中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開(kāi)。在4月24日下午的“綜合能源服務(wù)專場(chǎng)”，清華大學(xué)信息技術(shù)研究院副院長(zhǎng)曹軍威在會(huì)上分享了主題報(bào)告《能源路由器在綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用》，以下為演講實(shí)錄：
曹軍威：非常高興有機(jī)會(huì)在這里和大家分享。能源路由器的概念是從能源互聯(lián)網(wǎng)的概念延伸出來(lái)的。我們前幾年做了類似的裝置和示范工程，跟大家簡(jiǎn)單匯報(bào)一下。背景不再多說(shuō)了，上午專家已經(jīng)說(shuō)了。能源互聯(lián)網(wǎng)希望像互聯(lián)網(wǎng)一樣自下而上:下有綜合性的園區(qū),上有國(guó)家電網(wǎng)的全球能源互聯(lián)網(wǎng),自下而上構(gòu)建能源基礎(chǔ)設(shè)施。從互聯(lián)網(wǎng)的概念類比過(guò)來(lái)，是不是有可能有類似這種局部的能量層面上的交換和路由裝置。這就是路由器和互聯(lián)網(wǎng)的基本提法?，F(xiàn)在已經(jīng)成為趨勢(shì)，之前做學(xué)術(shù)研究的時(shí)候，2011年能源互聯(lián)網(wǎng)可能只是一個(gè)概念，現(xiàn)在大家把能源互聯(lián)網(wǎng)具體形式如綜合能源服務(wù)作為一個(gè)主流趨勢(shì)，包括儲(chǔ)能這樣一些具體的環(huán)節(jié)，也在大發(fā)展過(guò)程中。不詳細(xì)講了。
未來(lái)我們認(rèn)為信息跟能源能夠成為一體化的基礎(chǔ)設(shè)施可能就是需要包括能源站、數(shù)據(jù)站變成一個(gè)能源路由器這樣一個(gè)具體的形式。未來(lái)是需要能源路由器這樣一個(gè)裝備作為基礎(chǔ)。這樣的概念也不是我們最先提出來(lái)的，美國(guó)像FREEDM這樣的項(xiàng)目，它們也借助功率電子、電力電子來(lái)發(fā)展能源路由器這樣的技術(shù)。這樣的路由器以電力電子變換為基礎(chǔ)逆變出任何的電壓等級(jí)和頻率，實(shí)現(xiàn)全可觀和全可控。日本也在推這種概念，比如日本的數(shù)字電網(wǎng)聯(lián)盟和電力路由器。國(guó)家電網(wǎng)類似這種三站合一的建設(shè)思路，實(shí)際上提出了一些場(chǎng)景。當(dāng)我們把這些儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心、光伏這些要素在一個(gè)站里實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，這是電力電子密集的區(qū)域。與其說(shuō)所有的電力電子裝置像儲(chǔ)能的PCS、光伏的逆變器、數(shù)據(jù)中心的UPS分開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)，是不是能有一個(gè)集中式的裝置，形成一個(gè)能源路由和交換的概念。我們認(rèn)為之前我們做這種電力電子裝置的時(shí)候可能都是一些專用的，針對(duì)不同的用途，出現(xiàn)了很多種不同的裝置。但是未來(lái)整個(gè)電力系統(tǒng)或者不整個(gè)電力系統(tǒng)，一個(gè)綜合能源一個(gè)區(qū)域里面，這么多要素，再加上用戶側(cè)的電動(dòng)汽車也好，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)非常地電力電子化。如果原來(lái)是一個(gè)以專用設(shè)備為主，是不是可能未來(lái)形成集成化的通用實(shí)現(xiàn)，它的成本是不是能夠更低。這就是我們研究能源路由器的初衷。
借鑒網(wǎng)絡(luò)路由器的設(shè)計(jì)理念，是不是能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)能量層面上的路由器?從原理上是沒(méi)有問(wèn)題的，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由器是由信息的緩存決定信息從哪兒進(jìn)到哪兒出，最后有一個(gè)具體的控制手段。未來(lái)能源路由器的決策機(jī)制可能是一個(gè)信息化的數(shù)據(jù)中心，緩存機(jī)制可能就是儲(chǔ)能，控制就是電力電子的原理。未來(lái)可能既有信息的接口，又有能源的接口。這樣的路由器類似網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)分層來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以開(kāi)關(guān)路由，甚至電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)。如果分層實(shí)現(xiàn)，物理層、傳輸層、應(yīng)用層，不同層面實(shí)現(xiàn)不同的功能。現(xiàn)在還沒(méi)有類似這方面的標(biāo)準(zhǔn)。它的輸入輸出希望可以是標(biāo)準(zhǔn)化的，逆變器這些，我們以前都是單獨(dú)地去實(shí)現(xiàn)。未來(lái)有沒(méi)有可能是通用的模塊。既可以接風(fēng)光又可以接其他的區(qū)域也可以接本地用戶，甚至和大電網(wǎng)可以相連。這樣的輸入輸出可以模塊化，只要即插即用就可以實(shí)現(xiàn)能量交換和路由。如果中間是一個(gè)直流母線，把直流微網(wǎng)變成一個(gè)直流母線的裝置，它更具有經(jīng)濟(jì)性。能源路由器本身單點(diǎn)集中，易于維護(hù)。如果變成一個(gè)微網(wǎng)，多點(diǎn)連接，有薄弱點(diǎn)分散的問(wèn)題。
