茅大鈞++代憲亞

摘要： 隨著環(huán)境污染加劇、能源嚴重短缺等問題的出現(xiàn)，可再生能源的利用將越來越普及.以可再生能源技術和信息技術緊密結合為特征的“能源互聯(lián)網(wǎng)”將會帶來第三次工業(yè)革命.介紹了“能源互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展、內(nèi)涵及其市場前景，并詳細闡述了其應具備的特征以及架構體系和技術支撐.作為未來能源發(fā)展的新趨勢，“能源互聯(lián)網(wǎng)”將在能源消費、能源技術、能源產(chǎn)業(yè)方面帶來革命潮流.“能源互聯(lián)網(wǎng)”在促進能源可持續(xù)發(fā)展的同時，也將為社會帶來巨大福利.

關鍵詞： 能源互聯(lián)網(wǎng)； 可再生能源； 電能； 互聯(lián)網(wǎng)技術

中圖分類號： TK 01+9文獻標志碼： A

Abstract： The utilization of renewable energy is becoming more and more popular with the deterioration in environment pollution and serious risks of energy shortage.Energy internet，whose characteristics are the combination of the renewable energy technology and information technology，will bring the “Third Industrial Revolution”.This paper presented the development，content of Energy Internet and its market prospects，as well as the characteristics of Energy Internet，its architecture and technical support.As the new trend of future energy development，Energy Internet will bring the revolution to energy consumption，energy technology and energy industry.Energy Internet will also bring the society a great welfare during the promotion of energy sustainable development.

Keywords： Energy Internet； renewable energy； electric energy； internet technology

隨著智慧能源概念的提出，能源發(fā)展與大數(shù)據(jù)處理、云計算等互聯(lián)網(wǎng)智能技術的關聯(lián)性越來越強.近年來，物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、智能電網(wǎng)已成為行業(yè)熱點，其快速發(fā)展離不開海量數(shù)據(jù)信息的計算與處理.為適應經(jīng)濟和社會的發(fā)展，信息網(wǎng)絡與能源網(wǎng)絡的結合必然更加密切，對能源產(chǎn)業(yè)進行互聯(lián)網(wǎng)化將會是能源利用模式發(fā)展的新趨勢.

另外，化石能源消耗加劇、全球氣候變暖、環(huán)境污染加劇等問題已經(jīng)引起全球的共同關注，擴大可再生能源規(guī)模已是世界發(fā)展的必然方向.美國著名經(jīng)濟學家杰里米·里夫金在其著作《第三次工業(yè)革命》中提及：以大規(guī)模利用化石能源為核心的第二次工業(yè)革命正在走向結束，以新能源技術和信息技術緊密結合為特征的能源互聯(lián)網(wǎng)將會帶來第三次工業(yè)革命[1].能源互聯(lián)網(wǎng)是新能源技術與互聯(lián)網(wǎng)技術深入結合，以分布式可再生能源為主要一次能源，形成的新的能源利用模式.

1“能源互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展

“能源互聯(lián)網(wǎng)”概念的提出得到了各界的強烈響應與高度認可，美國和歐洲對其的研究依然處于領先階段.

2008年，美國國家科學基金成立研究項目“未來可再生電力能源傳輸與管理系統(tǒng)”（the Future Renewable Electric Energy Delivery and Management System），簡稱“FREEDM”，以此作為“能源互聯(lián)網(wǎng)”原型.FREEDM提出了“能源路由器”新概念，模仿網(wǎng)絡信息技術中路由器的概念，運用“能源路由器”實現(xiàn)能源互聯(lián).該系統(tǒng)以電力電子技術為核心，對分布式能源系統(tǒng)實現(xiàn)高效控制.另外，加利福尼亞大學伯克利分校提出“以信息為中心的智慧能源網(wǎng)絡”模型[2]，實現(xiàn)能源信息的數(shù)據(jù)采集，并高效地對能源的生產(chǎn)、傳輸和消費各環(huán)節(jié)進行管理.該能源網(wǎng)絡結合先進的信息通信技術以獲取大量能源數(shù)據(jù)，通過云計算進行數(shù)據(jù)分析，應用于整個能源系統(tǒng)，實現(xiàn)能源與互聯(lián)網(wǎng)的高效結合.

