中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月24日下午的“綜合能源服務專場”，清華大學信息技術(shù)研究院副院長曹軍威在會上分享了主題報告《能源路由器在綜合能源系統(tǒng)中的應用》，以下為演講實錄：
曹軍威：非常高興有機會在這里和大家分享。能源路由器的概念是從能源互聯(lián)網(wǎng)的概念延伸出來的。我們前幾年做了類似的裝置和示范工程，跟大家簡單匯報一下。背景不再多說了，上午專家已經(jīng)說了。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)設施。從互聯(lián)網(wǎng)的概念類比過來，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，之前做學術(shù)研究的時候，2011年能源互聯(lián)網(wǎng)可能只是一個概念，現(xiàn)在大家把能源互聯(lián)網(wǎng)具體形式如綜合能源服務作為一個主流趨勢，包括儲能這樣一些具體的環(huán)節(jié)，也在大發(fā)展過程中。不詳細講了。
未來我們認為信息跟能源能夠成為一體化的基礎(chǔ)設施可能就是需要包括能源站、數(shù)據(jù)站變成一個能源路由器這樣一個具體的形式。未來是需要能源路由器這樣一個裝備作為基礎(chǔ)。這樣的概念也不是我們最先提出來的，美國像FREEDM這樣的項目，它們也借助功率電子、電力電子來發(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和頻率，實現(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。國家電網(wǎng)類似這種三站合一的建設思路，實際上提出了一些場景。當我們把這些儲能站、數(shù)據(jù)中心、光伏這些要素在一個站里實現(xiàn)的時候，這是電力電子密集的區(qū)域。與其說所有的電力電子裝置像儲能的PCS、光伏的逆變器、數(shù)據(jù)中心的UPS分開來實現(xiàn)，是不是能有一個集中式的裝置，形成一個能源路由和交換的概念。我們認為之前我們做這種電力電子裝置的時候可能都是一些專用的，針對不同的用途，出現(xiàn)了很多種不同的裝置。但是未來整個電力系統(tǒng)或者不整個電力系統(tǒng)，一個綜合能源一個區(qū)域里面，這么多要素，再加上用戶側(cè)的電動汽車也好，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)非常地電力電子化。如果原來是一個以專用設備為主，是不是可能未來形成集成化的通用實現(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)絡路由器的設計理念，是不是能夠?qū)崿F(xiàn)一個能量層面上的路由器?從原理上是沒有問題的，一個網(wǎng)絡路由器是由信息的緩存決定信息從哪兒進到哪兒出，最后有一個具體的控制手段。未來能源路由器的決策機制可能是一個信息化的數(shù)據(jù)中心，緩存機制可能就是儲能，控制就是電力電子的原理。未來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)絡協(xié)議的標準分層來實現(xiàn)，可以開關(guān)路由，甚至電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)。如果分層實現(xiàn)，物理層、傳輸層、應用層，不同層面實現(xiàn)不同的功能?，F(xiàn)在還沒有類似這方面的標準。它的輸入輸出希望可以是標準化的，逆變器這些，我們以前都是單獨地去實現(xiàn)。未來有沒有可能是通用的模塊。既可以接風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現(xiàn)能量交換和路由。如果中間是一個直流母線，把直流微網(wǎng)變成一個直流母線的裝置，它更具有經(jīng)濟性。能源路由器本身單點集中，易于維護。如果變成一個微網(wǎng)，多點連接，有薄弱點分散的問題。
我們做技術(shù)研發(fā)，幾塊內(nèi)容也跟大家簡單交流一下。第一個就是是不是有通用的功率模塊的設計，既能當光伏逆變器也可以當儲能PCS又可以當充電模塊。實際上是可以的。未來當模塊的通用性帶來的經(jīng)濟性大于專用性,如果這兩個能夠通用性更強成本更低的話，未來就會有這樣的趨勢。它的一些即插即用設計可能有兩個層面。一個就是用戶，他把他的設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。因為不僅僅是信息層面上的，還有能量層面上的。這個協(xié)議標準是需要仔細去設計的。如果有這樣一個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)建一個更大規(guī)模的基礎(chǔ)設施。下面可能是一個小的區(qū)域。再往上層可以進一步提高，是不是本身就可以形成一個自下而上的能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)。一個電力電子系統(tǒng)在未來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，變壓等級低，容量小，更大層面上可能變壓等級高，容量大。在這個基礎(chǔ)上又可以實現(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)上進行監(jiān)控。在這個基礎(chǔ)上實現(xiàn)能量管理和能量交易。
總結(jié)起來，能源路由器的技術(shù)特征包括多端口、可擴展、標準接口、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。本身就是一個能量管理的執(zhí)行終端。未來的能量管理系統(tǒng)到能源路由器就可以去執(zhí)行這樣的調(diào)控。交易的計量終端，也可以在能源路由器這一端來實現(xiàn)。還有一些信息服務。有的人把能源路由器概念拓展，未來有能源站把冷熱都設計進來。類似的專利和剛才講的這些，我們在北京市科技計劃這樣一個課題里面實現(xiàn)了相關(guān)的研發(fā)。
具體我們做了用戶側(cè)的小容量的樣機的研制，基本上就是有風光還有儲能，我們有超級電容和鋰電池的接入。用戶負荷我們有電子負載、直流交流負載，七八個端口放在一起做一個供需調(diào)節(jié)。我們也在不同層面上，包括怎么來調(diào)節(jié)功率，包括怎么來調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，我們都做了一些第三方的測試，這個項目是跟京能一塊兒開展的。這樣一個能源互聯(lián)網(wǎng)的未來典型場景，剛才很多企業(yè)在介紹綜合能源服務的時候都介紹了這樣的典型場景。能源路由器是其中的一個可能，如果集成度非常高，在一個區(qū)域里面是有它的經(jīng)濟價值的。我們把能源路由器集成化實現(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的海北地區(qū)交付了這樣一個裝置。我們同時參加了中電聯(lián)的能源互聯(lián)網(wǎng)的標準專項。最終，我們覺得，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是它的成本像儲能一樣不斷降低的時候這樣一些裝置通用化會變成一個趨勢。這樣一個歷程在信息技術(shù)領(lǐng)域，信息的網(wǎng)絡路由器已經(jīng)發(fā)生了。隨著路由器變成一個白菜價或者大家根本不想修它的時候，這就變成了一個更具有可行性的方式。它的通用化、標準化、集成化變成一個趨勢。未來清華大學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。謝謝大家！
