清华大学解读中国能源互联网的发展形态

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，是国民经济的基础产业和战略性资源，对保障和促进经济增长与社会发展具有重要作用。当前，融合信息技术、互联网技术和新能源技术的新一轮能源革命，正在引领第三次工业革命的浪潮。作为能源革命战略支点的能源互联网，是将互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。

2016年2月，国家发改委、能源局、工信部联合发布国家能源互联网纲领性文件《关于推进 “互联网+” 智慧能源发展的指导意见》。3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》明确提出 “将推进能源与信息等领域新技术深度融合，统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设，建设 “源-网-荷-储” 协调发展、集成互补的能源互联网。” 4月，国家发改委、能源局正式发布《能源技术革命创新行动计划（2016–2030年）》，为未来我国能源互联网技术的发展制定了行动计划。7月，国家能源局发布《国家能源局关于组织实施 “互联网+” 智慧能源（能源互联网）示范项目的通知》，正式启动能源互联网示范工作。能源互联网将在能源技术、生产、供应等多个环节激发“链式变革”，是推动我国能源革命的必然选择。

为了加深大众对能源互联网的认知，清华大学能源互联网创新研究院组织专家编写了《能源互联网发展研究》一书。由于能源互联网涵盖内容非常广泛，本书主要从发展战略、关键技术、实践应用和机制模式等角度，对能源互联网的相关问题展开论述。该书将对读者认知能源互联网带来帮助，为能源互联网示范项目的开展提供参考，为推动我国能源互联网的发展做出贡献。

为了便于广大政府部门、能源行业、互联网行业及金融行业的相关从业人员和高校的相关学生、研究人员了解我国能源互联网发展现状及进展，本文特意摘录《能源互联网发展研究》一书开篇语《能源互联网引论》中的部分精华刊登于此。

能源互联网引论

清华大学

1 引言

能源是人类生存和发展的重要基石，是社会经济运行的动力和基础。每一次工业革命都离不开能源类型和使用方式的革新，推动着人类社会的发展和进步。目前，第三次工业革命正在世界范围内发生，而能源互联网是第三次工业革命的核心之一，是未来能源行业发展的方向。

2 能源互联网的形态

本文认为能源互联网可以分为三个层级：① 物理基础（多能互联能源网络），② 实现手段（信息物理能源系统），③ 价值实现（创新模式能源运营）。

2.1 物理基础：多能互联能源网络

能源互联以电力网络为主体骨架，融合气、热等网络，覆盖包含能源生产、传输、消费、存储、转换的整个能源链。能源互联依赖于高度可靠、安全的主体网架（电网、管网、路网）；具备柔性、可扩展的能力；支持分布式能源（生产端、存储端、消费端）的即插即用。

能源转换是多能互联的核心，其包括不同类型能源的转换（切换）以及不同承载方式的能源转换（变换）。不同类型的能源转换（切换）在能源生产端除了通常的利用发电机等各种技术手段将一次能源转换成电力二次能源外，还包括如电解水生成氢燃料，电热耦合互换等多种形式；在能源消费端，能源转换（切换）是指能源消费者可以根据效益最优的原则在多种可选能源中选择消费。不同类型能源转换的基本示意图如图1所示。不同承载方式的能源转换（变换）主要体现在能源传输环节，如在天然气网中，有液态和气态之间的转换。

能源存储在多能互联的环境下必将愈发凸显其重要地位。能源存储也不再局限于电能的存储与释放，冰蓄冷、熔盐蓄热、液态空气、氢气等均是能源存储的发展方向。如果氢燃料电池以电动汽车等途径进入千家万户，氢气或液氢的存储将可以提供持续的清洁可控电能，成为分布式太阳能和风能的重要补充。

图1 不同类型能源的转换（切换）

能源传输本身也具有多样性，如可持续传输的电网、管网等方式，非连续传输的航运、火车、汽车等，因此能源互联网必将呈现出形态各异的实现方式。多能互联能源网络将首先实现能源局域网，以微电网技术为基础，将冷、热、水、气等网络互联协调，实现能源的高效利用，如图2所示。

