曹軍威 博士，清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員、院務(wù)委員會(huì)副主任，清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）公共平臺(tái)與技術(shù)部主任。1991年至1998年，清華大學(xué)自動(dòng)化系本科、碩士畢業(yè)；2001年英國(guó)華威（Warwick）大學(xué)計(jì)算機(jī)博士畢業(yè)；2002年至2006年先后在德國(guó)NEC歐洲實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)MIT/LIGO實(shí)驗(yàn)室任研究科學(xué)家（Research Scientist）；2006年回清華工作至今，主要從事分布式計(jì)算技術(shù)及其在能源電力等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。
美國(guó)著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金的第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)的提法最近在社會(huì)上引起廣泛關(guān)注。杰里米·里夫金認(rèn)為：“在即將到來(lái)的時(shí)代，我們將需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，讓億萬(wàn)人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣。”他還提出，“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源將結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的能源互聯(lián)網(wǎng)，將是實(shí)現(xiàn)能源分布式供應(yīng)的一種有效模式。”中國(guó)正處于工業(yè)化、信息化和城鎮(zhèn)化的關(guān)鍵階段，能源將是未來(lái)發(fā)展的主要制約因素，能源的可持續(xù)發(fā)展是需要迫切解決的問(wèn)題。但能源互聯(lián)網(wǎng)真的能夠徹底解決能源可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題嗎？從技術(shù)發(fā)展的角度能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)離我們還有多遠(yuǎn)？帶著這些問(wèn)題，筆者走訪了清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員曹軍威博士，他的科研團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在能源電力和信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域進(jìn)行了深入研究。我們有幸和大家一起分享一下他的心得與體會(huì)。
筆者：里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書(shū)中提出了互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)與能源體系交匯的設(shè)想，描述了“人人發(fā)電、人人用電”的能源互聯(lián)的理想場(chǎng)景，您和您的團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事能源電力和信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域研究，如何看待這個(gè)問(wèn)題呢？
曹軍威：正如里夫金自己曾經(jīng)提到的那樣，他作為經(jīng)濟(jì)學(xué)家，能源互聯(lián)網(wǎng)的提出更多的是來(lái)源于經(jīng)濟(jì)學(xué)或者哲學(xué)層面上的深入思考，并沒(méi)有提出與之相應(yīng)的技術(shù)體系與實(shí)現(xiàn)，而這恰恰是我們作為研究和技術(shù)人員的工作重點(diǎn)。能源是人類(lèi)生存發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但從世界范圍來(lái)看，能源可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題始終沒(méi)有得到根本解決。基于現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施，可再生能源資源在傳輸和利用等方面仍存在瓶頸，因此，我們嘗試運(yùn)用先進(jìn)的信息和互聯(lián)網(wǎng)的理念、方法和技術(shù)，與可再生能源技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，希望提出一條實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的可預(yù)見(jiàn)的、具有可行性的技術(shù)路線。這也是近年來(lái)我們致力于能源電力和信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域研究的主要?jiǎng)恿Α?/div>
筆者：能否介紹一下您的團(tuán)隊(duì)的研究工作，為什么如此關(guān)注能源與信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域研究？
曹軍威：我所在的清華大學(xué)信息技術(shù)研究院是清華信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）的組成部分，作為高等院校中的獨(dú)立實(shí)體科研機(jī)構(gòu)，我們更強(qiáng)調(diào)面向國(guó)家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大需求開(kāi)展學(xué)科交叉研究。我本人一直從事分布式計(jì)算系統(tǒng)技術(shù)研究，一個(gè)有趣的現(xiàn)象是，十幾年來(lái)我們一直需要關(guān)注能源電力方面的研究和進(jìn)展。比如十年前從學(xué)術(shù)屆興起的網(wǎng)格計(jì)算到現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)上力推的云計(jì)算，都是分布式計(jì)算的具體形式，其中的核心思想在于基礎(chǔ)架構(gòu)化，就是信息技術(shù)發(fā)展到一定階段希望也能像能源電力一樣構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、便捷的服務(wù)，這樣終端用戶(hù)就不用關(guān)心具體的軟件、硬件、文件、數(shù)據(jù)等，而僅僅是付費(fèi)接受服務(wù)。隨著云計(jì)算模式的不斷推廣，數(shù)據(jù)中心成為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能源電力的供應(yīng)成為主要瓶頸，這就是為什么Google，IBM，Microsoft（微軟）等IT公司開(kāi)始關(guān)注能源領(lǐng)域并投入大量資金研發(fā)更加經(jīng)濟(jì)、高效、綠色、環(huán)保的能源問(wèn)題解決方案，Google在美國(guó)甚至申請(qǐng)了能源運(yùn)營(yíng)牌照。而幾年前當(dāng)我們真的開(kāi)始研究能源電力相關(guān)問(wèn)題時(shí)，從美國(guó)到中國(guó)又掀起了建設(shè)智能電網(wǎng)的熱潮，電網(wǎng)的建設(shè)也越來(lái)越需要信息技術(shù)的支撐，實(shí)現(xiàn)智能化，這使得我們更加堅(jiān)信能源與信息基礎(chǔ)設(shè)施的一體化是大勢(shì)所趨，能源與信息技術(shù)的交叉領(lǐng)域大有作為，而能源互聯(lián)網(wǎng)的提出并受到廣泛關(guān)注再一次驗(yàn)證了我們的判斷是正確的。
