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中国科学: 信息科学 2014 年 第44 卷 第6 期: 714–727 可再生能源互联网专题 论文 科学与技术前沿论坛 能源互联网与能源路由器 曹军威 孟坤 王继业 杨明博 陈震 李文焯 林闯 清华大学信息技术研究院 北京 清华大学计算机科学与技术系 北京 清华信息科学与技术国家实验室 北京 国家电网公司信息通信部 北京 通信作者 收稿日期 接受日期 国家重点基础研究发展计划 批准号 、国家自然科学基金 批准号 、中国博士后科学基金批准号 、清华大学自主科研批准号 和国家电网科技 资助项目 摘要 日益紧张的能源供需矛盾和环境压力等要求可再生清洁能源应该在未来能源体系中承担主 要能源供给任务. 能源传输技术、存储技术、信息通信以及高性能计算技术的发展为有效利用分布 式、间歇性可再生能源提供了技术支持. 针对类似于信息互联网式的能源互联网愿景, 本文探讨了 以能源路由器为核心交换装置的能源互联网实现模型, 从能源路由器的实现目标, 已有支撑技术和 实现部署方式等方面分析了涉及的关键技术, 并结合已有研究成果说明了该领域亟需突破的研究方 向. 关键词 能源互联网 能源路由器 可再生能源 分布式能源 微网 引言 目前 飞速发展的可再生能源技术正逐步缓解人类对化石能源的依赖 欧盟 美国和中国相继分 别提出到 年实现可再生能源在能源供给中占 和 的目标 融合多 种通信模式 为丰富和利用信息提供了极大便捷 正悄然改变人们沟通和信息交流方式 颠覆越来越 多传统产业的经营模式 为构建未来能源系统提供了借鉴和信息支撑 信息与新能源技术为构建智 能能源系统提供了必要技术储备 它们的融合有望形成以 能源互联网 形式供给和 消费能源 支撑 第三次工业革命 能源互联网可以被认为是未来能源基础平台 分布式能源、生 产 消费一体的能源主体将成为其主要组成部分 满足它们的接入和定制化需求面临诸多挑战 如间 歇式能源的调节与接入、生产和存储的合理调配、定制化需求的响应等 因此 能源互联网发展亟待 解决架构、构建方法及相关通信和控制协议设计开发等难题 当前 电能是应用最为广泛的二次能源 电网已实现电能的远距离配送 并具备了相当规模 随着 越来越多电动设备的成熟 电能将成为未来人们直接使用的主要能源形式 电力网络将是未来能源互 引用格式 曹军威 孟坤 王继业 等 能源互联网与能源路由器 中国科学 信息科学 中国科学: 信息科学 第44 卷 第 6 期 联网的主要载体 然而 当前电网运营还保持二元结构特点 生产、配送与消费相互割裂 个性化消费 需求和分布式能源供给还不能被很好地支持 生产、配送过分依赖预测 缺乏高效的通信通道实现信 息共享 能源利用率处于较低层次 此外 太阳能、风能、潮汐能及生物质能等可再生能源都具有较大 的利用潜力 但是 环境因素和生产效率使得间歇性和不稳定性成为了它们的共同特点 对它们的高 效利用存在诸多挑战 如 太阳能受到光线强度和光照时间的影响 风力和潮汐发电受地域和自身 特性的影响 所生产的电能在质量和数量上都难以达到现有电网的要求 因此 以现有电网为基础 对 可再生能源生产和存储进行恰当调度是实现能源互联网的基本要求 研发支持便捷双向能源流和信息 流融合的技术和设备是构建能源互联网的关键 按照能源互联网的愿景 通信系统承担信息采集 信息传输和信息处理业务 信息及时采集、优 化处理和有用信息及时准确到达是其必须具备的能力 然而 一方面 现有 采用链路共