與此同時，2008年德國聯(lián)邦經(jīng)濟技術部門和環(huán)境部門提出建立新型能源網(wǎng)絡EEnergy.該網(wǎng)絡在智能電網(wǎng)的發(fā)展基礎上，運用ICT（information communication technology）實現(xiàn)電網(wǎng)設施與用戶端的相互通信與協(xié)調(diào)，其目標包括高效供電和優(yōu)化能源供應系統(tǒng).高效供電即通過電力系統(tǒng)的數(shù)字聯(lián)網(wǎng)，確保電能的穩(wěn)定高效供應；能源供應系統(tǒng)的優(yōu)化可以理解為橫向多種能源的優(yōu)化互補，包括化石能源以及風、光、電等可再生能源的相互協(xié)調(diào)供應.EEnergy項目的重點將是實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)信息網(wǎng)路覆蓋，致力打造一個從發(fā)電到輸電、變電、配電、用電的一個全新能源互聯(lián)網(wǎng).

我國能源互聯(lián)網(wǎng)技術依然處于起步階段.2013年，北京市科委組織召開了“第三次工業(yè)革命”和“能源互聯(lián)網(wǎng)”專家研討會；同年12月，國家電網(wǎng)公司指出“能源互聯(lián)網(wǎng)”是智能電網(wǎng)未來的發(fā)展方向；2014年6月啟動了“能源互聯(lián)網(wǎng)技術架構”；2015年2月，劉振亞的專著《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》首發(fā)儀式暨專家座談會在北京召開.2015年7月，國務院印發(fā)《關于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導意見》；另外，國家能源局在同年7月正式確定《能源互聯(lián)網(wǎng)行動計劃大綱》和12個支撐課題.雖然國內(nèi)“能源互聯(lián)網(wǎng)”的研究起步比較晚，但其已得到了相當程度的重視和發(fā)展力度支持.

2“能源互聯(lián)網(wǎng)”的內(nèi)涵

“能源互聯(lián)網(wǎng)”雖然得到了廣泛的認可，但對其并無明確的定義.杰里米·里夫金在其著作《第三次工業(yè)革命》中也只是描繪了能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景，并沒有給出具體定義.從歐美對能源互聯(lián)網(wǎng)的研究方向以及各界專家對能源互聯(lián)網(wǎng)的分析可知，對“能源互聯(lián)網(wǎng)”的理解主要有兩個方面：

（1） 采用互聯(lián)網(wǎng)的技術架構為模型，形成新型的能源網(wǎng)，其概念包括各種能源產(chǎn)業(yè)以及不同能源網(wǎng)絡之間的“互聯(lián)互通”.對于各種能源產(chǎn)業(yè)，例如供熱、供冷、供氣、供電等不同形式的能源之間可以形成互聯(lián)；對于不同能源網(wǎng)絡，例如分布式能源網(wǎng)，各種微電網(wǎng)之間也可以形成互聯(lián).

（2） 搭載互聯(lián)網(wǎng)通信技術和大數(shù)據(jù)處理技術，可更加準確、高效地處理能源供應、能源消費等問題，以實現(xiàn)一種新的應用模式——“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”.

以上兩種理解，只是認識的側重點不同，并不存在絕對的概念界限.作為未來能源可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，能源互聯(lián)網(wǎng)的研究將變得更加深入和規(guī)范，而其內(nèi)涵也必然包括以上兩種理解.華北電力大學曾鳴教授指出：“要構建一個具有‘橫向多能源互補、‘縱向源—網(wǎng)—荷—儲協(xié)調(diào)和能量流與信息流雙向流動特性的大能源互聯(lián)圈.”[3]

為適應新的發(fā)展變革，不論從哪種認識角度，能源互聯(lián)網(wǎng)應具有以下特征：

（1） 可再生能源的大規(guī)模接入.