我們做技術(shù)研發(fā)，幾塊內(nèi)容也跟大家簡(jiǎn)單交流一下。第一個(gè)就是是不是有通用的功率模塊的設(shè)計(jì)，既能當(dāng)光伏逆變器也可以當(dāng)儲(chǔ)能PCS又可以當(dāng)充電模塊。實(shí)際上是可以的。未來(lái)當(dāng)模塊的通用性帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性大于專用性,如果這兩個(gè)能夠通用性更強(qiáng)成本更低的話，未來(lái)就會(huì)有這樣的趨勢(shì)。它的一些即插即用設(shè)計(jì)可能有兩個(gè)層面。一個(gè)就是用戶，他把他的設(shè)備接到路由器上面的即插即用。還有路由器本身的端口是不是能拓展。因?yàn)椴粌H僅是信息層面上的，還有能量層面上的。這個(gè)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是需要仔細(xì)去設(shè)計(jì)的。如果有這樣一個(gè)既有信息的路由又有能量路由的架構(gòu)，一些軟件定義的用法是不是能夠?qū)崿F(xiàn)。這樣的路由器可以自下而上地去互聯(lián)，構(gòu)建一個(gè)更大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施。下面可能是一個(gè)小的區(qū)域。再往上層可以進(jìn)一步提高，是不是本身就可以形成一個(gè)自下而上的能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)。一個(gè)電力電子系統(tǒng)在未來(lái)如果成本上可行的話，可以取代現(xiàn)在的變電站的電網(wǎng)架構(gòu)。在區(qū)域，變壓等級(jí)低，容量小，更大層面上可能變壓等級(jí)高，容量大。在這個(gè)基礎(chǔ)上又可以實(shí)現(xiàn)跟信息的融合。這樣的能源路由器可以有監(jiān)控，甚至到互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行監(jiān)控。在這個(gè)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)能量管理和能量交易。
總結(jié)起來(lái)，能源路由器的技術(shù)特征包括多端口、可擴(kuò)展、標(biāo)準(zhǔn)接口、即插即用、硬件通用化、軟件定制化。它可以替代變電站的變壓器，本身替代儲(chǔ)能的PCS，本身可以替代直流充電的這些功率模塊。本身就是一個(gè)能量管理的執(zhí)行終端。未來(lái)的能量管理系統(tǒng)到能源路由器就可以去執(zhí)行這樣的調(diào)控。交易的計(jì)量終端，也可以在能源路由器這一端來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一些信息服務(wù)。有的人把能源路由器概念拓展，未來(lái)有能源站把冷熱都設(shè)計(jì)進(jìn)來(lái)。類似的專利和剛才講的這些，我們?cè)诒本┦锌萍加?jì)劃這樣一個(gè)課題里面實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的研發(fā)。
具體我們做了用戶側(cè)的小容量的樣機(jī)的研制，基本上就是有風(fēng)光還有儲(chǔ)能，我們有超級(jí)電容和鋰電池的接入。用戶負(fù)荷我們有電子負(fù)載、直流交流負(fù)載，七八個(gè)端口放在一起做一個(gè)供需調(diào)節(jié)。我們也在不同層面上，包括怎么來(lái)調(diào)節(jié)功率，包括怎么來(lái)調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，我們都做了一些第三方的測(cè)試，這個(gè)項(xiàng)目是跟京能一塊兒開(kāi)展的。這樣一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)典型場(chǎng)景，剛才很多企業(yè)在介紹綜合能源服務(wù)的時(shí)候都介紹了這樣的典型場(chǎng)景。能源路由器是其中的一個(gè)可能，如果集成度非常高，在一個(gè)區(qū)域里面是有它的經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。我們把能源路由器集成化實(shí)現(xiàn)光伏逆變器、直流充電功率模塊、能量管理。我們把它在京能集團(tuán)的海北地區(qū)交付了這樣一個(gè)裝置。我們同時(shí)參加了中電聯(lián)的能源互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)專項(xiàng)。最終，我們覺(jué)得，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是它的成本像儲(chǔ)能一樣不斷降低的時(shí)候這樣一些裝置通用化會(huì)變成一個(gè)趨勢(shì)。這樣一個(gè)歷程在信息技術(shù)領(lǐng)域，信息的網(wǎng)絡(luò)路由器已經(jīng)發(fā)生了。隨著路由器變成一個(gè)白菜價(jià)或者大家根本不想修它的時(shí)候，這就變成了一個(gè)更具有可行性的方式。它的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化變成一個(gè)趨勢(shì)。未來(lái)清華大學(xué)和北京智中能源互聯(lián)網(wǎng)研究院一起做這一方面的推廣。這是我們相關(guān)的論文和文獻(xiàn)。謝謝大家！
