IPv6建设的主战场是互联网与智能能源网的整合

武建东认为，智能能源网的规划建设将主导未来二三十年全球生产方式变革和生活方式变迁。IC 资料　　武建东　　1、跨网互动无疆：互联网与能源网的整合　　世界上大凡有生产活动和人类生活的地方，一般存在着能源和通讯两项基本物理设施。然而，有能源设施的地方不一定设立了通讯网络，而有通讯网络的地方一定可以建造能源设施，能源网络是一个较互联网更大体量的基本设施，能源网是较互联网技术水平更高的体系。40年来，互联网可以一往无前地整合电话网络、视频网络、商业网络、资料网络、社交网络等传统产业，但是，面对巨系的能源网络，所向披靡的互联网也只能望而却步，这里面有两个基本障碍，其一就是能源网络的安全性和组织形式的要求，能源网络运转不可能完全在现有的13个根服务器为基础的域名解析系统上运行；其二就是互联网现有的IP地址容量尚难满足能源网络的需求。　　近期不少互联网的业界人士纷纷表示，“IPv6的地址空间是非常大的，基本上想像不出什么时候可以用完”，仅就传统互联网所及，这个观点可以理解，倘若从全球能源网、生物网、地理网、环境网、工业设施等角度分析，十年之内，IPv6的地址空间仍然难以满足人类的需求。　　因此，IP网络与能源网络的两者整合不可能是以IP网络为基础的“并吞”关系，更多的可能是以IP网络的形式和能源网的躯干的“合并”关系，在这个世界上最大体量的整合之中，能源网将提升为智能网络；互联网将转型为复合化的生态柔性网络，这就是我所谓的新一代“超级互联网”的总体目标！　　2、智能能源网的宏大体系和复合地址需求　　互联网革命是过去30年来全球最重要的科技发明和原创性的产业变革，它在很大程度上改变了世界经济格局，受制于历史条件限制，中国只是这场革命的追随者和参与者。智能能源网的规划建设将是一场比互联网更大规模的技术与产业革命，并将带来能源供应、城市建设、环境生态及相关新兴产业的全球性变革。就目前基于Internet构造的产业组织体系而言，它主要包括人和网络的体系互动，其发展面临的主要挑战是信息的整合，其核心权力主要来自建基于IPv4的网络协议及相关服务体系，中国在上述领域并不领先；而智能能源网营建的组织体系主要包括人、复杂化的机械与机械系统和更高级网络的多层次互动，挑战主要来自生产和生活行为的潮流管理和人机网系统实体交互的效率，其权力则主要来自建基于IPv6通信协议的体系架构、标准的创新能力和柔性系统集群的开拓力量。　　以我的分析，智能能源网这个宏大的产业变革的主体框架将涉及到全球至少25亿以上人口、1500亿以上平方米的房屋、3000亿以上的能源网接口和能源设施组件、10亿以上的机动车船机、30亿台套以上的工业设施高效智能化的整合，其中中国将涉及到400多亿平方米房屋、100亿以上的能源网接口和能源设施组件、2亿以上的机动车辆、10亿以上工业设施的智能整合，以通用的语义、语法和协议将其联系起来是当代全球能源系统变革的主要使命；以多个能源搜索引擎和大体量气象能源系统的互联互通，智能能源网络是人、机械系统和网络的集成运转，是人类历史上迄今为止最大规模的智能互动网络。以IP协议为基础构建这个体系智能化不过是其中一种方式！这场划时代的技术与产业革命必定涉及整个能源领域，而不会仅局限于电力产业。智能能源网的规划建设将主导未来二三十年全球生产方式变革和生活方式变迁。　　3、发展综合性码址体系　　也许有人仍然会对互联网的规模迷恋，而对能源网的规模存疑，实际上，我一直主张建立综合网架的物理设施的地址体系，这个复合的地址包括IP电脑地址、微波地址、卫星地址、物流射频地址、电话地址、电报地址、广播地址、视频地址、地理信息、能源地址、环境地址等综合性码址体系，IP地址可以作为这个复合地址体系的基础码址，整合复合地址的智能化识别体系的运转。　　从这个综合码址的资源而论，既包括随机的，也包括固定的；既包括长期的，也包括临时的；既包括物理网络的，也包括虚拟的。