2015年《巴黎协定》问世以来，围绕“控温”和“减碳”全球居民都在积极行动。作为碳排放大户，能源行业备受关注，同时也义不容辞开展了“大刀阔斧”的变革。2021年5月，国际能源署通过深入调研发布了《Net Zero by 2050-A Roadmap for the Global Energy Sector》报告，着重对电力领域的发展路径进行了研判：2040年前全球范围内电力将成为能源系统的核心，其将在所有领域（包括运输、建筑、工业）发挥关键作用，而且，全球发电量将实现静零排放，并有希望提供近一半的能源消费。而实现这一切的前提是大幅提升电力系统的灵活性，大力发展电池、需求响应、氢燃料、水电等技术以提升系统的可靠性。
在追寻碳中和的进程中，新型电力系统的技术架构和实施路径日渐明晰，其中，“提升能效”和“绿电替代”是必由之路。笔者所在的深圳供电局（以下简称深供）作为国家级智能电网示范单位开始深度参与气候变化领域的国际合作，是最早启动“碳中和”电网研究的国内单位之一。2018年底，经过对前序研究的总结，深供认为，要实现能源高效利用和清洁化替代，迫切需要研发适应未来电力系统架构的新型能源装备，而首选就是“能量路由器”，随后深供联合清华大学深圳研究生院启动了相关的专题研究工作，经验和成果分享如下：
能量路由器的诞生
1.1能源互联网的出现
说起对能量路由器的关注，首先要提到能源互联网的概念。回顾人类文明的近代发展史，其实也是一部能源开发史。通过一代代人的不懈努力，一方面，煤炭、石油、天然气、电力、冷/热等一系列能源被人类所驯服并得已广泛应用；另一方面，每种能源也逐步构建起从生产、运输，到配给、使用的完整网络。但随着人们对能源需求总量和品质要求的不断提升，在某些特定的时空，单一能源或无法满足全部需求。以此为驱动力，多种能源/网络之间的互联成为一种合理的趋势，能源互联网概念应运而生，其核心任务是处理好多种能源的传输、转换、使用问题。
1.2电网形态的演进
中国电网拥有自身鲜明的特征，经过数十年自上而下有计划建设，形成了“发输配变用”界面清晰的链条式架构，潮流方向明确，配用端由公共电网到千家万户的“中心化”辐射供电。但随着低碳绿色能源的“泛在化”使用，用能侧在集成分布式电源和储能后，形成了有一定自持能力的微电网形态，并进一步向着“源网荷储一体化”的方向发展，在配电网层面逐渐呈现“去集中化”、“分布式”的演化趋势。
分层、分区、分群保持功率实时平衡是电力系统所追寻的永恒目标。当前电网正处在重要的演化期，为了有效应对分布式能源的有效消纳，灵活混用了交直流配电技术，形成了弹性配电网为主干，挂接微电网、能源互联网的过渡形态。
1.3能量路由器的概念
能源路由器（能量路由器)Energy Router，是以电能为核心，可汇集和管理电、冷、热、燃气及其它形式的能源，具备能量灵活转化、变换、传递和路由功能，并实现能源物理系统与信息系统的融合，是支撑能源互联网的核心装置。在新型电力系统的建设历程中，能源路由器也将发挥“桥头堡”般的支撑作用。
其中，功能聚焦于电力领域的电能路由器 Electric Power Router，更是可谓电力资源“万能粘合剂”。它是能源路由器（能量路由器）的基本形式，可独立使用。它以电能为控制对象，具备三个或以上电能端口，具备不同电气参数电能之间的灵活变换、传递和路由功能，并实现电气物理系统与信息系统的融合。
能量路由器的研究现状
2.1研究主体
目前，全球范围内，在能量路由器领域的领先研究机构如下图所示，欧美国家普遍给予高度重视，国内科研院所及高校也有着较为扎实的研究基础。
2.2演化历程
笔者认为能量路由器应是一个相对广义的概念，从系统级、设备级、部件级、器件级整理，均可以从现状技术与产品中找到关联事物。入下图所示：
从演化历程上看，能量路由器应该可以追溯到1968年诞生的电力电子变压器，如下图所示，至今已经经历了5代的演化。
2.3功能定位
结合当前新型电力系统消纳电力灵活资源的需求，能量路由器应具备的典型特征包括：能源传输主动性、多端口、支持网络化互联。
能量路由器的关键技术
3.1两个层面
要具备能源传输主动性、多端口、支持网络化互联的功能，能源路由器需要从能源物理层和能源信息层两个层面做好架构设计。系统建设目标包括支撑能源互联网的能量流、信息流和控制流的融合和协调控制，同时具备信息高效处理和能量及时调节能力。下图所示为推荐架构。
3.2指标体系
随着对能量路由器的研用走向深入，与之相关的技术指标体系也日渐明晰。目前，共识性指标包括端口设置、电能质量及补偿、效率等级、离并网运行、电能路由能力、信息通信规范、冷热气等多能接入技术要求、安全与保护等。
3.3技术瓶颈
目前，制约能量路由器在新型电力系统及能源互联网中规模化应用的三大挑战为：
电能变换能力不足；
系统优化设计仍有提升空间；
装备和系统可靠性不稳定。
作为破局之策，技术上需要重点攻克三大技术难题：
功率半导体器件失效机理及其模型
基于分布杂散参数的瞬态变换拓扑模型及其能量平衡
电磁能量脉冲序列分析及控制
能量路由器的应用场景
着眼新型电力系统的未来发展方向及需求，笔者认为，能量路由器，尤其是其中的电能路由器可在区域、园区、家庭、车载四个层级寻找应用场景。
部分推荐应用方式如下表所示。
在人类谋求可持续发展并践行减碳的进程中，能量路由器作为已验证的有效技术，必将迎来规模化应用的春天。（作者：焦丰顺 深圳供电局有限公司）
