杜 韞

(中央軍委后勤保障部軍需能源技術服務中心，北京100036)

能源是國民經濟、社會發(fā)展和軍事行動的重要物資基礎。隨著工業(yè)生產技術的發(fā)展和人民生活水平的提高，能源的需求量急劇增加。能源大量消耗帶來一系列問題，例如化石能源枯竭、環(huán)境污染及全球變暖，導致傳統(tǒng)能源的消費模式與清潔低碳高效應用的發(fā)展趨勢之間沖突加劇[1-2]。為此，一方面要積極探尋清潔的可再生能源，如太陽能、生物質能、風能等，實現全球范圍內的低碳排放；另一方面進行能源的高效利用，將能源流和信息流結合起來，構建一個全新的能源體系——能源互聯(lián)網，來滿足社會發(fā)展過程中的能源需求。近年來，以能源互聯(lián)網為核心的各項關鍵技術成為人們研究的熱點，相關的新興產業(yè)也在蓬勃發(fā)展[3]。隨著軍用信息化、智能化武器裝備的大量列裝和實戰(zhàn)化應用，加上多域、“馬賽克”等新型作戰(zhàn)模式的運用，給我軍戰(zhàn)時能源的快速補給帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，應充分利用能源互聯(lián)網技術提高軍事能源保障的信息化、智能化水平，提升軍事能源后勤保障能力，實現軍事能源保障的安全、高效和可持續(xù)。

能源互聯(lián)網以電力系統(tǒng)為核心，以互聯(lián)網等信息技術為輔助，利用分布式可再生能源，與工業(yè)系統(tǒng)緊密耦合形成多網流系統(tǒng)[4]。20 世紀70 年代，巴克敏斯特在世界游戲模擬(World Game Simulation) 大會上提出能源互聯(lián)網的概念，認為“全球互聯(lián)網能源戰(zhàn)略”是最佳選擇。1986 年彼得·麥森創(chuàng)立了全球能源網絡學會，特別關注國與國之間的電力網絡傳輸，強調利用可再生能源[5]。2011 年杰里夫·里夫金在《第三次工業(yè)革命——新經濟模式如何改變世界》一書中提出第三次工業(yè)革命是以信息技術來推動全球化，但首要問題是解決能源問題，通過聯(lián)網的可再生能源進行共享，能源應用的各個環(huán)節(jié)實現互聯(lián)網化，有效解決能源問題[6]。

1 能源互聯(lián)網概念的內涵

1.1 全球能源互聯(lián)網

2015 年9 月26 日習近平主席在聯(lián)合國發(fā)展峰會上發(fā)表重要講話，倡議探討構建全球能源互聯(lián)網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。

全球能源互聯(lián)網的實質是以清潔可再生能源為根本，利用豐富的太陽能、風能及水能等主要清潔能源，實現綠色低碳目標；特高壓電網是骨架，實現大規(guī)模以及遠距離的電力傳輸，實現全球的用電地區(qū)和能源基地都在特高壓的覆蓋范圍內；智能電網是基礎，適應各種分布式清潔能源的靈活接入，通過信息的智能調配來滿足多樣化的需求[7]。通過構建全球能源互聯(lián)網，實現能源的高效利用，通過清潔可再生能源來替代傳統(tǒng)化石能源，以此改善目前嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題。

1.2“互聯(lián)網+”智慧能源

“互聯(lián)網+”智慧能源是一種互聯(lián)網與能源消費各種環(huán)節(jié)以及能源市場深度融合的產業(yè)新型態(tài)[3]，達到多能源資源合理互補利用的目的，具有設備智能、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、多能協(xié)同、交易開放等特征。2016 年，我國發(fā)布了《關于推進“互聯(lián)網+”智慧能源發(fā)展的指導意見》，利用互聯(lián)網及其他先進的信息技術，推進能源應用智能化，構建綠色低碳、高效安全的能源體系，為我國經濟發(fā)展奠定堅實的基礎。一批“互聯(lián)網+”智慧能源示范項目相繼落地，進一步推進了對“互聯(lián)網+”智慧能源的認識。如在2019 年，南方電網廣東珠?！盎ヂ?lián)網+”智慧能源示范項目成功投運，是目前世界上容量最大、電壓等級最多、采用諸多自主創(chuàng)新關鍵技術的多端柔性直流配電網工程，填補了國內外空白。在“互聯(lián)網+”智慧能源理論及技術的發(fā)展過程中，不能局限于能源資源種類和技術方案，而應該盡可能強調多能源技術集成應用，各類能源設施資源開放共享，保證能源資源各盡所能，實現精準測量、靈活調控、效率最優(yōu)、系統(tǒng)魯棒性更高[8]。

