一、以信息通訊技術(shù)為支撐
工業(yè)4.0是德國在制造工程領(lǐng)域掀起的革命浪潮，也是德國為在工業(yè)信息化技術(shù)上占據(jù)先鋒優(yōu)勢而提出的一個發(fā)展戰(zhàn)略，它將使德國在全球保持其競爭優(yōu)勢地位。工業(yè)4.0的核心是信息物理系統(tǒng)(CPS)，可提升勞動生產(chǎn)力和資源利用率，構(gòu)建工作組織的靈活模式。具體表現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)深度融入生產(chǎn)領(lǐng)域，機器與機器(M2M)交互改變工廠運行、分布式控制、信息物理新型生產(chǎn)流程等。比如嵌入式數(shù)字產(chǎn)品存儲器靈活地引導工件穿梭在智能工廠的柔性生產(chǎn)線上，低成本、高效率地實現(xiàn)小批量、多品種的流程生產(chǎn)制造。
工業(yè)4.0有6個設(shè)計原則：互操作性、虛擬化、分散化、實時性、以服務為向?qū)Ш湍K化，其核心是信息物理系統(tǒng)CPS理念，即通過CPS系統(tǒng)通訊技術(shù)幫助實現(xiàn)工業(yè)4.0。到目前為止，4G移動通訊技術(shù)已能部分滿足要求，而第五代通訊技術(shù)(5G)則將實現(xiàn)在工業(yè)、能源、移動終端和實體間的互動和溝通。第五代通訊技術(shù)網(wǎng)絡組織是一種被稱為NGMN的5G架構(gòu)設(shè)想，這個構(gòu)想的基礎(chǔ)層面是一些M2M終端設(shè)備，比如車車的終端設(shè)備。而不同的終端之間通過節(jié)點鏈接形成基礎(chǔ)資源層；在基于所有接入技術(shù)和終端設(shè)備基礎(chǔ)之上是一個業(yè)務實施層；然后再加上更上層的業(yè)務應用層，這些都由一個統(tǒng)一的E2E管理系統(tǒng)(OSS)來進行管理和編排。
在實現(xiàn)了所有終端間的連接和溝通之后，將會衍生出許多新的服務，如分布式能源、車車通信、實時導航、未來工廠、房地產(chǎn)、健康等。
二、由集中化轉(zhuǎn)向分布式
在當今能源領(lǐng)域，分布式能源值得關(guān)注。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，電能生產(chǎn)是集中化的，然后電力通過電網(wǎng)被分配到每一個消費者。而在分布式能源系統(tǒng)中，會出現(xiàn)許多消費者自身就是能源生產(chǎn)者，則要求有新的能源輸送、能源分配和能源儲存等方式。實施分布式能源系統(tǒng)方案，要遵循以下五個原則：
1.自主性，即在當?shù)亟鉀Q問題。
2.靈活性，即經(jīng)濟上必須要有收益。
3.可接受性，即成本、收益和風險間的平衡。
4.投資公平性，即在各環(huán)節(jié)進行成本的合理攤派。
5.激勵性，即有利于促進創(chuàng)新。
從中央集中化能源生產(chǎn)到分布式能源生產(chǎn)，并且要能儲存，而信息技術(shù)是關(guān)鍵部分。根據(jù)市場要求，系統(tǒng)設(shè)計要有靈活性和拓展性，便于可再生能源推廣應用。這種全新市場格局的能源網(wǎng)，是通過電力網(wǎng)和信息網(wǎng)的互聯(lián)互通，將網(wǎng)絡中所有的節(jié)點和應用整合到一起。在一個分布式的蓄電結(jié)構(gòu)中，每家每戶都可以購買比較低廉的電源和電池組件，包括光伏設(shè)備，產(chǎn)生能源自行儲存。它們通過通訊和控制連接到一個中央集成系統(tǒng)，實現(xiàn)運營管理和數(shù)據(jù)分析以及能源交易。
對中國來說，分布式電站是一個很好的解決方案。世界上80%的電池在中國生產(chǎn)，而光伏電池80%以上的部件來自中國，所以分布式電站的解決方案可以使這些電池部件大規(guī)模得到應用，減少污染實現(xiàn)減排。
關(guān)于不同的能源儲存技術(shù)方面，目前用的大多是鉛蓄電池和鋰離子電池技術(shù)，但新的儲存技術(shù)也層出不窮，例如鈉鎳電池就是一個新的方向。這種分布式能源儲存系統(tǒng)包括電池組、逆變器和電池管理系統(tǒng)，構(gòu)成一個交互和優(yōu)化操作平臺，保證整個系統(tǒng)最佳運行。在電池組之上有一個通訊和控制界面，能夠管理電池系統(tǒng)的載荷、卸載等信息。
對于智能電網(wǎng)，要實現(xiàn)從中央集成架構(gòu)轉(zhuǎn)換到分散式微電網(wǎng)架構(gòu)，涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括電能儲存、數(shù)據(jù)采集存儲、分析控制、云計算以及風電和光伏等。
