我國提出新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以信息基礎(chǔ)設(shè)施為基礎(chǔ)，帶有鮮明的融合和創(chuàng)新特征。本文先概述信息基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展過程和現(xiàn)狀，提出信息和能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化理念，認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)是融合基礎(chǔ)設(shè)施的典型代表，是新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分和核心驅(qū)動力。
一、基礎(chǔ)設(shè)施與信息基礎(chǔ)設(shè)施
基礎(chǔ)設(shè)施(Infrastructure)一詞從上世紀(jì)20年代開始被用作公路、電網(wǎng)、電話、橋梁以及鐵路等類似公共設(shè)施的總稱，為工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了支撐作用。
傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的概念更偏向能源、交通類似的物理系統(tǒng)，新型基礎(chǔ)設(shè)施的提出反映出數(shù)字和知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的新要求，具有鮮明的信息物理融合特征，即在信息基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，發(fā)展智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施、智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施等融合基礎(chǔ)設(shè)施，并鼓勵(lì)和提倡創(chuàng)新。
美國國家科學(xué)基金從上世紀(jì)80年代就開始陸續(xù)資助先進(jìn)計(jì)算技術(shù)的研究，包括在特定領(lǐng)域推動相關(guān)的應(yīng)用，建設(shè)了數(shù)十個(gè)面向特定領(lǐng)域的信息、計(jì)算和數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)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(chǔ)設(shè)施(Cyber infrastructure，簡稱CI)的理念，對照現(xiàn)實(shí)世界中基礎(chǔ)設(shè)施的重要性，CI是從基礎(chǔ)設(shè)施的角度，重新審視數(shù)字空間資源的結(jié)果。在數(shù)字空間中，有計(jì)算、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、軟件、傳感等資源，CI淡化物理資源的概念，通過構(gòu)建邏輯資源層，實(shí)現(xiàn)資源的透明訪問，而不必關(guān)心資源具體的物理地址，是基礎(chǔ)設(shè)施視角的體現(xiàn)。
信息技術(shù)的發(fā)展事實(shí)上直到近十年才具有基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)的可能，比如云計(jì)算提供計(jì)算和存儲等資源的公用性，而數(shù)據(jù)中心是其基礎(chǔ)設(shè)施層面的載體;5G未來會提供無所不在的人和物聯(lián)網(wǎng)的接入服務(wù)，而鐵塔基站等構(gòu)成相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)數(shù)據(jù)中心和鐵塔基站的建設(shè)又離不開能源電力基礎(chǔ)設(shè)施的支撐。
我國數(shù)據(jù)中心發(fā)展迅猛，近年來在數(shù)量和規(guī)模方面都形成20%以上的年增長。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用僅次于美國，位于世界第二。數(shù)據(jù)中心作為信息基礎(chǔ)設(shè)施的核心，經(jīng)歷了自計(jì)算機(jī)發(fā)明出來后的多個(gè)發(fā)展階段，我國能夠在幾十年后趕超世界先進(jìn)，取得目前的成就實(shí)屬不易。我國數(shù)據(jù)中心的發(fā)展也存在問題，比如能效方面，直接影響數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本，總體上我國數(shù)據(jù)中心能效水平還有差距，也是未來制約數(shù)據(jù)中心發(fā)展的主要問題。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模越來越大，對能耗的需求也令很多城市(負(fù)荷中心)望而生畏，極大地限制了數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。
數(shù)據(jù)中心經(jīng)歷了規(guī)模化發(fā)展的階段后，目前呈現(xiàn)出新的趨勢，例如分布式微型數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，在距離應(yīng)用和用戶比較近的地方，發(fā)展邊緣數(shù)據(jù)中心，以提升對實(shí)時(shí)性要求比較高的應(yīng)用的支撐;另外就是提升數(shù)據(jù)中心本身的智能化管理水平，例如Google的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明通過運(yùn)用新一代人工智能方法對數(shù)據(jù)中心各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以提升能效15%。
反過來5G和人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用落地也深刻影響數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。比如5G為未來大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和傳感器的接入提供了無所不在的通信基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)用采集的數(shù)據(jù)量會大幅度上升，這樣就需要數(shù)據(jù)中心的支持，同時(shí)因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)的發(fā)展，比如圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用場景由于實(shí)時(shí)性要求高，對基礎(chǔ)設(shè)施的要求前移，因而傳統(tǒng)大規(guī)模集中式的云數(shù)據(jù)中心不一定能夠滿足新型應(yīng)用的需要，因此會出現(xiàn)靈活和無所不在的邊緣數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。
