書摘精選 | 展望與解讀中國能源互聯網的發展形態

展望與解讀能源互聯網的發展形態

能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎，是國民經濟的基礎產業和戰略性資源，對保障和促進經濟增長與社會發展具有重要作用。當前，融合信息技術、互聯網技術和新能源技術的新一輪能源革命，正在引領第三次工業革命的浪潮。作為能源革命戰略支點的能源互聯網，是將互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態。

2016年2月，國家發改委、能源局、工信部聯合發布國家能源互聯網綱領性文件《關於推進 「互聯網+」 智慧能源發展的指導意見》。3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》明確提出 「將推進能源與信息等領域新技術深度融合，統籌能源與通信、交通等基礎設施網路建設，建設 「源-網-荷-儲」 協調發展、集成互補的能源互聯網。」 4月，國家發改委、能源局正式發布《能源技術革命創新行動計劃（2016–2030年）》，為未來能源互聯網技術的發展制定了行動計劃。7月，國家能源局發布《國家能源局關於組織實施 「互聯網+」 智慧能源（能源互聯網）示範項目的通知》，正式啟動能源互聯網示範工作。能源互聯網將在能源技術、生產、供應等多個環節激發「鏈式變革」，是推動能源革命的必然選擇。

為了加深大眾對能源互聯網的認知，清華大學能源互聯網研究院組織專家編寫了《能源互聯網發展研究》一書。由於能源互聯網涵蓋內容非常廣泛，本書主要從發展戰略、關鍵技術、實踐應用和機制模式等角度，對能源互聯網的相關問題展開論述。該書將對讀者認知能源互聯網帶來幫助，為能源互聯網示範項目的開展提供參考，為推動能源互聯網的發展做出貢獻。

為了便於廣大政府部門、能源行業、互聯網行業及金融行業的相關從業人員和高校的相關學生、研究人員了解能源互聯網發展現狀及進展，本文特意摘錄《能源互聯網發展研究》一書所撰寫的開篇語《能源互聯網引論》。想要更全面了解該書其他信息的讀者朋友可以點擊本文後的「閱讀原文」。

能源互聯網引論

清華大學

1 引言

能源是人類生存和發展的重要基石，是社會經濟運行的動力和基礎。每一次工業革命都離不開能源類型和使用方式的革新，推動著人類社會的發展和進步。目前，第三次工業革命正在世界範圍內發生，而能源互聯網是第三次工業革命的核心之一，是未來能源行業發展的方向。

2 能源互聯網的形態

本文認為能源互聯網可以分為三個層級：① 物理基礎（多能互聯能源網路），② 實現手段（信息物理能源系統），③ 價值實現（創新模式能源運營）。

2.1 物理基礎：多能互聯能源網路

能源互聯以電力網路為主體骨架，融合氣、熱等網路，覆蓋包含能源生產、傳輸、消費、存儲、轉換的整個能源鏈。能源互聯依賴於高度可靠、安全的主體網架（電網、管網、路網）；具備柔性、可擴展的能力；支持分散式能源（生產端、存儲端、消費端）的即插即用。

能源轉換是多能互聯的核心，其包括不同類型能源的轉換（切換）以及不同承載方式的能源轉換（變換）。不同類型的能源轉換（切換）在能源生產端除了通常的利用發電機等各種技術手段將一次能源轉換成電力二次能源外，還包括如電解水生成氫燃料，電熱耦合互換等多種形式；在能源消費端，能源轉換（切換）是指能源消費者可以根據效益最優的原則在多種可選能源中選擇消費。不同類型能源轉換的基本示意圖如圖1所示。不同承載方式的能源轉換（變換）主要體現在能源傳輸環節，如在天然氣網中，有液態和氣態之間的轉換。

能源存儲在多能互聯的環境下必將愈發凸顯其重要地位。能源存儲也不再局限於電能的存儲與釋放，冰蓄冷、熔鹽蓄熱、液態空氣、氫氣等均是能源存儲的發展方向。如果氫燃料電池以電動汽車等途徑進入千家萬戶，氫氣或液氫的存儲將可以提供持續的清潔可控電能，成為分散式太陽能和風能的重要補充。

圖1 不同類型能源的轉換（切換）

能源傳輸本身也具有多樣性，如可持續傳輸的電網、管網等方式，非連續傳輸的航運、火車、汽車等，因此能源互聯網必將呈現出形態各異的實現方式。多能互聯能源網路將首先實現能源區域網，以微電網技術為基礎，將冷、熱、水、氣等網路互聯協調，實現能源的高效利用，如圖2所示。