能源网络作为一个有实体支撑的物理网络将建造并运行全球第一个全面的数字体系，这个网络短期内以IP地址为基础实现通讯模式的整合是有基础的，长期而言，其他地址将发挥更加重要的作用，特别是实现能源的微波传输之后，微波地址的建设将至少与IP地址同等重要。　　在这个新型的网络之中，IP地址的使用将出现膨胀效应，而且，就发展太空电力、能源植物而言，常态化监测和控制系统也需要依赖大量综合化地址的支撑。为此，以目前的全球一次能源消费总量而论，倘若将全球能源的生产和消费纳入智能化管理和控制，大约需要消耗IPv6一半左右的码址资源，IPv6地址也将出现捉襟见肘的趋向。　　4、互联网与能源网的区别和整合的突破口　　什么是互联网及其特征　　1995年10月“联合网络委员会”（The Federal Networking Council，FNC）通过了关于“互联网定义”的决议，即互联网是：　　“1.通过全球惟一的网络逻辑地址在网络媒介基础之上逻辑地链接在一起。这个地址是建立在‘互联网’（IP）或今后其他协议基础之上的。　　2.可以通过‘传输控制协议’和‘互联网协议’（TCP/IP），或者今后其他接替的协议或与‘互联网协议’（IP）兼容的协议来进行通信。　　3.以让公共用户或者私人用户享受现代计算机信息技术带来的高水平、全方位的服务。这种服务是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。”　　从今天看来，这个定义实际上揭示了互联网的若干基本特性，例如:全球性、网络地址的惟一性、共同的协议性、互动性和网络柔性。但是，这些特性在目前级别的互联网世界中并没有得到淋漓尽致的发挥，现行的互联网也没有将众多的其他专用网络整合进来。从级别而言，目前的互联网仅是一个初级网络，互联网拥有巨大的开拓前景。它昭示人们：建造现有互联网的框架的规则是有弹性的、可变的，作为人造网络，互联网的使命必须服务人类的需求，包括兼容能源网的需求，能源网的智能化应用实际上打开了互联网和能源网整合的新型空间。　　智能能源网的基本特征　　智能能源网是一个实体网络，我对此有一个定义，即：智能能源网是指集成利用新标准、新技术、新服务和新产品将孤岛型、行业性的不同能源网络和各有关能源载体按照可以升级的通用的语义、语法和协议提升为互动运转的体系，以更加高效、更加经济、更加清洁和更加安全的模式，实现能源网络和能源载体的智能运转、智能配置和智能跃迁，以满足不断进步的社会需要。简单地说智能能源网就是指将孤岛型、行业性的多种能源网络和不同能源载体按照通用的语义、语法和协议连接起来并保持更加高效的能力建设的体系。　　我认为广义的智能能源网是指将人类使用的能源转变为更高效率、更智能配置、更加清洁和更加安全的体系结构、互动能力和运营模式；狭义智能能源网包括智能燃气管网、智能电网、智能水务网、智能热力网、智能建筑、智能交通、智能工业管理和虚拟交互管理网络八大子网络。这八个组成部分又相互影响，构成一个智能互动的、全新的能源产业体系。　　我主张推动将现有的集中科层制的能源结构分解转型为四个并列的产业系统，即智能化的集中分层式能源生产和输送系统；先进的储能系统；智能终端能源系统；智能（智慧）能源服务系统。这个调整意味着现有的能源网络将从科层制的能源结构转向多元互动能源结构，这个转变是不同能源模式的组织变迁，其实质是从等级制的传统结构向多中心的互动化过渡。其中智能服务网络是指具有通用语义、通用语法、通用网络、通用规范、通用端口，基于标准化流程、接口，能够联结先进组件和现有技术架构，能够简化和便捷各系统应用之间信息交换和逻辑服务，能够实现即时数据传感监测，有效实现高精度、全系统、时间同步的能源服务体系。它通过互操作性实现能源网络的高效、安全、稳定的运转。　　实际上，智能能源网推动智能服务网络从传统的能源体系之中独立出来并构成链式互动能源结构的核心体系，它将包括传统能源系统未曾建立的若干内容：能源引擎服务；气象能源服务系统；远程能源控制；机器与机器通讯协议；可采用基于IPv6的信息基础网络等业态。智能服务网络推动能源设施从孤岛系统、自动化运转到柔性能源生态集群。