信息基礎(chǔ)設(shè)施與傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展不能割裂開來，應(yīng)該互相補(bǔ)充，因此融合基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展至關(guān)重要。清華大學(xué)率先提出信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化理念，主要體現(xiàn)為發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)。
二、能源互聯(lián)網(wǎng)——信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化
2014年我國明確提出了能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命的長期戰(zhàn)略。同時(shí)，國際上提出第三次工業(yè)革命是能源與信息技術(shù)碰撞的結(jié)果，以能源互聯(lián)網(wǎng)為主要標(biāo)志。2016年2月29日，由國家發(fā)展改革委、國家能源局、工業(yè)和信息化部聯(lián)合制定的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》發(fā)布。由此能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速走上快車道，成為我國踐行能源革命和“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的有力抓手。
能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的新型信息—能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)、分布式能源、智能小區(qū)等為“局域網(wǎng)”，以開放對等的信息—能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動態(tài)平衡使用，因此可以最大限度地適應(yīng)新能源的接入。能源互聯(lián)網(wǎng)借鑒互聯(lián)網(wǎng)理念的開放、對等、互聯(lián)、分享，希望實(shí)現(xiàn)能量的交換像互聯(lián)網(wǎng)信息交換一樣方便快捷，最終為用戶提供更多價(jià)值服務(wù)。能源行業(yè)的體量加上互聯(lián)網(wǎng)模式的創(chuàng)新，能源互聯(lián)網(wǎng)一經(jīng)誕生就引起了廣泛關(guān)注。
基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、區(qū)塊鏈等先進(jìn)信息通信技術(shù)的支撐，能源互聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)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(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)涉及地域范圍小，實(shí)時(shí)監(jiān)控要求高，更加適用基于大數(shù)據(jù)的新型傳感與量測、深度數(shù)據(jù)挖掘，在線決策處理等。另一方面，信息基礎(chǔ)設(shè)施如數(shù)據(jù)中心和5G基站等的運(yùn)行本身也需要能源互聯(lián)網(wǎng)的支撐。兩方面形成了有機(jī)互補(bǔ)的信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化趨勢。
借鑒信息基礎(chǔ)設(shè)施中的網(wǎng)絡(luò)路由器原理，能量路由器對能量進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，是能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行與控制的具體實(shí)施裝置，在實(shí)際應(yīng)用中執(zhí)行能量管理系統(tǒng)的調(diào)控指令。從電力電子技術(shù)的角度，能量路由器代表通用化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化的系統(tǒng)解決方案，具有硬件通用化、軟件定制化和即插即用等技術(shù)特征;從信息物理融合技術(shù)的角度，能量路由器既是能量管理控制又是能量計(jì)量的終端，同時(shí)可以跟數(shù)據(jù)中心等信息基礎(chǔ)設(shè)施有機(jī)結(jié)合，是信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化的核心裝備，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)能量層面的“局域消納在先、廣域互聯(lián)在后”。
能源互聯(lián)網(wǎng)能量管理平臺，是構(gòu)建于基礎(chǔ)設(shè)施之上的信息管理系統(tǒng)，具有多元主體接入、全景數(shù)據(jù)展現(xiàn)、能量信息透明、智能分析應(yīng)用、價(jià)值閉環(huán)驅(qū)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(wǎng)方、運(yùn)營方、服務(wù)方、中間方等多方主體的入口。因此能量管理平臺最終構(gòu)建的是能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈，以此為載體實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的用戶服務(wù)和價(jià)值創(chuàng)造。
能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化，是融合基礎(chǔ)設(shè)施的典型代表。能源基礎(chǔ)設(shè)施支撐下的信息化、數(shù)字化和智能化，才能進(jìn)一步支撐智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施等其他垂直領(lǐng)域融合基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，因此能源互聯(lián)網(wǎng)是新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分和核心驅(qū)動力。
三、融合基礎(chǔ)設(shè)施典型場景
