如何构建功能强大的“能源互联网”

毫无疑问，如今的发电能力正在大幅增加。然而，随着电动汽车、热泵和工业制造等能源密集型技术的广泛应用，正在给日益老化的电网基础设施不断增加压力。

国际能源署2022年发布的《世界能源展望报告》预测，假设能源系统保持目前的发展态势，那么到2050年全球电力需求将增加75%，因此迫切需要进一步创新。许多来自各国的相关决策人士，以及谷歌、微软、施耐德电气和西门子等公司，都对与国际能源署的合作表现出了浓厚的兴趣。

随着越来越多的并网设备进入能源消费市场，电力系统必须越来越适应多向的电力流动。一些国家正在重点利用可再生能源来解决需求增加的问题，但这也增加了电力流动可预测的复杂性。

凡是关注能源发展的人，一定听说过许多建议型解决方案，包括在分布式能源网络中，整合机器对机器(M2M)通信和物联网(IoT)设备等尖端技术，实现点对点(P2P)能源共享的可能性。这些技术有可能彻底改变能源的生产、消费和共享方式，并为功能强大的“能源互联网(IoE)”铺平道路。

尽管如此，能源互联网的发展机遇还是引发了很多问题。例如，如何利用M2M通信和物联网设备，来促进功能强大的能源互联网发展？现有模型是否可以提供帮助？需要什么样的设备兼容性才能支持能源共享？

此外，大规模实施潜在的能源互联网，是否就像旨在减少用户对电网和外部能源供应商的依赖所实现的本地设备互操作性那样简单，还是需要一个包含更多复杂性的大规模解决方案？

M2M和物联网技术至关重要

当涉及到的能源互联网时，整合M2M和IoT技术至关重要。具有物联网功能的M2M设备可实现能源生产、消费和存储设备之间的无缝通信和互动，从而促进分布式能源网络的建立。通过实时优化能源利用和平衡供需，这些设备可以在这种网络上实现自主协作。

由于M2M和物联网通信可以支持对网络/社区内的设备进行实时监控和诊断，并在不中断供电的情况下，根据需要转移能源路径，因此能源共享可以提高电网的可靠性和弹性。

通过将这些技术接入能源共享平台，使消费者能够实现能源智能计量，并向消费者提供准确、透明的能源数据。

请记住，全球各种能源市场都是由能源垄断企业经营的，它们控制着能源分配(和消费)方式的大部分甚至全部。相比之下，建立能源互联网可以让消费者积极参与能源系统，通过消费或与相邻社区分享多余的能源，完全控制自己的能源需求，并从平台内置的动态定价和激励机制中获益。

充分利用现有模型

M2M与物联网设备通信已不新奇了。这些M2M通信模型可以与物联网设备相结合，并依靠数据传输做出合理的决策。然而，在相同设备之间实现物理能量的传输并非易事。

将物理能量转移到互连网络的不同部分，需要一个合适的资源分配方案。该方案必须考虑各种能源设备的优缺点(约束和偏好)。它还必须考虑光伏发电和其他能源发电的波动性，还需要实现合适的通信协议，以尽量减少干扰和时延问题。

实际上需要考虑的还有许多，比如，除了P2P能源传输的挑战之外，机器还必须满足物联网兼容性之外的某些要求，才能兼容能源互联网。虽然物联网的兼容性支持在网络上进行连接和数据传输，但能源互联网的兼容性要求机器能够自主参与能量交换并平衡能量流动。

那么，这种模型可能会是什么样的呢？它应该需要集成更多的处理单元、专用的传感器和独特的控制算法，能够直接对能源利用情况进行实时监视和调节，而不是先将各种数据报送到中央指令处理中心并等候指令。

要使设备与能源互联网兼容，它必须能够与其他设备通信，并有能力处理从其它资源接收的数据并生成可操作建议。它还应具备适应不断变化的条件和用户偏好的功能，并具有内置的安全和隐私功能，以便保护其处理数据，防止数据/能源窃取或操纵。

展望未来

借助现有的M2M通信协议和改进的物联网设备，大规模的实现能源互联网，可以帮助用户减少对电网及外部供应商的依赖。通过实现本地设备的互操作性，用户可以接入本地能源，优化本社区内的能源使用，从而在建立分布式能源网络的过程中促进能源自给自足。

当然，建立能源互联网是一项复杂的工作。它需要对政府经营的能源垄断企业进行潜在的重组，需要全球性合作并参与制定完善的协议，需要解放数据存储孤岛，还需要严格制定必要的立法，确保最佳的用户体验性和安全性。无疑，这些都是巨大的挑战。

尽管如此，功能强大的能源互联网还是有可能实现，也获得了国际能源署的极大关注，这是一个非常好的迹象。

(参考原文：how-a-functional-internet-of-energy-could-come-together）

本文为《电子工程专辑》2024年3月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