团）有限公司珠海新能源智能电网展业联盟协会福建省中能泰丰特种保温技术有限公司张家港市汇金电力材料有限公司沈阳鼎盛中贝机电设备有限公司北京品傲光电科技有限公司北京时代博诚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术有限责任公司北京嘉信高节能科技有限公司锋电能源技术有限公司亿江（北京）科技发展有限公司北京龙源冷却技术有限公司易美芯光（北京）科技有限公司27曹军威