图2 能源局域网

以能源局域网为基本节点，以电网、管网为骨干网架，由点及面形成广域互联，即能源广域网。多能互联能源网络为整个能源链的能源互补、优化配置提供了物理基础，其整体效能的最大化离不开信息物理系统的融合。

2.2 实现手段：信息物理能源系统

物联网、大数据、移动互联网等信息技术的飞速发展，可为涵盖能源生产、存储、传输、转换和消费整个能源链条的效率、经济、安全提供有效支撑。智能电网在信息物理系统融合方面做了很多基础性的工作，实现了主要网络的信息流和电力流的有效结合。在能源互联网下，信息系统和物理系统将渗透到每个设备，并通过适当的共享方式使得每个参与方均能获取到需要的信息，如图3所示。信息物理融合的能源系统必将产生巨大的价值，第一阶段的价值体现在信息获取上；第二阶段的价值体现在优化管理上，通过多能协同优化和调度，可以从整个能源结构的角度实现社会总体效益最大化；第三阶段的价值体现在创新运营上，在信息开放、共享的基础上，运用互联网思维，创新商业模式，带动市场活力，实现经济飞跃。

图3 信息物理能源系统基本示意图

2.3 价值实现：创新模式能源运营

创新模式能源运营要充分运用互联网思维，以用户为中心，实现业务价值。在具有活力的市场环境下，包括能源生产、传输、消费、存储、转换的整个能源链相关方均能广泛参与，必然会有一大批具有创新模式的能源企业脱颖而出，如能源增值服务公司、能源资产服务公司、能源交易公司、设备与解决方案的电子商务公司等，从而带动能源互联网的产业发展。

以能源消费环节为例，传统的产业价值模式是能源供应商给能源消费者提供能源、可靠性和通用服务，并从能源消费者获取收益。而在能源互联网环境下，除了能源、可靠性和通用服务外，能源供应商还可以为能源消费者提供节能服务、环境影响消减以及个性化服务，而能源消费者还可以在需要时反向为能源供应商提供能源、需求侧响应、本地化信息等，从而使得信息流和资金流从单向变为双向。另外，还可以有第三方为其提供各种服务平台，使得价值、信息和资金在这些平台上流转和交换，如能量交易平台、能量聚合服务平台等。

创新模式能源运营需要监管者能够致力于构建以传统电网为骨干，充分、广泛和有效地利用分布式可再生能源，满足用户多样化能源电力需求的一种新型能源体系结构与市场；为运营者提供一个能够与能源终端用户充分互动、存在竞争的能源消费市场，使其提高能源产品的质量与服务，赢得市场竞争；不仅为能源终端用户提供传统电网所具备的供电功能，还为其提供了一个可以进行各种能源共享的公共平台，如图4所示。

图4 创新模式能源运营

3 能源互联网的发展展望

在互联网技术、计算机技术、通信技术和电力电子技术等不断革新、进步的背景下，能源互联网将激发能源生产、传输、存储、消费等能源全价值链的变革，将形成集中式与分布式协调发展、相辅相成的能源供应模式；将对能量流赋予信息属性，实现信息流对能量流的灵活管控。能源互联网有望成为“第三次工业革命”的决定性推动力量，从而提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效地利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平。

能源互联网是一个全新的系统，本质上是一个物质，能量与信息深度耦合的系统，是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域、多层次关联，包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统，表现出混杂多尺度动态与复杂网络特性，具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性。因此，需要对能源互联网的物理架构、体系结构、标准协议、协同控制方法等关键基础理论问题进行深入研究，揭示能源互联网的控制、运行和演化机理，研究能源互联网的信息能源融合机制，提出面向可靠性、安全性、自愈性等目标的能源互联网体系结构设计与优化技术，形成相应的基础理论和关键技术创新。

4 结语

能源互联网是以互联网的理念构建的新型信息与能源高度融合的网络，是以电力网络为基础架构，协同了冷、热、气等多种能源所形成的智慧网络。发展能源互联网将从根本上改变对传统能源利用模式的依赖，是对人类社会生活方式的一次革命。能源互联网有望成为第三次工业革命的决定性推动力量。

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