隨著環(huán)境污染加劇、能源嚴重短缺等問題的出現(xiàn)，可再生能源利用將越來越普及.太陽能、風能、光能等新能源技術正在影響越來越多的國家.以電能作為中介能源，利用綠色可再生能源替換高污染化石能源，以提高能源消費的環(huán)境友好程度，將會得到越來越多的重視.雖然目前改變不了化石能源的主導地位，但新能源的大規(guī)模利用已是發(fā)展的必然趨勢.隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的不斷深入，政府政策的大力支持，可再生能源發(fā)展技術的不斷進步，必然會引導可再生能源的大規(guī)模接入.杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命》中提到未來理想的能源互聯(lián)網(wǎng)愿景：“在即將到來的時代，我們創(chuàng)建的能源互聯(lián)網(wǎng)可以讓億萬人都能夠在自己的家中、辦公室以及工廠里生產(chǎn)和消費綠色能源，多余的能源可以與他人分享，就像現(xiàn)在我們在網(wǎng)絡上分享信息一樣.”[4]

（2） 搭載互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)能源共享.

2015年3月我國政府工作報告中首次提出制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，即利用“互聯(lián)網(wǎng)” 或參考“互聯(lián)網(wǎng)”的技術架構與其他行業(yè)相結合，產(chǎn)生新的應用模式[5].如果將互聯(lián)網(wǎng)與能源結合，形成新的“互聯(lián)網(wǎng)+能源”應用模式，將能源產(chǎn)業(yè)進行互聯(lián)網(wǎng)化，并對能源產(chǎn)業(yè)通過ICT技術賦予數(shù)據(jù)屬性，則對能源產(chǎn)業(yè)的控制與管理將更加高效、經(jīng)濟.在廣域能源供應體系中，實現(xiàn)能源綜合數(shù)字化互聯(lián)，實時動態(tài)地收集和處理海量負荷信息、市場交易數(shù)據(jù)、設備運行狀態(tài)參數(shù)、氣候環(huán)境等其他數(shù)據(jù)，進而充分利用信息通信技術和數(shù)據(jù)云計算處理技術設計出新的解決方案，進一步提高能源供應的智能化，實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的最優(yōu)化管理.“能源互聯(lián)網(wǎng)”必須搭載互聯(lián)網(wǎng)前端通信技術和大數(shù)據(jù)處理技術才能發(fā)揮其革命性作用.

（3） 能源消費終端改變消費模式.

目前可再生能源絕大部分轉化為電能，可通過以電能作為中間介質，用綠色可再生能源替換其他一次化石能源[6].電能具有優(yōu)質、清潔屬性，增加其消費比重將為能源終端消費的結構優(yōu)化帶來推動作用.首先，推進電能消費發(fā)展可緩解因化石燃料燃燒帶來的污染問題；電能還是高效能源，提高電能消費比重有助于世界各國提高能源利用效率，進而降低世界能源需求，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展.

近年來，隨著電動汽車在交通行業(yè)的快速發(fā)展，電氣化交通系統(tǒng)將會是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，電動汽車的發(fā)展將改變傳統(tǒng)大量消耗化石能源的交通行業(yè)[1].通過將電能作為中間介質，不僅為可再生能源大規(guī)模利用提供了平臺，而且促進了消費市場的模式轉變.電氣化交通可節(jié)約大量化石能源，未來一定會成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要支撐.以電能為主的能源體系將不斷強化能源消費模式，其不僅在汽車應用中發(fā)揮作用，在其他能源消費領域依然可起到重要作用.例如，工廠各種加熱設備可用電加熱方式替換傳統(tǒng)的煤燃燒加熱方式，既容易實現(xiàn)熱量的均勻控制，又可通過電力能源的高效性實現(xiàn)降低能耗的目標[7].

（4） “儲能”的廣泛應用.

大規(guī)模的新能源發(fā)電裝置在接入的同時，由于其自身發(fā)電能量具有間歇不連續(xù)與波動不穩(wěn)定缺點，將會給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來一定的沖擊作用.分布式儲能技術可以緩解能量流的不確定性，抑制和平緩能量的波動，將成為能源互聯(lián)網(wǎng)中重要的基礎支撐[8].在今后能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，儲能裝置將廣泛應用于商業(yè)建筑.智能儲能裝置通過互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)進行云計算，以實現(xiàn)充電與放電的快速切換，更準確地匹配電源與負荷，更高效地提高能源利用率.

