能源互联网在军事领域的应用分析

杜 韫

(中央军委后勤保障部军需能源技术服务中心，北京100036)

能源是国民经济、社会发展和军事行动的重要物资基础。随着工业生产技术的发展和人民生活水平的提高，能源的需求量急剧增加。能源大量消耗带来一系列问题，例如化石能源枯竭、环境污染及全球变暖，导致传统能源的消费模式与清洁低碳高效应用的发展趋势之间冲突加剧[1-2]。为此，一方面要积极探寻清洁的可再生能源，如太阳能、生物质能、风能等，实现全球范围内的低碳排放；另一方面进行能源的高效利用，将能源流和信息流结合起来，构建一个全新的能源体系——能源互联网，来满足社会发展过程中的能源需求。近年来，以能源互联网为核心的各项关键技术成为人们研究的热点，相关的新兴产业也在蓬勃发展[3]。随着军用信息化、智能化武器装备的大量列装和实战化应用，加上多域、“马赛克”等新型作战模式的运用，给我军战时能源的快速补给带来巨大挑战。因此，应充分利用能源互联网技术提高军事能源保障的信息化、智能化水平，提升军事能源后勤保障能力，实现军事能源保障的安全、高效和可持续。

能源互联网以电力系统为核心，以互联网等信息技术为辅助，利用分布式可再生能源，与工业系统紧密耦合形成多网流系统[4]。20 世纪70 年代，巴克敏斯特在世界游戏模拟(World Game Simulation) 大会上提出能源互联网的概念，认为“全球互联网能源战略”是最佳选择。1986 年彼得·麦森创立了全球能源网络学会，特别关注国与国之间的电力网络传输，强调利用可再生能源[5]。2011 年杰里夫·里夫金在《第三次工业革命——新经济模式如何改变世界》一书中提出第三次工业革命是以信息技术来推动全球化，但首要问题是解决能源问题，通过联网的可再生能源进行共享，能源应用的各个环节实现互联网化，有效解决能源问题[6]。

1 能源互联网概念的内涵

1.1 全球能源互联网

2015 年9 月26 日习近平主席在联合国发展峰会上发表重要讲话，倡议探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。

全球能源互联网的实质是以清洁可再生能源为根本，利用丰富的太阳能、风能及水能等主要清洁能源，实现绿色低碳目标；特高压电网是骨架，实现大规模以及远距离的电力传输，实现全球的用电地区和能源基地都在特高压的覆盖范围内；智能电网是基础，适应各种分布式清洁能源的灵活接入，通过信息的智能调配来满足多样化的需求[7]。通过构建全球能源互联网，实现能源的高效利用，通过清洁可再生能源来替代传统化石能源，以此改善目前严峻的生态环境问题。

1.2“互联网+”智慧能源

“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源消费各种环节以及能源市场深度融合的产业新型态[3]，达到多能源资源合理互补利用的目的，具有设备智能、信息对称、供需分散、系统扁平、多能协同、交易开放等特征。2016 年，我国发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，利用互联网及其他先进的信息技术，推进能源应用智能化，构建绿色低碳、高效安全的能源体系，为我国经济发展奠定坚实的基础。一批“互联网+”智慧能源示范项目相继落地，进一步推进了对“互联网+”智慧能源的认识。如在2019 年，南方电网广东珠海“互联网+”智慧能源示范项目成功投运，是目前世界上容量最大、电压等级最多、采用诸多自主创新关键技术的多端柔性直流配电网工程，填补了国内外空白。在“互联网+”智慧能源理论及技术的发展过程中，不能局限于能源资源种类和技术方案，而应该尽可能强调多能源技术集成应用，各类能源设施资源开放共享，保证能源资源各尽所能，实现精准测量、灵活调控、效率最优、系统鲁棒性更高[8]。

1.3 多能互补的区域型能源互联网

随着社会发展以及人口数量增加，在建筑集中、人口集中的区域，由于不同功能和模式对能源的需求数量、种类有着不同的要求，因此在构建区域型能源互联网时要实现多种能源互补利用，考虑各种能源(如太阳能、风能、地热能等)的利用时间、利用方式等不同特性，实现各类能源的梯级利用，确保系统的效益达到最大化，为该区域提供稳定的能源供给[9]。

人们基于不同特点对能源互联网的概念和内涵进行了研究，表明能源互联网具有以下四个特征：(1)为了解决严峻的环境污染问题，实现绿色低碳可持续发展的目标，能源端的供应以可再生能源为主要能源；(2)由于可再生能源具有分散的特点，为高效率收集并利用可再生能源，需要根据具体环境就地建立可以收集、存储并利用能源的网络，需要支持分布式发电系统与分布式储能系统的接入；(3)能源互联网是一个对等的能源共享网络，大范围的分布式能源网络也不能保证自给自足，因此在互联网技术的支持下实现广域能源共享；(4)各种交通设备的能源正逐渐从燃油向电动转变，因此需要支持交通系统的电气化。在这些特征的基础上，进一步考虑构建能源互联网。