本節(jié)舉例說明信息、能源和交通基礎(chǔ)設(shè)施融合發(fā)展的典型落地應(yīng)用場景，有助于對未來新型基礎(chǔ)設(shè)施的新模式有個(gè)直觀和感性的認(rèn)識。
多站合一。通過發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)中心、能源站、變電站、儲能站等基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)多站合一，進(jìn)而提高多種基礎(chǔ)設(shè)施融合的整體效率。多站合一的優(yōu)勢包括：實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化互補(bǔ)、提高能源利用效率;集成化設(shè)計(jì)節(jié)省空間、增加運(yùn)營面積、提高收益率;減少供電備用、減少靜默成本;智慧化設(shè)計(jì)提高運(yùn)維效率;集中維護(hù)成本降低等。
基站微電網(wǎng)。5G時(shí)代通信基站用電量成倍增長，同時(shí)現(xiàn)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(yīng)急成本很高等問題。發(fā)展基站交直流混合微電網(wǎng)，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(shí)現(xiàn)合同能源管理。
光儲充。面向電動汽車充電應(yīng)用，基于能量路由器實(shí)現(xiàn)光儲充集成化系統(tǒng)，可以通用化實(shí)現(xiàn)光伏逆變器、儲能PCS、電動汽車充電功率模塊、并網(wǎng)變流器等，上層實(shí)現(xiàn)能量調(diào)度管理、電能質(zhì)量治理以及電量交易等高級應(yīng)用。
城市軌道交通。城市軌道交通系統(tǒng)面臨可持續(xù)發(fā)展難題，基于能量路由的理念，可以將電網(wǎng)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(fā)電、廠站冷熱電三聯(lián)供等集成實(shí)現(xiàn)，搭載電網(wǎng)調(diào)峰控制、電能質(zhì)量調(diào)節(jié)等高級應(yīng)用，達(dá)到提高全系統(tǒng)效能、降低生命周期成本的目標(biāo)。
四、未來發(fā)展建議
我國提出的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)包括智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施、智慧交通基礎(chǔ)設(shè)施等內(nèi)容，信息基礎(chǔ)設(shè)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(diǎn)和建設(shè)熱潮，進(jìn)而成為下一輪新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎。
信息、能源、交通基礎(chǔ)設(shè)施具有廣泛密切的聯(lián)系，而不是相互割裂，因此需要相互影響，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。一方面政策上應(yīng)鼓勵(lì)基礎(chǔ)設(shè)施的融合發(fā)展，另外也應(yīng)該以應(yīng)用效果為導(dǎo)向，而不是一味追求投資和建設(shè)規(guī)模，比如鼓勵(lì)分布式、微型和邊緣數(shù)據(jù)中心等新形式和商業(yè)模式的發(fā)展。另外應(yīng)最大程度提高基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)維的技術(shù)水平，鼓勵(lì)模塊化、智能化和軟件定義等新技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，在基礎(chǔ)設(shè)施大發(fā)展的同時(shí)培養(yǎng)出高素質(zhì)高水平的產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。
信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新驅(qū)動，具體實(shí)施層面關(guān)鍵是要從更廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施的視角去審視，在布局方面應(yīng)該順應(yīng)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化的大趨勢。結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，盡最大程度與能源基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，解決數(shù)據(jù)中心能效等方面的瓶頸問題;在市場需求方面，既要看到當(dāng)下典型的應(yīng)用需求，又要有基礎(chǔ)設(shè)施的長遠(yuǎn)眼光，著力于未來公用事業(yè)場景的要求;在技術(shù)層面上應(yīng)該打破條條框框鼓勵(lì)創(chuàng)新，不應(yīng)該受制于現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而應(yīng)該因地制宜、因時(shí)制宜發(fā)展新技術(shù)、新模式和新業(yè)態(tài)。
電網(wǎng)是傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的典型代表，切入新基建應(yīng)該走融合基礎(chǔ)設(shè)施的道路，與信息基礎(chǔ)設(shè)施的融合是主要方向，能源互聯(lián)網(wǎng)是主要載體。但關(guān)鍵是觀念和視角的轉(zhuǎn)變，更多從基礎(chǔ)設(shè)施的角度去深刻理解電網(wǎng)企業(yè)的業(yè)務(wù)和場景。
因此電網(wǎng)企業(yè)的價(jià)值應(yīng)該從更好地服務(wù)用戶角度出發(fā)去體現(xiàn)，綜合能源服務(wù)、新能源消納、儲能發(fā)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(lǐng)域，與信息和交通基礎(chǔ)設(shè)施融合發(fā)展，激發(fā)平臺效應(yīng)。因此新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提到的是更廣泛和更融合的智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)該更多地跳出電網(wǎng)本身看電網(wǎng)，從能源互聯(lián)的角度、從信息能源交通融合的角度去發(fā)揮電網(wǎng)作為核心與其他相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施融合并為終端用戶“賦能”的作用。
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