3“能源互聯(lián)網(wǎng)”架構

根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的特點，可設計出能源互聯(lián)網(wǎng)架構體系，如圖1所示.

從橫向和縱向對能源互聯(lián)網(wǎng)架構圖進行分析.從橫向來看，為橫向多能源互補.雖然目前

可再生能源的大規(guī)模接入，并不能完全替換化石能源，但可與化石能源相互協(xié)調(diào)供應.利用互聯(lián)網(wǎng)技術賦予能源數(shù)字屬性，準確分析能源供應情況，以達到多種能源的最優(yōu)供給.

從縱向來看，能源進行供電、供熱、供冷、供氣等其他能源轉換，然后傳送至消費終端的過程中，電力行業(yè)起到了主干作用.從發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)電網(wǎng)傳送到用戶端，利用儲能裝置和互聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)電力行業(yè)的高效運作.各個環(huán)節(jié)中，對電氣設備運行狀態(tài)、電能傳送數(shù)據(jù)、消費終端負荷變化等通過互聯(lián)網(wǎng)技術進行實時監(jiān)控，確保整個系統(tǒng)的最優(yōu)化運行.由于交通行業(yè)的能源市場巨大，隨著消費終端的消費模式轉變，未來的電氣化交通系統(tǒng)也將占據(jù)重要地位.電動汽車充電裝置、儲能設備將充分發(fā)揮各自作用，搭載通信技術、數(shù)據(jù)處理技術可確保電氣化交通領域的穩(wěn)定運作.整個架構體系中，互聯(lián)網(wǎng)技術將覆蓋各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)能量流與信息流雙向流動.

4“能源互聯(lián)網(wǎng)”技術支撐

從能源互聯(lián)網(wǎng)的特點和架構中可歸納出能源互聯(lián)網(wǎng)的技術要求.從目前技術發(fā)展現(xiàn)狀來看，五大技術將在能源互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮重要作用.

4.1先進傳感技術

從能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵可以認識到，其范圍涉及到整個能源領域，能源之間的互聯(lián)互通與能源傳輸必須依賴于多種多樣的基礎設備.基礎設備工作狀態(tài)良好，系統(tǒng)的穩(wěn)定性才能得到保障.準確監(jiān)測設備信息、保障設備工作正常是能源互聯(lián)網(wǎng)技術框架的基礎要求.因此，必須依賴先進傳感技術對各種基礎設備進行狀態(tài)監(jiān)測，實時準確地獲取設備參數(shù)，并做出實時診斷，避免出現(xiàn)設備安全隱患長時間存在，以確保整個系統(tǒng)高效運行.

4.2先進故障自診斷技術

實時監(jiān)測設備信息，分析系統(tǒng)運行參數(shù)，運用先進的數(shù)據(jù)處理與診斷方法，做出準確的故障預測與診斷，及時處理安全隱患，才能保證系統(tǒng)安全.隨著科學技術的發(fā)展，故障診斷技術愈發(fā)地趨向于高效率、安全性、可靠性，其復雜性也越來越高.能源互聯(lián)網(wǎng)體系龐大，系統(tǒng)復雜，其每一個環(huán)節(jié)不可能一直處于良好運行狀態(tài)，但如果不能及時發(fā)現(xiàn)各種故障與隱患，將會影響到下一個環(huán)節(jié)的正常工作，甚至帶來巨大損失.所以，為確保能源互聯(lián)網(wǎng)的高效與安全，既要利用先進傳感技術準確獲取各種參數(shù)信息，又要利用先進的故障自診斷技術及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，給出專家建議，并作出正確處理，維護系統(tǒng)安全.

4.3新能源發(fā)電技術

在介紹能源互聯(lián)網(wǎng)特征時提及，可再生能源大規(guī)模接入時，將電能作為中介能源，可用綠色可再生能源替換高污染化石能源.因此，新能源發(fā)電技術必將是能源互聯(lián)網(wǎng)架構的重要組成部分.

