能源互聯網是新型基礎設施建設的核心驅動力

　　我國提出新型基礎設施建設以信息基礎設施為基礎，帶有鮮明的融合和創新特征。本文先概述信息基礎設施發展過程和現狀，提出信息和能源基礎設施一體化理念，認為能源互聯網是融合基礎設施的典型代表，是新型基礎設施建設的重要組成部分和核心驅動力。

　　一、基礎設施與信息基礎設施

　　基礎設施(Infrastructure)一詞從上世紀20年代開始被用作公路、電網、電話、橋梁以及鐵路等類似公共設施的總稱，為工業經濟的發展起到了支撐作用。

　　傳統基礎設施的概念更偏向能源、交通類似的物理系統，新型基礎設施的提出反映出數字和知識經濟時代的新要求，具有鮮明的信息物理融合特征，即在信息基礎設施的基礎上，發展智慧能源基礎設施、智慧交通基礎設施等融合基礎設施，并鼓勵和提倡創新。

　　美國國家科學基金從上世紀80年代就開始陸續資助先進計算技術的研究，包括在特定領域推動相關的應用，建設了數十個面向特定領域的信息、計算和數據的網絡環境。隨著美國這方面的需求急劇增加，美國2003年提出了信息基礎設施(Cyber infrastructure，簡稱CI)的理念，對照現實世界中基礎設施的重要性，CI是從基礎設施的角度，重新審視數字空間資源的結果。在數字空間中，有計算、數據、網絡、軟件、傳感等資源，CI淡化物理資源的概念，通過構建邏輯資源層，實現資源的透明訪問，而不必關心資源具體的物理地址，是基礎設施視角的體現。

　　信息技術的發展事實上直到近十年才具有基礎設施實現的可能，比如云計算提供計算和存儲等資源的公用性，而數據中心是其基礎設施層面的載體;5G未來會提供無所不在的人和物聯網的接入服務，而鐵塔基站等構成相應的基礎設施，同時數據中心和鐵塔基站的建設又離不開能源電力基礎設施的支撐。

　　我國數據中心發展迅猛，近年來在數量和規模方面都形成20%以上的年增長。數據中心應用僅次于美國，位于世界第二。數據中心作為信息基礎設施的核心，經歷了自計算機發明出來后的多個發展階段，我國能夠在幾十年后趕超世界先進，取得目前的成就實屬不易。我國數據中心的發展也存在問題，比如能效方面，直接影響數據中心的運營成本，總體上我國數據中心能效水平還有差距，也是未來制約數據中心發展的主要問題。隨著數據中心規模越來越大，對能耗的需求也令很多城市(負荷中心)望而生畏，極大地限制了數據中心的發展。

　　數據中心經歷了規模化發展的階段后，目前呈現出新的趨勢，例如分布式微型數據中心的發展，在距離應用和用戶比較近的地方，發展邊緣數據中心，以提升對實時性要求比較高的應用的支撐;另外就是提升數據中心本身的智能化管理水平，例如Google的一項實驗表明通過運用新一代人工智能方法對數據中心各項運行參數進行調節，可以提升能效15%。

　　反過來5G和人工智能技術的發展和應用落地也深刻影響數據中心的發展。比如5G為未來大規模物聯網和傳感器的接入提供了無所不在的通信基礎設施，應用采集的數據量會大幅度上升，這樣就需要數據中心的支持，同時因為人工智能技術的發展，比如圖像處理、虛擬現實等應用場景由于實時性要求高，對基礎設施的要求前移，因而傳統大規模集中式的云數據中心不一定能夠滿足新型應用的需要，因此會出現靈活和無所不在的邊緣數據中心的發展。

　　信息基礎設施與傳統基礎設施的發展不能割裂開來，應該互相補充，因此融合基礎設施的發展至關重要。清華大學率先提出信息能源基礎設施一體化理念，主要體現為發展能源互聯網。

　　二、能源互聯網——信息能源基礎設施一體化

　　2014年我國明確提出了能源生產與消費革命的長期戰略。同時，國際上提出第三次工業革命是能源與信息技術碰撞的結果，以能源互聯網為主要標志。2016年2月29日，由國家發展改革委、國家能源局、工業和信息化部聯合制定的《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》發布。由此能源互聯網發展迅速走上快車道，成為我國踐行能源革命和“互聯網+”戰略的有力抓手。

　　能源互聯網是以互聯網理念構建的新型信息—能源融合“廣域網”，它以大電網為“主干網”，以微網、分布式能源、智能小區等為“局域網”，以開放對等的信息—能源一體化架構真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用，因此可以最大限度地適應新能源的接入。能源互聯網借鑒互聯網理念的開放、對等、互聯、分享，希望實現能量的交換像互聯網信息交換一樣方便快捷，最終為用戶提供更多價值服務。能源行業的體量加上互聯網模式的創新，能源互聯網一經誕生就引起了廣泛關注。

　　基于物聯網、云計算、大數據分析、人工智能、區塊鏈等先進信息通信技術的支撐，能源互聯網對數據的采集、傳輸、處理、決策、控制等方面提出了新的要求。尤其是區域能源互聯網涉及地域范圍小，實時監控要求高，更加適用基于大數據的新型傳感與量測、深度數據挖掘，在線決策處理等。另一方面，信息基礎設施如數據中心和5G基站等的運行本身也需要能源互聯網的支撐。兩方面形成了有機互補的信息能源基礎設施一體化趨勢。

