为什么电网成不了互联网?
2026-05-28
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传统依赖煤炭和石油的时代正在悄然发生改变,风能、太阳能等清洁能源正铺天盖地而来。在这个大背景下,科技界流行起了一个时髦的词——“能源互联网”。很多人展开了浪漫的想象:是不是以后我们发电设备里的电,也能像发微信、发邮件一样,精准地“邮寄”给某一个特定的人?
作者篇文章用严谨的科学逻辑给我们泼了一盆清醒的冷水:电力系统不是因特网,更科学的名字应该叫“综合能源网络”(Comprehensive Energy Network)。
人类为了发展,向大自然排放了大量的污染物。如果生态负载超过了自然的自我修复能力,大自然的报复就会接踵而至,甚至可能带来大面积停电或更严重的灾难。为了把生态环境控制在安全范围内,我们需要完成两场重大的“绿色替代”:
(1)生产端的替代:在能源生产环节,用风能、太阳能等清洁能源,逐步替代传统的化石能源(煤炭、石油)。
(2)消费端的替代:在千家万户的消费环节,用电能去替代直接燃烧的化石燃料。比如正在推行的电动汽车、智能城市等。
这场替代运动中,电力系统和电网成了绝对的核心主角。风、光、水等能量须先转化为电能,才能被大规模输送和分享。
然而,风电和光伏有个致命的问题——间歇性和随机性。风什么时候刮、太阳什么时候出,可不听人类指挥。一旦未来清洁能源发电占比达到50%甚至80%以上,如果因不确定性出现能源停摆几分钟,整个社会的电力供应就会面临巨大考验。要解决这个难题,电网需要与天气预报、储能技术、甚至是天然气网络进行深度交互。未来的电力系统,是一个向外无限延伸的“超级朋友圈”。它与自然环境、经济环境、政策法规交织在一起。论文中给出了一张清晰的框架图:

这个图展示了物理电力系统(Physical power system)不是孤立存在的。它向上受到“自然环境”(如极端天气、雷电)和“一次能源供应”的制约,向右连接着“经济环境”与“运营管理决策”,向下由“数字二级系统”(信息网络)和“电力市场”提供支撑。彼此之间通过紧密相连形成了一个动态的生态圈。
传统上,我们的停电防御系统只盯着电网内部。但面对全球气候变暖带来的极端灾害,我们必须把视线向前推,甚至要提前预测雷电和台风,在灾害来临前给电网争取到宝贵的防御时间。这个庞大的系统运作时又是怎样一幅场景呢?

这幅图用清晰的层级展示了能源的流动。左侧是“一次能源的转换”(Converting of primary energy),包括煤炭、水能、核能、油气以及分布式可再生能源。中间的红色枢纽就是“电网”(Electrical power grids)。右侧则是“末端能源的相互替代”(Replacement among various kinds of end-use energy),电能在这里被分流给不间断用户、可中断用户、蓄电池以及热能转换,完美扮演了桥梁角色。
通过这幅图可以直观地看到,电网像一个庞大的能量中转港口,左边吃进各种混乱、不稳定的能源,右边吐出稳定、清洁的电能供人类享用。既然它也是个网络,为什么不能叫“能源互联网”呢?
现在,让我们回到最核心的科学争议上:为什么不能直接把互联网(Internet)的概念套用在能源上?论文指出了信息互联网与物理电网在物理定律上的本质区别:
(1)因特网(信息流)是“可以缓冲的”:一封邮件因网络堵塞,数据包可以在路由器里存一会儿,延迟几秒送达,可以精准指定某个IP地址接收。
(2)电网(电力流)是“瞬时平衡的”:电网必须遵循严格的基尔霍夫定律(Kirchhoff Law)。在空间中的任何一个节点,这一条线上进来的电和出去的电,在任何微小的时刻都必须绝对相等。电网本身无法把电能直接“缓存在电线上”延迟发送的。一旦打破平衡,电网就会崩溃。
在物理层面上,所有的发电厂都是把电“倒进”同一个电网的大池子里,而所有的用户都是从这个大池子里“舀水”喝。理论上,我们不可能追踪到“某一特定发电机产生的那颗电子,究竟流进了哪家用户的灯泡里”。机械地把互联网的“IP地址”、“路由器”、“通信协议”等概念搬到电力流上,不仅对技术发展没有实际好处,反而会混淆视听。
论文强调未来的方向是“智能电网(Smart Grid)”的进一步外延。我们要研究的,不仅是电力系统内部的螺丝钉,更是要跳出电力,研究气网、热网、交通网、生态环境以及经济政策对电网的综合影响。
作者简介:薛禹胜,中国工程院院士,稳定性理论及电力系统自动化专家,长期从事电力系统稳定性量化理论、大电网停电防御系统及能源领域信息—物理—社会系统研究,提出电力系统暂态稳定 EEAC 理论与算法,主持研发 WARMAP 大电网停电防御体系。
ORCID:0000-0002-5765-078X
DOI:10.1007/s40565-015-0111-5