1.3 多能互補的區(qū)域型能源互聯(lián)網

隨著社會發(fā)展以及人口數量增加，在建筑集中、人口集中的區(qū)域，由于不同功能和模式對能源的需求數量、種類有著不同的要求，因此在構建區(qū)域型能源互聯(lián)網時要實現多種能源互補利用，考慮各種能源(如太陽能、風能、地熱能等)的利用時間、利用方式等不同特性，實現各類能源的梯級利用，確保系統(tǒng)的效益達到最大化，為該區(qū)域提供穩(wěn)定的能源供給[9]。

人們基于不同特點對能源互聯(lián)網的概念和內涵進行了研究，表明能源互聯(lián)網具有以下四個特征：(1)為了解決嚴峻的環(huán)境污染問題，實現綠色低碳可持續(xù)發(fā)展的目標，能源端的供應以可再生能源為主要能源；(2)由于可再生能源具有分散的特點，為高效率收集并利用可再生能源，需要根據具體環(huán)境就地建立可以收集、存儲并利用能源的網絡，需要支持分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲能系統(tǒng)的接入；(3)能源互聯(lián)網是一個對等的能源共享網絡，大范圍的分布式能源網絡也不能保證自給自足，因此在互聯(lián)網技術的支持下實現廣域能源共享；(4)各種交通設備的能源正逐漸從燃油向電動轉變，因此需要支持交通系統(tǒng)的電氣化。在這些特征的基礎上，進一步考慮構建能源互聯(lián)網。

2 能源互聯(lián)網的國內外發(fā)展現狀

2.1 國內發(fā)展現狀

能源互聯(lián)網是將傳統(tǒng)的能源行業(yè)進行智慧化升級，實現能源系統(tǒng)與互聯(lián)網深度融合[10]，為了保障能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，分布式能源是能源互聯(lián)網系統(tǒng)的重要組成部分。要設計一個分布式發(fā)電系統(tǒng)，需要考慮供給能源的品級、峰谷規(guī)律、電站容量等問題，而在單個獨立的分布式能源系統(tǒng)中沒辦法從根本上解決這些問題，導致其無法最大程度地發(fā)揮本身價值，因此分布式能源系統(tǒng)的聯(lián)網是發(fā)展的必然[11]。

分布式能源網絡系統(tǒng)是以可再生能源為主體，以儲能系統(tǒng)為支撐，在互聯(lián)網技術的推動下，將各種類型的分布式能源網絡等節(jié)點進行互聯(lián)，保障不同的分布式能源有效接入，形成開放共享網絡，然后與其他網絡系統(tǒng)(如電網、熱網、氣網等)進行協(xié)同控制。為了保障系統(tǒng)穩(wěn)定性，利用多智能系統(tǒng)進行協(xié)同控制使分布式網絡系統(tǒng)有序化[12]。目前比較典型的應用項目，如國家電網公司在河北張北建成的風光儲輸示范工程，是目前世界上規(guī)模最大，集風電、光伏發(fā)電、儲能及智能輸電為一體的能源互聯(lián)網示范工程。

智能電網被認為是能源互聯(lián)網的基礎框架。近年來，我國大力推進以特高壓輸電為代表的智能電網建設，已經建成“八交十三直”21 項特高壓工程，線路長度達3.8 萬千米，輸電能力超1.4 億千瓦，這為能源互聯(lián)網的構建提供了堅實的“硬連接”基礎。2019 年，國家電網公司也提出了以堅強智能電網和泛在電力物聯(lián)網為抓手，打造“樞紐型、平臺型和共享型”的世界一流能源互聯(lián)網企業(yè)愿景[13]。

在能源互聯(lián)網的科學研究領域，國內部分高校和科研院所已布局相關研究。國防科技大學張濤教授團隊將能源互聯(lián)網相關研究成果運用到軍事能源保障領域，針對高原海島、邊防哨所、無人值守站、部隊野外用電、國防工程等在傳統(tǒng)能源保障上存在的防護弱、存儲難、耗能高、隱蔽性差、不可再生等問題，自主研發(fā)分布式儲能、能量集線器、智能能量管理等技術，為未來實現戰(zhàn)場能量互聯(lián)、野外不間斷供電和“孤島”模式下的營區(qū)用電提供了可能。清華大學能源互聯(lián)網創(chuàng)新研究院致力于以電力系統(tǒng)為核心與紐帶，構建多種類型能源的互聯(lián)網絡，利用互聯(lián)網思維與技術改造能源行業(yè)，積極聚集“政、產、學、研、金、用”各方，推動能源與信息高度融合的新型生態(tài)化能源體系構建。

