二、能源互联网与工业4.0

进入21世纪，人类面临前所未有的全球能源危机、生态环境危机、气候变化危机、地区发展不平衡等多重挑战，由此引发了第四次工业革命——通常被称为“工业4.0”，也被称为“绿色工业革命”。第四次工业革命（工业4.0）的概念起源于德国，旨在利用信息化技术促进产业变革，发展智能制造。因此，工业4.0也被称为“数字智能时代”。人们普遍认为，工业4.0可能会为应对当前和即将到来的重大全球挑战（如环境退化或经济停滞）提供新解决途径。

工业4.0描述了生产优化中集成和互联技术的使用，例如，网络物理系统（Cyber Physical Systems，CPS）、IoT、大数据（BD）、高端制造（AM）和服务互联网（IoS）。工业4.0包含的其他先进技术包括云计算（CC）、虚拟现实（AR）、系统集成（SI）、仿真、网络安全和智能机器人，如图2-1所示。

工业4.0概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，从而建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生转变，产业链分工也将被重组。

工业4.0的目的是将工业与互联网连接起来，使工厂更经济、更智能、更高效。工业4.0的核心是先进技术的融合——网络物理系统和制造过程的自动控制（Scalabre，2019）。物理信息系统可实现物理世界和信息世界的双向互动，推动工业从自动化升级为智能化。工业4.0的设计原则是纵向集成、横向集成、互操作性、实时能力和去中心化，构成一套允许工业实体确保数字化转型成功的必要条件，并实现工业4.0承诺的竞争力（Machado，Winroth and Ribeiro da silva，2020）。这种新的技术场景将改变当前工业运作方式，并可能通过改变产品和材料的设计、运营及运输来影响所有部门。工业4.0是对拥有自主和互联制造技术的高端产业的彻底颠覆。[3]

新科技革命突飞猛进，使得人类社会从传统社会逐步向数字化社会演进。更节能、更便宜、更具个性化，也更智能的产品源于工业4.0时代更优化的生产流程以及更高的能源利用效率。

数字技术变革彻底改变了能源行业。工业4.0基于物联网的互联特性，要求工业价值网络的所有组件都拥有数字身份，并持续实时交换数据。工业4.0通过收集、结合和挖掘能源相关数据，实现能源信息的知识化使用，并促进开发智能化能源意识管理系统，以寻求更优化的能源消耗。工业4.0主要通过使能源行业重塑其运营格局，并享受更先进、智能和复杂的能源生产和分配设备，为能源可持续发展做出贡献。能源需求部门的数字化、制造业的数字化以及引入更智能和更可持续的产品，都是工业4.0为能源可持续发展带来的主要机遇。

工业4.0数字技术的引入可以提高生产运营的可视性，并更好地跟踪整个制造与供应网络的资源和能源利用情况。除了支持能源效率外，工业4.0还提供了将可再生能源整合到未来智能工厂的巨大机遇，尤其是AI、IoT、大数据分析、区块链等现代数字技术融入能源互联网的发展中，如虚拟电厂可能提供更高效的能源利用方法。

作为工业4.0的核心应用，能源互联网力图结合可再生能源技术与信息通信技术，推动分布式可再生能源（DER）的大规模利用与分享，促进电力、交通、天然气等多种复杂网络系统相互融合，推动商业模式创新，最终改变能源利用模式。

工业4.0对能源可持续性的贡献主要是能源行业的数字化转型和不同行业生产方法的改进。工业4.0对能源可持续性的贡献不仅在于促进了能源供应部门的智能化，也加速了能源需求部门的数字化。其具体体现在能源需求行业数字化转型、能源部门数字化转型、生产方法改进、生产管理改善、生产计划和控制优化、价值链数字化等方面。