　　借鑒信息基礎設施中的網絡路由器原理，能量路由器對能量進行存儲轉發，是能源互聯網運行與控制的具體實施裝置，在實際應用中執行能量管理系統的調控指令。從電力電子技術的角度，能量路由器代表通用化、標準化、集成化的系統解決方案，具有硬件通用化、軟件定制化和即插即用等技術特征;從信息物理融合技術的角度，能量路由器既是能量管理控制又是能量計量的終端，同時可以跟數據中心等信息基礎設施有機結合，是信息能源基礎設施一體化的核心裝備，實現能源互聯網能量層面的“局域消納在先、廣域互聯在后”。

　　能源互聯網能量管理平臺，是構建于基礎設施之上的信息管理系統，具有多元主體接入、全景數據展現、能量信息透明、智能分析應用、價值閉環驅動等特征。能量管理平臺不僅僅是用能終端用戶的入口，還是供能方、網方、運營方、服務方、中間方等多方主體的入口。因此能量管理平臺最終構建的是能源互聯網生態圈，以此為載體實現能源互聯網的用戶服務和價值創造。

　　能源互聯網實現信息能源基礎設施一體化，是融合基礎設施的典型代表。能源基礎設施支撐下的信息化、數字化和智能化，才能進一步支撐智慧交通基礎設施等其他垂直領域融合基礎設施的發展，因此能源互聯網是新型基礎設施建設的重要組成部分和核心驅動力。

　　三、融合基礎設施典型場景

　　本節舉例說明信息、能源和交通基礎設施融合發展的典型落地應用場景，有助于對未來新型基礎設施的新模式有個直觀和感性的認識。

　　多站合一。通過發展能源互聯網，將數據中心、能源站、變電站、儲能站等基礎設施實現多站合一，進而提高多種基礎設施融合的整體效率。多站合一的優勢包括：實現資源優化互補、提高能源利用效率;集成化設計節省空間、增加運營面積、提高收益率;減少供電備用、減少靜默成本;智慧化設計提高運維效率;集中維護成本降低等。

　　基站微電網。5G時代通信基站用電量成倍增長，同時現有鐵塔基站還有供電可靠性受天氣等條件變化的影響較大，電源及電池巡檢和應急成本很高等問題。發展基站交直流混合微電網，可以接入光伏和儲能等分布式電源，面向峰谷差利用，控制充放電特性，實現合同能源管理。

　　光儲充。面向電動汽車充電應用，基于能量路由器實現光儲充集成化系統，可以通用化實現光伏逆變器、儲能PCS、電動汽車充電功率模塊、并網變流器等，上層實現能量調度管理、電能質量治理以及電量交易等高級應用。

　　城市軌道交通。城市軌道交通系統面臨可持續發展難題，基于能量路由的理念，可以將電網供電、列車牽引供電、再生制動能量回饋、儲能充放電、新能源發電、廠站冷熱電三聯供等集成實現，搭載電網調峰控制、電能質量調節等高級應用，達到提高全系統效能、降低生命周期成本的目標。

　　四、未來發展建議

　　我國提出的新型基礎設施建設包括智慧能源基礎設施、智慧交通基礎設施等內容，信息基礎設施納入基建范疇，會在更廣泛的層面上動員政府、資本等各方面的投入，勢必會形成新一輪的投資熱點和建設熱潮，進而成為下一輪新經濟發展的引擎。

　　信息、能源、交通基礎設施具有廣泛密切的聯系，而不是相互割裂，因此需要相互影響，加強頂層設計。一方面政策上應鼓勵基礎設施的融合發展，另外也應該以應用效果為導向，而不是一味追求投資和建設規模，比如鼓勵分布式、微型和邊緣數據中心等新形式和商業模式的發展。另外應最大程度提高基礎設施建設和運維的技術水平，鼓勵模塊化、智能化和軟件定義等新技術的應用發展，在基礎設施大發展的同時培養出高素質高水平的產業隊伍。

　　信息基礎設施建設要強調創新驅動，具體實施層面關鍵是要從更廣泛的基礎設施的視角去審視，在布局方面應該順應信息能源基礎設施一體化的大趨勢。結合能源互聯網的發展，盡最大程度與能源基礎設施相結合，解決數據中心能效等方面的瓶頸問題;在市場需求方面，既要看到當下典型的應用需求，又要有基礎設施的長遠眼光，著力于未來公用事業場景的要求;在技術層面上應該打破條條框框鼓勵創新，不應該受制于現行的技術標準，而應該因地制宜、因時制宜發展新技術、新模式和新業態。

　　電網是傳統基礎設施的典型代表，切入新基建應該走融合基礎設施的道路，與信息基礎設施的融合是主要方向，能源互聯網是主要載體。但關鍵是觀念和視角的轉變，更多從基礎設施的角度去深刻理解電網企業的業務和場景。

　　因此電網企業的價值應該從更好地服務用戶角度出發去體現，綜合能源服務、新能源消納、儲能發展、電動汽車充電等都是具體的形式，甚至可以跨出能源電力領域，與信息和交通基礎設施融合發展，激發平臺效應。因此新型基礎設施建設提到的是更廣泛和更融合的智慧能源基礎設施，應該更多地跳出電網本身看電網，從能源互聯的角度、從信息能源交通融合的角度去發揮電網作為核心與其他相關基礎設施融合并為終端用戶“賦能”的作用。