2.2 國外發(fā)展現狀

2003 年，瑞士啟動“未來能源網絡愿景”(Vision of Future Energy Networks)項目，該項目著重研究多能源傳輸系統(tǒng)的利用及分布式能源的轉換和存儲，建立混合能源系統(tǒng)。

2008 年，美國啟動“未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)”項目。該項目在電力系統(tǒng)中引入信息技術和電子技術，通過在配電網層面構建能源互聯(lián)網，實現分布式可再生能源發(fā)電和分布式儲能并網的高效配電系統(tǒng)。

2008 年，德國啟動能源技術創(chuàng)新計劃，著手研究以信息通信技術(Information and Communication Technology，ICT)為基礎構建未來能源系統(tǒng)，開發(fā)和測試能源互聯(lián)網的核心技術。

2010 年，日本啟動了“智能能源共同體”計劃，開展能源和智能電網等領域的研究。2011 年啟動“智慧能源網”計劃，通過智能化的信息交換與控制系統(tǒng)，協(xié)調電力、熱能與運輸方面的能源使用。

2011 年，歐盟啟動了未來智能能源互聯(lián)網項目。該項目核心在于構建未來能源互聯(lián)網的信息通信技術平臺，支撐配電系統(tǒng)的智能化；通過分析智能能源場景，識別信息通信技術需求，開發(fā)參考架構并準備在歐洲范圍內進行試驗，最終形成歐洲智能能源基礎設施的未來能源互聯(lián)網信息通信技術[14]。

歐、美、日等的能源互聯(lián)網構建方式雖然有很大差異，但都是將互聯(lián)網技術運用到能源系統(tǒng)，把傳統(tǒng)集中式的、單向的、生產者控制的能源系統(tǒng)，轉變成大量分布式、輔以較少集中式的新能源與更多消費者互動的能源系統(tǒng)，提高可再生能源的比重，實現多元能源的有效互聯(lián)和高效利用。

能源互聯(lián)網目前尚無全面、系統(tǒng)的解決方案，基本架構主要分為供應端、調配側和負荷端。供應端為發(fā)電側，以分布式能源發(fā)電站為基礎，建設過程中考慮能源的收集、儲備、接入、管理等問題。調配側為管控側，立足電網已有基礎設施，承載分布式電源的接入以及各種信息的采集，實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)，實現網絡系統(tǒng)最佳組合以及能量的多目標優(yōu)化。負荷端為用電側，通過各種能效模型對用電需求、能效進行分析，進行優(yōu)化管控。三者相互緊密聯(lián)系，協(xié)同合作實現整個能源互聯(lián)網系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。

未來能源互聯(lián)網將實現物理配電網與信息通信網的高度融合，實現多種能源的共享和供需匹配。作為其物理部分的配電網，隨著分布式電源、儲能裝置、電動汽車、供熱(冷)系統(tǒng)等新型單元的大量接入，將逐步演變?yōu)殡姟?、?冷)等多種能源耦合形成的多能源系統(tǒng)。

3 能源互聯(lián)網的潛在軍事應用價值

3.1 拓展單兵班組軍用能源獲取途徑

信息技術飛速發(fā)展，人工智能與網絡技術的相互結合，將在很大程度上改變今后的戰(zhàn)場環(huán)境，特別是單兵班組的信息化武器裝備和智能化裝備的大量使用，對能源保障的要求日益提高。通過能源互聯(lián)網技術，建立分布式可再生能源發(fā)電和分布式儲能并網的高效配電系統(tǒng)，使每一個分布式能源點都在互聯(lián)網上做好定位，擴展單兵班組的軍用能源獲取途徑，快速便捷地尋找最近補給點，通過軍用能源互聯(lián)網系統(tǒng)快速進行能源補給，避免出現能源補給不足造成的聯(lián)絡中斷、失聯(lián)情況，大幅提高邊防安全和分隊持續(xù)作戰(zhàn)能力。