智能能源这种特征决定了它是一个较互联网更加高端、更大体量的网络，它与互联网的整合具有火星撞地球的效应。　　互联网与能源网的区别　　互联网与能源网两者之首先表现为架构范围不同：　　互联网以现有的13个根服务器的管理模式实现了对全球互联网地址的解析管理，主体上是一个虚拟通讯网。这个模式特点包括垄断性的根服务器、分散化网络和随机地址为基础架构的、它的地址资源是有限的；它的根服务器控制是垄断的；它的网络运营是全球化的；它的体系模式是非主权化的。　　智能网是以国家或区域专业网络为基础运行的能源网络，主体上是一个实体网络。这个模式的特点包括集权化的独立管理架构、专业化网络和固定地址体系，它的地址资源理论上是无限编序的；它的控制权是能源网的业主；它的网络运营是非全球化的；它的体系模式是主权化的。　　这两个网络整合的基本障碍就是主权化的能源网难以在现有规则内搬迁进互联网，建立兼容化的混合网架管理模式是这场革命的突破口。然而，这两个网络的整合也将带来巨大好处，它将推动互联网实现从虚拟网向虚拟网与实体网并重的模式演化；它将推动能源网从传统的等级制的能源结构升级为生产和输送、储能、智能终端和智能服务链式互动的系统，从而可以有效地实现降低峰值、能耗、提高能效、减少污染物排放的目标。　　此外，两个网络的不同表现在产业制高点不同、运转模式不同、内部结构不同、资产效率管理不同、基础信息设施不同、监管模式不同、市场运转模式不同、制度创新力度不同、拉动产业增长体量、造就的社会结构不同。　　互联网与能源网整合的突破口　　从2009年起，互联网和能源网的变革就出现了惊人的一致，这就是互联网发展的主题是推广IPv6商业化应用，实际上是互联网域名管理机制需要变化；而能源网内最大的主题之一就是发展清洁能源利用和提高能源效率，实际上这是自工业革命以来能源管理的变化，
它们的本质都是推动自身的产业系统从集中分层式管理转型成为集中分层式管理和分散式控制相结合的模式，这将带来管理模式的变革，使得互联网和能源网在产业组织变迁方面具有了一致追求，可以推动不同能源网络、能源载体间的互动和高效配置，促进社会体系的大规模再造；推动用户端的行为变革。据此，它们在产业组织体系、人机网互联、信息基础设施、微网建设、码址配置、MobileIP， IPSec、DiffServ 、HIP、 RSerPool、SCTP、 Shim6 、IPv6和域名管理、寻址技术、安全模式、新服务等方面具有高度交融的话题，而其合作的突破口有四个，其一，发展分布式互联网域名服务管理与推动能源网智能网络化协调推进；其二，推动IP地址从注册制向注册制和自动配置相结合模式转变，IP地址的使用费逐步整合为产业服务费，实行社会网络与人工数据网络的全对称镜像数据配置，实现有能量的地方就配置数据码址；其三，实现能源网和能源载体全面部署可信固定码址，建构可信互联网；其四，以发展智能微网为基础，实现两网的整合。　　我想作为世界历史上最大的人造资源，互联网和能源网目前都已拥有了以下资源：架构、用户、基础设施、协议群、组织跃迁结构和社会性的管理机制，这些设施将因双方的整合应用再次激发革新的活力。有鉴于有来自内部产业组织模式的变革要求，互联网和能源网具有天然的协同性，应该可以整合成功，这实际上也使得IPv6有了施展天地的历史机会。　　5、加快推进能源体系智能化、网络化是实现中国能源发展目标的基本保障　　迄今为止，中国政府鲜见对未来五到十年的经济和社会发展目标做出承诺，在这些不多的承诺中，能源又是其中承诺最多的领域。2009年9月中国国家主席胡锦涛在联合国气候变化峰会上提出，中国争取到2020年实现非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15%左右；国务院温家宝2009年12月在哥本哈根气候变化大会上宣布，到2020年中国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%。这是中国政府做出的两项庄严国际承诺，也是未来中国能源管理应确保实现的发展目标。