4.4大容量儲能技術

從能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與新能源發(fā)電的特點可以看出，大容量儲能技術可為能源互聯(lián)網(wǎng)提供重要保障.傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行時刻處于發(fā)電與負荷之間的動態(tài)平衡狀態(tài)，即“即發(fā)即用”模式.[9]但隨著技術的進步、要求的提高，這種模式的缺陷變得越來越明顯.大容量儲能設備可以有效地對電力系統(tǒng)進行調(diào)峰和平滑負荷.另外，新能源發(fā)電、電氣化交通的大規(guī)模接入所帶來的電能不穩(wěn)定與波動性問題，也促進了大容量儲能技術的發(fā)展.

4.5互聯(lián)網(wǎng)技術

在“能源互聯(lián)網(wǎng)”架構中互聯(lián)網(wǎng)技術覆蓋其各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)能量流與信息流雙向流動.高效信息傳輸、大數(shù)據(jù)處理、云計算等都必須依托互聯(lián)網(wǎng)技術才能實現(xiàn).各種數(shù)據(jù)與信息的宏觀體現(xiàn)、整體策略的準確部署、產(chǎn)業(yè)的最優(yōu)管理都與互聯(lián)網(wǎng)技術密不可分.

5“能源互聯(lián)網(wǎng)”市場前景

互聯(lián)網(wǎng)與其他行業(yè)的結合將是未來的發(fā)展主流.據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，加上投資建設，我國能源互聯(lián)網(wǎng)市場約為5萬億元以上，可見能源互聯(lián)網(wǎng)存在廣闊的市場前景.關于能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，曾鳴教授指出：“能源互聯(lián)網(wǎng)”將在能源消費、能源技術、能源產(chǎn)業(yè)方面帶來革命潮流.[3]

美國通用電氣將發(fā)電、輸電、配電、用電等全過程進行物聯(lián)網(wǎng)化，通過準確處理產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)信息，合理優(yōu)化發(fā)用電交易模式，并提供維修、節(jié)能等其他技術增值服務，其能源管理收入規(guī)?？蛇_440億元；Google收購Nest后將涉足智能家居能源管理行業(yè)；德國有上千家售電公司，分別圍繞新能源、電動汽車、儲能等領域開展相關業(yè)務.[10]

2015年4月，國內(nèi)著名光伏企業(yè)協(xié)鑫集成科技股份有限公司與華為公司達成戰(zhàn)略合作.通過本次合作，協(xié)鑫集成與華為致力打造一個智能高效光伏電站，擬在物聯(lián)網(wǎng)、光伏電站開發(fā)與實施、光伏電站信息化技術等領域展開合作.4月20日，中石化與阿里云達成技術合作計劃，利用阿里巴巴在大數(shù)據(jù)、云計算等數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，對傳統(tǒng)石油化工業(yè)務進行產(chǎn)業(yè)升級，開啟多業(yè)態(tài)的能源產(chǎn)業(yè)全新模式[3].另外，新電改方案進一步得到落實.

能源互聯(lián)網(wǎng)概念在不斷加深.我國“國家能源互聯(lián)網(wǎng)行動計劃”正在制定和完善，它作為我國首個能源互聯(lián)網(wǎng)概念、框架綱領性文件，將指導能源互聯(lián)網(wǎng)的進一步發(fā)展.

6結語

構建“能源互聯(lián)網(wǎng)”可以促進能源結構優(yōu)化，提高能源利用效率，推動能源可持續(xù)發(fā)展.與此同時，“能源互聯(lián)網(wǎng)”的出現(xiàn)將帶來廣闊市場，為社會帶來巨大福利.但“能源互聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展也面臨諸多難題：網(wǎng)絡信息安全、電動汽車充電裝置覆蓋率、產(chǎn)業(yè)轉型初期的技術普及等，都是待解決的問題.目前“能源互聯(lián)網(wǎng)”的頂層設計以及綱領性文件正在完善，相信在其指導下，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向將更加明確.

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