3.2 構建邊防海島哨所局域微電網

通過綜合利用風電、光伏、地熱和小水電等多種可再生能源，構建局域微電網系統(tǒng)，解決邊防海島部隊全天候全時段用電難題，給武器裝備提供穩(wěn)定的能源保障，大幅縮短練兵戰(zhàn)備準備時間，裝備運行更加穩(wěn)定可靠，實現24 h 執(zhí)勤守備，大幅度提升管邊控邊能力。

3.3 提升多元能源綜合利用效率

多域和智能化作戰(zhàn)模式下，智能化裝備具有“載荷”的特性，其特征性、任務屬性和功能均可隨時定義，那么服務于新型作戰(zhàn)模式的能源保障具有“不確定”特點，包括時域與空域的不確定性，裝備對能源的需求也有不確定性、非連續(xù)性、非對稱性、泛在性、偶發(fā)性(波動性)。因此，在能源互聯(lián)網技術支撐下，后勤保障部隊一方面依據作戰(zhàn)任務需要以及人員與裝備數量快速計算作戰(zhàn)單元所需能源物資、快速定位附近匹配補給點，實現快速就近補給保障；另一方面充分利用能源物聯(lián)網分布式、可再生能源發(fā)電和分布式儲能并網的高效配電系統(tǒng)，基于有線和無線傳能技術形成耦合的全域供電網絡，降低軍事行動對汽油、柴油的過度依賴，減少發(fā)電用油消耗，降低油料運輸占用兵力和油料補給頻率，減輕后勤保障負擔，提高戰(zhàn)場能源保障效率。

3.4 滿足能源保障的實時精準

依托能源互聯(lián)網技術建立的軍需能源互聯(lián)網保障系統(tǒng)，快速準確定位作戰(zhàn)區(qū)域的能源供應情況，在緊急情況下對周邊的能源供應進行統(tǒng)一調度，自動協(xié)調所需的能源資源；實時監(jiān)控能源的消耗、調度及庫存情況，快速制定后勤保障的計劃安排，有利于戰(zhàn)場能源及時高效補充。

4 能源互聯(lián)網軍事應用急需攻克的方向

(1)戰(zhàn)場的快速組建與前伸

優(yōu)化分布式可再生能源發(fā)電、儲能裝置的設計，提高戰(zhàn)場的快速組建與前伸能力，實現快速并網使用；進行便攜式小型化光伏、風能、高效儲能等發(fā)供電裝置的研發(fā)應用，滿足單兵班組戰(zhàn)場的應急電力供應。

(2)抗毀傷與反偵察的能力

對分布式能源發(fā)電、儲存裝置及局域微電網裝置做好隱蔽措施，提高抗摧毀和反偵察能力；提高能源互聯(lián)網信息完整性，完善自主能源互聯(lián)網體系建設、芯片設計與軟件開發(fā)，加強信息通道管理，強化信息安全管控，嚴防敵對勢力網絡攻擊，確保能源互聯(lián)網信息安全。

(3)通訊協(xié)議與設備共享

加強芯片及軟件系統(tǒng)的自主研發(fā)，實現對能源信息的自主控制，通過通訊協(xié)議與設備共享，提高地方能源互聯(lián)網軍事適用性，建立完善軍用能源互聯(lián)網系統(tǒng)，一方面擴大軍事能源的供應范圍，另一方面減少重復建設，避免不必要的資源浪費。

(4)裝備用能負荷與作戰(zhàn)支撐能力

針對軍用裝備高電壓、大電流、長航時的特殊要求，構建能源互聯(lián)網時，優(yōu)化設計方案或多套方案并存，必要時可靈活切換，在敏感地區(qū)，提高儲能裝置的供配電設計標準，預留軍用裝備典型接口，提高軍用裝備用能負荷與作戰(zhàn)支撐能力。

5 結論

構建能源互聯(lián)網，對中國的可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義，既順應新一輪能源科技革命，又具有顯著的軍事應用前景；基于軍地“共建、共治、共享”理念，打破遍及能源系統(tǒng)物理層、信息層和應用層“源-網-荷-儲”的各環(huán)節(jié)，以及在政策、規(guī)劃、運維和供需等鏈條中的“泛在壁壘”，實現全局全域貫通和軍民多方“共贏”。因此，需加強對能源互聯(lián)網技術的前瞻性規(guī)劃，加速全國能源互聯(lián)網技術的相關標準制定，加大對能源互聯(lián)網芯片技術和軟件系統(tǒng)的自主開發(fā)力度，加快對重點區(qū)域的設施建設步伐，推進我軍能源保障體系的快速、高效化建設。