筆者：按照里夫金的觀點(diǎn)，工業(yè)革命總是與技術(shù)革命相伴而生。蒸汽機(jī)的出現(xiàn)促成了近代集約化生產(chǎn)方式的形成，大大促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，引發(fā)了第一次工業(yè)革命，同時(shí)也極大促進(jìn)了化石能源的開(kāi)采和利用。發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)的發(fā)明以及遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)的出現(xiàn)，將人類(lèi)帶入大批量生產(chǎn)的電氣時(shí)代，造就了第二次工業(yè)革命，同時(shí)也形成目前現(xiàn)代電網(wǎng)中集中電力生產(chǎn)傳輸?shù)母窬?。第一次、第二次工業(yè)革命的模式是，技術(shù)革命引發(fā)生產(chǎn)方式的革命，而生產(chǎn)方式的革命又導(dǎo)致了能源供給體系的變革。按照這種邏輯，第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)的興起是否就是一種必然呢？
曹軍威：我很認(rèn)同里夫金的觀點(diǎn)。技術(shù)的進(jìn)步與工業(yè)革命的關(guān)系應(yīng)該有客觀規(guī)律可循，但我本人不是經(jīng)濟(jì)學(xué)家，對(duì)目前技術(shù)的發(fā)展程度是否真能引發(fā)新一輪工業(yè)革命沒(méi)有研究。我們主要關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身，有人可能認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)就是智能電網(wǎng)，我們認(rèn)為不確切。智能電網(wǎng)還是現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)上通過(guò)信息化和智能化的手段，解決設(shè)備利用率，安全可靠性、供電質(zhì)量、新能源接入等基本問(wèn)題；而能源互聯(lián)網(wǎng)不同在于采用互聯(lián)網(wǎng)理念、方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)本身的重大變革，構(gòu)建新型的信息能源融合網(wǎng)絡(luò)。里夫金就能源互聯(lián)網(wǎng)做出了非常深刻的提煉和概括，我們也非常認(rèn)同能源和信息技術(shù)的融合將從根本上改變能源的生產(chǎn)和利用方式，能源供應(yīng)將向分散生產(chǎn)和網(wǎng)絡(luò)共享的方式轉(zhuǎn)變的大趨勢(shì)是不容置疑的。
筆者：您提到能源互聯(lián)網(wǎng)將構(gòu)建新型的信息能源融合網(wǎng)絡(luò)，您對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)架有什么構(gòu)想呢？
曹軍威：能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的新型信息能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)為“局域網(wǎng)”，以開(kāi)放對(duì)等的信息能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，因此可以最大限度的適應(yīng)新能源的接入。微網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中的基本組成元素，通過(guò)新能源發(fā)電、微能源的采集、匯聚與分享以及微網(wǎng)內(nèi)的儲(chǔ)能或用電消納形成“局域網(wǎng)”。能源互聯(lián)網(wǎng)是微網(wǎng)的廣域連接形式，是分布式能源的接入形式，是從分布式能源的大型、中型發(fā)展到了任意的小型、微型的“廣域網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)。大電網(wǎng)的形成有其必然性，在傳輸效率等方面仍然具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，將來(lái)仍然是能源互聯(lián)網(wǎng)中的“主干網(wǎng)”。電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸效率等方面具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)能源基礎(chǔ)設(shè)施在傳輸方面的主體必然還是電網(wǎng)，因此未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)基本上是互聯(lián)網(wǎng)式的電網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)把一個(gè)集中式的、單向的、生產(chǎn)者控制的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變成大量分布式輔助較少集中式的和與更多的消費(fèi)者互動(dòng)的電網(wǎng)。
筆者：能否具體介紹一下國(guó)際上能源互聯(lián)網(wǎng)研究領(lǐng)域都做了哪些技術(shù)層面上的探索？
曹軍威：事實(shí)上，能源互聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)的層面早就提出了，美國(guó)和歐洲早就有相關(guān)的研究計(jì)劃。2008年美國(guó)NSF在北卡州立大學(xué)建立了FREEDM系統(tǒng)中心，有17個(gè)科研院所和30余個(gè)工業(yè)伙伴共同參與，希望將電力電子技術(shù)和信息技術(shù)引入電力系統(tǒng)，在未來(lái)配電網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)理念。效仿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心路由器，他們提出了能源路由器的概念并且進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)，利用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的控制，路由器之間利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)等交互。FREEDM基本上是從電力電子技術(shù)的角度出發(fā)，希望以分布對(duì)等的系統(tǒng)控制與交互，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的理念。