这两个目标实际上也明确了中国必须推进新型工业化和城镇化发展模式和行动路线，根据以上两项承诺，我们可以预判2015年中国一次能源消费总量的中期目标如下：　　预计到2015年我国一次能源消费总量需要44亿-45亿吨标准煤，但是，通过有效推进至关重要的能源领域的智能化、网络化建设， 2015年中国一次能源消费总量可实现40亿吨标准煤的消费目标，届时人均年能源消费水平维持在2.8吨左右标准煤，推进智能能源网建设大约可节约近5亿吨标准煤。也就是说，如果不推进能源体系智能化建设，中国一次能源消费总量的规模仍然难以得到有效控制，而这个期间，发达国家能源网智能化的速度将达到历史最高水平，届时，即使以举国体制追赶亦难达到领先水平。为此，发展能源领域智能化建设是有效重组中国能源结构、建立现代能源产业体系、确保实现中国政府两项国际能源管理承诺的根本途径；而且实施智能能源改革不仅是节能措施，更是建立新型能源管理的必然路径，优先或延后实施智能能源的发展规划攸关到中国能源可持续发展目标实现的速度和规模。推动中国能源领域的智能化建设是百年大计，是实现中国节能减排的根本性措施。　　预计到2015年的未来五年期间中国需要新增发电装机容量5.5亿到6亿千瓦，2015年全国电力装机总量将达到接近15．5亿千瓦左右，其中2亿千瓦左右为煤电、核电4500万千瓦、气电5000万千瓦以上，可再生能源1亿千瓦以上、水电1亿千瓦，规模以上蓄能电站3000万千瓦以上。预期2015年末，水电、核电、气电、风电、太阳能和生物质能等在一次能源的消费占比将提高到12%～14%区间，中国现有的大电网架结构实现智能化调整已迫在眉睫。我想未来五年期间大规模发展气电装机容量是为了2020年前实现以煤电为主适度向煤电和气电相结合的主力电源结构转变，为此，需要按照装机容量未来五年期间可能达到16亿千瓦规模来规划电源项目工作。与此同时，未来五年期间应大规模发展储能设施，推进发电和蓄电相结合的新型电源运转结构转变，并为2020年末实现电力管理组织创新转型实施铺垫，未来五年期间应下决心建立规模以上储能设施1.2亿以上千瓦。未来五年间电力建设开发的基本原则可以是：优先开发气电、核电、水电；构建新型煤电；有效推进新能源发电；大力发展组构智能微网；因地制宜建设智能化城市电网；适度超前建设农村电网；创新按纬度自然规律实施区域电网间的邻邻优化联合，积极营建储能设施，实现发电输电变电蓄电用电的智能配置和电力组织管理转型。在这个转变过程之中，应该果断实施新项目一律采用智能化、网络化管理，老、旧项目逐步推进智能化、网络的改造措施。　　预计到2015年中国汽车保有量将达到1．5亿辆左右，燃气动力汽车可达到200万辆左右；国内石油需求为5.5-5.8亿吨，其中国内石油产量需要维持在2亿吨以上；预计天然气等燃气消费量为3000亿以上立方米，其中国产量应达到2000亿立方米以上，进口管道天然气将超过550亿立方米，进口LNG超过500亿立方米。建立智能油气网、智能交通网刻不容缓！　　预计到2015年全国天然气消费量占全国一次能源消费总量将从目前的3.9%提高到9.5%左右-10%左右，中国天然气利用结构将出现革命性变化，实现城镇燃气、发电用气、化工用气和工业燃料多向发展的转型格局。燃气发电装机容量的合理比例宜达到全国电力装机容量的5%左右，即7500万千瓦上下，天然气发电是解决风太核水生物质等发电对电网压力的理想补充，2015年确保天然气发电装机容量超过4000万千瓦具有重要的战略意义，同时全国有条件的城镇可加快实现燃气供热、供冷、甚至供电的多联产创新。未来五年期构建一个以智能电力和智能燃气网为共同引擎的能源综合网架将把中国能源组织管理推向国际最高端水平，也将创造未来五年最大的能源整合机遇。　　预计到2015年我国煤炭可统计的消费量超过40亿吨，通过多联产、超超临界、煤化工技术推广，特别是推动用户与燃煤发电企业的智能互动，大幅度提高燃煤效益，力争将中国2015年煤炭可统计的消费量控制在40亿吨左右。　　