2 能源互联网的国内外发展现状

2.1 国内发展现状

能源互联网是将传统的能源行业进行智慧化升级，实现能源系统与互联网深度融合[10]，为了保障能源系统的稳定性，分布式能源是能源互联网系统的重要组成部分。要设计一个分布式发电系统，需要考虑供给能源的品级、峰谷规律、电站容量等问题，而在单个独立的分布式能源系统中没办法从根本上解决这些问题，导致其无法最大程度地发挥本身价值，因此分布式能源系统的联网是发展的必然[11]。

分布式能源网络系统是以可再生能源为主体，以储能系统为支撑，在互联网技术的推动下，将各种类型的分布式能源网络等节点进行互联，保障不同的分布式能源有效接入，形成开放共享网络，然后与其他网络系统(如电网、热网、气网等)进行协同控制。为了保障系统稳定性，利用多智能系统进行协同控制使分布式网络系统有序化[12]。目前比较典型的应用项目，如国家电网公司在河北张北建成的风光储输示范工程，是目前世界上规模最大，集风电、光伏发电、储能及智能输电为一体的能源互联网示范工程。

智能电网被认为是能源互联网的基础框架。近年来，我国大力推进以特高压输电为代表的智能电网建设，已经建成“八交十三直”21 项特高压工程，线路长度达3.8 万千米，输电能力超1.4 亿千瓦，这为能源互联网的构建提供了坚实的“硬连接”基础。2019 年，国家电网公司也提出了以坚强智能电网和泛在电力物联网为抓手，打造“枢纽型、平台型和共享型”的世界一流能源互联网企业愿景[13]。

在能源互联网的科学研究领域，国内部分高校和科研院所已布局相关研究。国防科技大学张涛教授团队将能源互联网相关研究成果运用到军事能源保障领域，针对高原海岛、边防哨所、无人值守站、部队野外用电、国防工程等在传统能源保障上存在的防护弱、存储难、耗能高、隐蔽性差、不可再生等问题，自主研发分布式储能、能量集线器、智能能量管理等技术，为未来实现战场能量互联、野外不间断供电和“孤岛”模式下的营区用电提供了可能。清华大学能源互联网创新研究院致力于以电力系统为核心与纽带，构建多种类型能源的互联网络，利用互联网思维与技术改造能源行业，积极聚集“政、产、学、研、金、用”各方，推动能源与信息高度融合的新型生态化能源体系构建。

2.2 国外发展现状

2003 年，瑞士启动“未来能源网络愿景”(Vision of Future Energy Networks)项目，该项目着重研究多能源传输系统的利用及分布式能源的转换和存储，建立混合能源系统。

2008 年，美国启动“未来可再生电能传输与管理系统”项目。该项目在电力系统中引入信息技术和电子技术，通过在配电网层面构建能源互联网，实现分布式可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统。

2008 年，德国启动能源技术创新计划，着手研究以信息通信技术(Information and Communication Technology，ICT)为基础构建未来能源系统，开发和测试能源互联网的核心技术。

2010 年，日本启动了“智能能源共同体”计划，开展能源和智能电网等领域的研究。2011 年启动“智慧能源网”计划，通过智能化的信息交换与控制系统，协调电力、热能与运输方面的能源使用。

2011 年，欧盟启动了未来智能能源互联网项目。该项目核心在于构建未来能源互联网的信息通信技术平台，支撑配电系统的智能化；通过分析智能能源场景，识别信息通信技术需求，开发参考架构并准备在欧洲范围内进行试验，最终形成欧洲智能能源基础设施的未来能源互联网信息通信技术[14]。

欧、美、日等的能源互联网构建方式虽然有很大差异，但都是将互联网技术运用到能源系统，把传统集中式的、单向的、生产者控制的能源系统，转变成大量分布式、辅以较少集中式的新能源与更多消费者互动的能源系统，提高可再生能源的比重，实现多元能源的有效互联和高效利用。

能源互联网目前尚无全面、系统的解决方案，基本架构主要分为供应端、调配侧和负荷端。供应端为发电侧，以分布式能源发电站为基础，建设过程中考虑能源的收集、储备、接入、管理等问题。调配侧为管控侧，立足电网已有基础设施，承载分布式电源的接入以及各种信息的采集，实时监测系统运行状态，实现网络系统最佳组合以及能量的多目标优化。负荷端为用电侧，通过各种能效模型对用电需求、能效进行分析，进行优化管控。三者相互紧密联系，协同合作实现整个能源互联网系统的最优化运行。