再有上個(gè)月MIT的科技創(chuàng)業(yè)（Technology Review）報(bào)導(dǎo)了一個(gè)位于加州的叫做Stem的新興能源公司，開(kāi)發(fā)了一款用于商業(yè)建筑的智能電池，將精簡(jiǎn)型的汽車(chē)鋰離子電池和電力電子設(shè)備相連接，這些電力電子設(shè)備在向樓宇供電和從電網(wǎng)中充電這兩種狀態(tài)間快速切換，而大量的智能分析是通過(guò)云計(jì)算來(lái)完成。這樣的智能電池稍加拓展實(shí)現(xiàn)相互間的通信與控制，就完全符合里夫金描述的以建筑樓宇為單元的能源互聯(lián)網(wǎng)原型，這是從儲(chǔ)能的角度實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的典型例子。另外德國(guó)BDI也提出了E-Energy理念和能源互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，并早在2008年年底開(kāi)始投資實(shí)施該計(jì)劃。德國(guó)是借此打造一個(gè)基于信息和通信技術(shù)的能源供應(yīng)系統(tǒng)，并在六個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)示范應(yīng)用形成能源需求和供給的互動(dòng)，在能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)連接能源供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程的互動(dòng)系統(tǒng)。
筆者：您剛才從電力電子、儲(chǔ)能和能量管理等角度講述了能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)所涉及的具體技術(shù)，那么您覺(jué)得能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)還存在哪些主要的技術(shù)挑戰(zhàn)呢？
曹軍威：能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以借鑒現(xiàn)有技術(shù)，但同時(shí)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)也提出了更高更多的要求。首先，能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體系架構(gòu)和其中的信息能源融合機(jī)制還需要深入研究，比如可以借鑒未來(lái)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究的相關(guān)最新成果。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)機(jī)器的連接，而現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)是以?xún)?nèi)容為中心，借鑒內(nèi)容中心網(wǎng)絡(luò)（CCN）的架構(gòu)，可以更好在能源互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)信息流支撐能源流的管理。剛才提到的能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的核心，但能源的路由比信息要復(fù)雜的多，主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)和控制的難度上。儲(chǔ)能相當(dāng)于能源互聯(lián)網(wǎng)中的緩存，經(jīng)濟(jì)可行的大規(guī)模儲(chǔ)能仍然是技術(shù)難點(diǎn)，效率，充放電次數(shù)，成本，容量等問(wèn)題還有待解決。電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)控制的主要手段，按照用戶(hù)的需要以指定電壓和頻率控制電力的傳輸仍然是技術(shù)難點(diǎn)，電力電子變壓器和傳統(tǒng)變壓器相比仍然有效率、容量和可靠性等方面的瓶頸問(wèn)題，需要材料等方面的技術(shù)突破。最后是分散協(xié)同式的能量管理，傳統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)在消納大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電方面遇到瓶頸，需要在能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)能源信息實(shí)時(shí)采集、處理、分析與決策的新一代源—網(wǎng)—荷協(xié)同的能量管理系統(tǒng)?？傊?，我們認(rèn)為要徹底實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵性技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化還的確有很長(zhǎng)的路要走。但從我們已掌握的技術(shù)看，從小規(guī)模到大范圍，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步集成創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的原型系統(tǒng)和示范工程還是具有一定的現(xiàn)實(shí)可行性的。
筆者：挑戰(zhàn)總是與機(jī)遇并存。您認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展能帶來(lái)哪些機(jī)遇？
曹軍威：是的，挑戰(zhàn)的背后總是蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展空間和機(jī)遇?；ヂ?lián)網(wǎng)精神的核心在于開(kāi)放對(duì)等，這使得互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到現(xiàn)在新的應(yīng)用方式和商業(yè)模式層出不窮，顯示出極強(qiáng)的生命力，尤其是近年來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和社交網(wǎng)絡(luò)的興起，又一次顯示出被里夫金喻為“橫向力量”的強(qiáng)大，而將這種在信息領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)的“橫向力量”運(yùn)用于制造、能源等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，給人以巨大的想象空間。從技術(shù)的層面，我們始終堅(jiān)信信息與其他領(lǐng)域技術(shù)的深度融合才僅僅是一個(gè)開(kāi)始，能源互聯(lián)網(wǎng)為這一方向提供了一個(gè)非常適宜的技術(shù)發(fā)展載體，信息技術(shù)所帶來(lái)的人們生產(chǎn)和生活方式的變革將被進(jìn)一步放大。反過(guò)來(lái)能源技術(shù)本身所面臨的瓶頸和可持續(xù)發(fā)展等方面的重要問(wèn)題，也需要新理念、新方法和新思路的指導(dǎo)，能源互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是電網(wǎng)的信息化和智能化，而是互聯(lián)網(wǎng)理念引導(dǎo)下的能源基礎(chǔ)設(shè)施變革，最終實(shí)現(xiàn)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施的一體化進(jìn)程。
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