基于以上对中国能源消费总量发展趋势的判断，未来五年期间应将推进能源体系智能化、网络化的建设列入国家能源发展战略的战略关键日程，延缓推进智能能源网的建设无法更快更好地实现我国节能的总体目标。　　因此，从中国能源发展的实际需求而言，需要特别关注互联网的变化及其机遇。从这个意义而言，全面研究IPv6带来的世界能源网络的最新趋势属于中国能源建设与发展的内在需求！　　6、互联网和能源网变革的实质　　中国能源研究会柴松岳理事长表示：“目前解决全球能源战略转型的方案主要有两个，其一是单网架的智能电网发展方案，这个方案注重以电力系统为主的智能化改革；其二就是武建东教授提出的综合网架的智能能源网的发展方案，这个方案认为不同能源网架间需要实现更高效率的配置和互动，以实现分行业、多产业的能源智能化”。“经验告诉我，按照综合网架理论推动智能能源网建设，可能有更好的效果，也能使中央提出的‘以信息化带动工业化，走新型工业化道路’的战略落到实处。”　　也就是说我们主张在整个能源领域启动智能化、网络化，而非仅限于电力一个产业，以发展智能燃气网为例：据国家统计局国民经济和社会发展统计公报，2009年中国供气管道长度已经接近30万公里，“十一五”以来管道长度年均上升16.78%，其中主要来自天然气管道的增长，2009年天然气管道长度已经超过了20万公里，“十一五”以来年均增长25.79%。考虑到发达国家已经基本实现了通过燃气网解决了分布式房屋供热地问题，以自供暖的分布式供热将与我国集中供热的业态运营形式并行，而且在南方具有更广大的应用，未来三十年内中国供气管道仍将处于高速发展阶段，智能燃气网络将全面实现消费者和生产者的互动，实现燃气的智能调配，这将极大地提高中国燃气的利用效率。　　此外，全国560亿平方米的房屋智能化和实现智能终端管理；全国超过2亿部机动车和其运行的公路、铁路的智能化；全国十亿台套工业设施的智能管理；以超级互联网为目标、以IPv6应用为介质构建新的智能化社会交互架构将把我国发展节能的巨大潜力发挥到淋漓尽致。　　为此，我们认为，互联网和能源网变革的实质是工业革命以来能源结构的彻底重组，它将以现有的能源设施和能源载体为基础、以超级海量数据系统和芯片技术扩张应用为手段、以新能源架构启动为前导、以能源系统的整体战略升级为目标、以兼容多种能源生产形式为内涵、以实现生产者和消费者互动为契机，实现全球实体经济和网络大系统的集成变革！　　7、互联网与能源网的整合的中国战略模式　　互联网革命是过去30年来全球最重要的科技发明和原创性的产业变革，它在很大程度上改变了世界经济格局，受制于历史条件限制，中国只是这场革命的追随者和参与者。目前中国与其他国家基本上处于一个起跑线，中国有机会依凭本国庞大的能源基础设施的智能化转型，推动中国经济向内需型、科技型和创新型转变，并借此获得国际产业分工的有利地位。在这个领域内，中国的研究应该说是领先的，我们的市场是广大的，我们发展的机会是无限的。我们坚信，引导中国能源内需消费释放、推动国民经济持续高速增长，有赖于将整个生产、生活体系的能源消费智能化的全局变革。中国幅员辽阔、人口众多，拥有完备的能源基础设施，形成了世界上最广大的能源消费市场；基于中国制度的优势，我们统筹发展各类能源，建立智能能源网有其他国家不可比拟的制度优势；通过科学制定、系统实施智能能源网发展规划，将推动中国经济向内需型、科技型和创新型转变，并借此占据国际能源产业分工的有利地位，为中国经济的可持续高速增长提供强大的动力。中国有条件、也有能力成为这场全球性技术与产业革命的领航者和主导者。　　（作者系国际智能电网联盟理事、中国国际经济交流中心智能能源研究组组长、中国科学院科学时报社首席专家，邮箱：bebobe@163.com。本文是IPv6与新一代互联网建设系列文章的最后一篇，该系列文章还包括《2011年我们如何革互联网的命：IPv6码址升级与域名管理权力联袂举变》及《发展“中国超级互联网”的战略思考：发展世界新的通货机制“超级互联网”》，分别刊于2月9日早报A24-A25版和2月10日早报B8-B9版。）