未来能源互联网将实现物理配电网与信息通信网的高度融合，实现多种能源的共享和供需匹配。作为其物理部分的配电网，随着分布式电源、储能装置、电动汽车、供热(冷)系统等新型单元的大量接入，将逐步演变为电、气、热(冷)等多种能源耦合形成的多能源系统。

3 能源互联网的潜在军事应用价值

3.1 拓展单兵班组军用能源获取途径

信息技术飞速发展，人工智能与网络技术的相互结合，将在很大程度上改变今后的战场环境，特别是单兵班组的信息化武器装备和智能化装备的大量使用，对能源保障的要求日益提高。通过能源互联网技术，建立分布式可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统，使每一个分布式能源点都在互联网上做好定位，扩展单兵班组的军用能源获取途径，快速便捷地寻找最近补给点，通过军用能源互联网系统快速进行能源补给，避免出现能源补给不足造成的联络中断、失联情况，大幅提高边防安全和分队持续作战能力。

3.2 构建边防海岛哨所局域微电网

通过综合利用风电、光伏、地热和小水电等多种可再生能源，构建局域微电网系统，解决边防海岛部队全天候全时段用电难题，给武器装备提供稳定的能源保障，大幅缩短练兵战备准备时间，装备运行更加稳定可靠，实现24 h 执勤守备，大幅度提升管边控边能力。

3.3 提升多元能源综合利用效率

多域和智能化作战模式下，智能化装备具有“载荷”的特性，其特征性、任务属性和功能均可随时定义，那么服务于新型作战模式的能源保障具有“不确定”特点，包括时域与空域的不确定性，装备对能源的需求也有不确定性、非连续性、非对称性、泛在性、偶发性(波动性)。因此，在能源互联网技术支撑下，后勤保障部队一方面依据作战任务需要以及人员与装备数量快速计算作战单元所需能源物资、快速定位附近匹配补给点，实现快速就近补给保障；另一方面充分利用能源物联网分布式、可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统，基于有线和无线传能技术形成耦合的全域供电网络，降低军事行动对汽油、柴油的过度依赖，减少发电用油消耗，降低油料运输占用兵力和油料补给频率，减轻后勤保障负担，提高战场能源保障效率。

3.4 满足能源保障的实时精准

依托能源互联网技术建立的军需能源互联网保障系统，快速准确定位作战区域的能源供应情况，在紧急情况下对周边的能源供应进行统一调度，自动协调所需的能源资源；实时监控能源的消耗、调度及库存情况，快速制定后勤保障的计划安排，有利于战场能源及时高效补充。

4 能源互联网军事应用急需攻克的方向

(1)战场的快速组建与前伸

优化分布式可再生能源发电、储能装置的设计，提高战场的快速组建与前伸能力，实现快速并网使用；进行便携式小型化光伏、风能、高效储能等发供电装置的研发应用，满足单兵班组战场的应急电力供应。

(2)抗毁伤与反侦察的能力

对分布式能源发电、储存装置及局域微电网装置做好隐蔽措施，提高抗摧毁和反侦察能力；提高能源互联网信息完整性，完善自主能源互联网体系建设、芯片设计与软件开发，加强信息通道管理，强化信息安全管控，严防敌对势力网络攻击，确保能源互联网信息安全。

(3)通讯协议与设备共享

加强芯片及软件系统的自主研发，实现对能源信息的自主控制，通过通讯协议与设备共享，提高地方能源互联网军事适用性，建立完善军用能源互联网系统，一方面扩大军事能源的供应范围，另一方面减少重复建设，避免不必要的资源浪费。

(4)装备用能负荷与作战支撑能力

针对军用装备高电压、大电流、长航时的特殊要求，构建能源互联网时，优化设计方案或多套方案并存，必要时可灵活切换，在敏感地区，提高储能装置的供配电设计标准，预留军用装备典型接口，提高军用装备用能负荷与作战支撑能力。

5 结论

构建能源互联网，对中国的可持续发展具有深远意义，既顺应新一轮能源科技革命，又具有显著的军事应用前景；基于军地“共建、共治、共享”理念，打破遍及能源系统物理层、信息层和应用层“源-网-荷-储”的各环节，以及在政策、规划、运维和供需等链条中的“泛在壁垒”，实现全局全域贯通和军民多方“共赢”。因此，需加强对能源互联网技术的前瞻性规划，加速全国能源互联网技术的相关标准制定，加大对能源互联网芯片技术和软件系统的自主开发力度，加快对重点区域的设施建设步伐，推进我军能源保障体系的快速、高效化建设。