圖2 能源區域網

以能源區域網為基本節點，以電網、管網為骨幹網架，由點及面形成廣域互聯，即能源廣域網。多能互聯能源網路為整個能源鏈的能源互補、優化配置提供了物理基礎，其整體效能的最大化離不開信息物理系統的融合。

2.2 實現手段：信息物理能源系統

物聯網、大數據、移動互聯網等信息技術的飛速發展，可為涵蓋能源生產、存儲、傳輸、轉換和消費整個能源鏈條的效率、經濟、安全提供有效支撐。智能電網在信息物理系統融合方面做了很多基礎性的工作，實現了主要網路的信息流和電力流的有效結合。在能源互聯網下，信息系統和物理系統將滲透到每個設備，並通過適當的共享方式使得每個參與方均能獲取到需要的信息，如圖3所示。信息物理融合的能源系統必將產生巨大的價值，第一階段的價值體現在信息獲取上；第二階段的價值體現在優化管理上，通過多能協同優化和調度，可以從整個能源結構的角度實現社會總體效益最大化；第三階段的價值體現在創新運營上，在信息開放、共享的基礎上，運用互聯網思維，創新商業模式，帶動市場活力，實現經濟飛躍。

2.3 價值實現：創新模式能源運營

創新模式能源運營要充分運用互聯網思維，以用戶為中心，實現業務價值。在具有活力的市場環境下，包括能源生產、傳輸、消費、存儲、轉換的整個能源鏈相關方均能廣泛參與，必然會有一大批具有創新模式的能源企業脫穎而出，如能源增值服務公司、能源資產服務公司、能源交易公司、設備與解決方案的電子商務公司等，從而帶動能源互聯網的產業發展。

以能源消費環節為例，傳統的產業價值模式是能源供應商給能源消費者提供能源、可靠性和通用服務，並從能源消費者獲取收益。而在能源互聯網環境下，除了能源、可靠性和通用服務外，能源供應商還可以為能源消費者提供節能服務、環境影響消減以及個性化服務，而能源消費者還可以在需要時反向為能源供應商提供能源、需求側響應、本地化信息等，從而使得信息流和資金流從單向變為雙向。另外，還可以有第三方為其提供各種服務平台，使得價值、信息和資金在這些平台上流轉和交換，如能量交易平台、能量聚合服務平台等。

創新模式能源運營需要監管者能夠致力於構建以傳統電網為骨幹，充分、廣泛和有效地利用分散式可再生能源，滿足用戶多樣化能源電力需求的一種新型能源體系結構與市場；為運營者提供一個能夠與能源終端用戶充分互動、存在競爭的能源消費市場，使其提高能源產品的質量與服務，贏得市場競爭；不僅為能源終端用戶提供傳統電網所具備的供電功能，還為其提供了一個可以進行各種能源共享的公共平台，如圖4所示。

3 能源互聯網的發展展望

在互聯網技術、計算機技術、通信技術和電力電子技術等不斷革新、進步的背景下，能源互聯網將激發能源生產、傳輸、存儲、消費等能源全價值鏈的變革，將形成集中式與分散式協調發展、相輔相成的能源供應模式；將對能量流賦予信息屬性，實現信息流對能量流的靈活管控。能源互聯網有望成為「第三次工業革命」的決定性推動力量，從而提高可再生能源比重，促進化石能源清潔高效地利用，提升能源綜合效率，推動能源市場開放和產業升級，形成新的經濟增長點，提升能源國際合作水平。

能源互聯網是一個全新的系統，本質上是一個物質，能量與信息深度耦合的系統，是物理空間、能量空間、信息空間乃至社會空間耦合的多域、多層次關聯，包含連續動態行為、離散動態行為和混沌有意識行為的複雜系統，表現出混雜多尺度動態與複雜網路特性，具有更廣闊的開放性和更大的系統復雜性。因此，需要對能源互聯網的物理架構、體系結構、標準協議、協同控制方法等關鍵基礎理論問題進行深入研究，揭示能源互聯網的控制、運行和演化機理，研究能源互聯網的信息能源融合機制，提出面向可靠性、安全性、自愈性等目標的能源互聯網體系結構設計與優化技術，形成相應的基礎理論和關鍵技術創新。

4 結語

能源互聯網是以互聯網的理念構建的新型信息與能源高度融合的網路，是以電力網路為基礎架構，協同了冷、熱、氣等多種能源所形成的智慧網路。發展能源互聯網將從根本上改變對傳統能源利用模式的依賴，是對人類社會生活方式的一次革命。能源互聯網有望成為第三次工業革命的決定性推動力量。

（本文編輯：玄琳、周楊林）

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