能源互聯網

美國學者傑里米·裏夫金（Jeremy Rifkin）於2011年在其著作《第三次工業革命》中預言，以新能源技術和信息技術的深入結合為特徵，一種新的能源利用體系即將出現，他將他所設想的這一新的能源體系命名為能源互聯網（Energy Internet）。傑里米·裏夫金認為，“基於可再生能源的、分佈式、開放共享的網絡,即能源互聯網”。隨後，隨着中國政府的重視，傑里米·裏夫金及其能源互聯網概念在中國得到了廣泛傳播。2014年，中國提出了能源生產與消費革命的長期戰略，並以電力系統為核心試圖主導全球能源互聯網的佈局。2016年3月全球能源互聯網發展合作組織成立，由國家電網獨家發起成立，是中國在能源領域發起成立的首個國際組織，也是全球能源互聯網的首個合作、協調組織。 ^[1] 

物聯是基礎： “能源互聯網”用先進的傳感器、控制和軟件應用程序，將能源生產端、能源傳輸端、能源消費端的數以億計的設備、機器、系統連接起來，形成了能源互聯網的“物聯基礎”。大數據分析、機器學習和預測是能源互聯網實現生命體特徵的重要技術支撐：能源互聯網通過整合運行數據、天氣數據、氣象數據、電網數據、電力市場數據等，進行大數據分析、負荷預測、發電預測、機器學習，打通並優化能源生產和能源消費端的運作效率，需求和供應將可以進行隨時的動態調整。

近一年來，伴隨着美國未來學家裏夫金《第三次工業革命》一書的出版，能源互聯網領域的概念在國內逐漸被炒熱。多次往返於中美之間的裏夫金在他的新書中闡述了這樣一種觀點，在經歷第一次工業革命和第二次工業革命之後，“第三次工業革命”將是互聯網對能源行業帶來的衝擊。即把互聯網技術與可再生能源相結合，在能源開採、配送和利用上從傳統的集中式轉變為智能化的分散式，從而將全球的電網變為能源共享網絡。 ^[2] 

“能源互聯網”將有助於形成一個巨大的“能源資產市場” (Market place)，實現能源資產的全生命週期管理，通過這個“市場”可有效整合產業鏈上下游各方，形成供需互動和交易，也可以讓更多的低風險資本進入能源投資開發領域，並有效控制新能源投資的風險。

“能源互聯網”還將實時匹配供需信息，整合分散需求，形成能源交易和需求響應。當每一個家庭都變成能源的消費者和供應者的時候，無時無刻不在交易電力，比如屋頂分佈式光伏電站發電、當為電動汽車充放電的時候。 ^[2] 

2015年09月26日，中國國家主席習近平在紐約聯合國總部出席聯合國發展峯會，發表題為《謀共同永續發展 做合作共贏夥伴》的重要講話。在講話上，習近平宣佈：中國倡議探討構建全球能源互聯網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求。 ^[3] 

2016年2月，國家發展改革委、國家能源局、工業和信息化部聯合制定的《關於推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》29日發佈。《意見》提出，能源互聯網建設近中期將分為兩個階段推進，先期開展試點示範，後續進行推廣應用，並明確了10大重點任務。 ^[4]  《意見》明確了能源互聯網建設目標：2016-2018年，着力推進能源互聯網試點示範工作，建成一批不同類型、不同規模的試點示範項目。2019-2025年，着力推進能源互聯網多元化、規模化發展，初步建成能源互聯網產業體系，形成較為完備的技術及標準體系並推動實現國際化。 ^[4] 

2017年9月26日，在全球能源互聯網推動下，中國與周邊國家能源互聯互通初具規模。 ^[5]  費志榮表示，下一步，中國將穩步推進國內能源互聯網建設，優化電網布局，提高國內能源資源優化配置能力。加快能源互聯網示範項目建設，積極研究提出配套政策措施，為能源互聯網新模式、新業態發展預留充足發展空間。 ^[5] 

2017年7月，為落實《關於推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》（發改能源[2016]392號）和國務院第138次常務會議的部署，有效促進能源和信息深度融合，推動能源領域結構性改革，國家能源局以《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》（國能科技[2016]200號）公開組織申報“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示範項目。 ^[6] 

2017年8月，全國55個首批能源互聯網示範項目已陸續開工，中國能源互聯網進入實操階段。 ^[7] 

首批“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示範項目名單(3張)

2017年7月，國家能源局正式公佈包括北京延慶能源互聯網綜合示範區、崇明能源互聯網綜合示範項目等在內的首批55個“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示範項目，並要求首批示範項目原則上應於2017年8月底前開工，並於2018年底前建成。 ^[8]  附：首批“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示範項目名單 ^[9] 

其中城市能源互聯網綜合示範項目12個、園區能源互聯網綜合示範項目12個、其它及跨地區多能協同示範項目5個、基於電動汽車的能源互聯網示範項目6個、基於靈活性資源的能源互聯網示範項目2個、基於綠色能源靈活交易的能源互聯網示範項目3個、基於行業融合的能源互聯網示範項目4個、能源大數據與第三方服務示範項目8個、智能化能源基礎設施示範項目3個。 ^[9] 

能源是現代社會賴以生存和發展的基礎. 為了應對能源危機, 各國積極研究新能源技術, 特別是太陽能, 風能,生物能等可再生能源. 可再生能源具有取之不竭,清潔環保等特點, 受到世界各國的高度重視.可再生能源存在地理上分散、生產不連續、隨機性、波動性和不可控等特點, 傳統電力網絡的集中統一的管理方式, 難於適應可再生能源大規模利用的要求. 對於可再生能源的有效利用方式是分佈式的“就地收集, 就地存儲, 就地使用”.

但分佈式發電併網並不能從根本上改變分佈式發電在高滲透率情況下對上一級電網電能質量, 故障檢測, 故障隔離的影響, 也難於實現可再生能源的最大化利用, 只有實現可再生能源發電信息的共享, 以信息流控制能量流, 實現可再生能源所發電能的高效傳輸與共享, 才能克服可再生能源不穩定的問題, 實現可再生能源的真正有效利用.

信息技術與可再生能源相結合的產物——能源互聯網為解決可再生能源的有效利用問題, 提供了可行的技術方案. 與目前開展的智能電網, 分佈式發電, 微電網研究相比, 能源互聯網在概念, 技術, 方法上都有一定的獨特之處. 因此, 研究能源互聯網的特徵及內涵, 探討實現能源互聯網的各種關鍵技術, 對於推動能源互聯網的發展, 並逐步使傳統電網向能源互聯網演化, 具有重要理論意義和實用價值.

從政府管理者視角來看，能源互聯網是兼容傳統電網的，可以充分、廣泛和有效地利用分佈式可再生能源的、滿足用户多樣化電力需求的一種新型能源體系結構；從運營者視角來看，能源互聯網是能夠與消費者互動的、存在競爭的一個能源消費市場，只有提高能源服務質量，才能贏得市場競爭；從消費者視角來看，能源互聯網不僅具備傳統電網所具備的供電功能，還為各類消費者提供了一個公共的能源交換與共享平台。

能源互聯網具備如下五大特徵 ^[10]  ：

 可再生：可再生能源是能源互聯網的主要能量供應來源。可再生能源發電具有間歇性、波動性，其大規模接入對電網的穩定性產生衝擊，從而促使傳統的能源網絡轉型為能源互聯網。

 分佈式：由於可再生能源的分散特性，為了最大效率的收集和使用可再生能源，需要建立就地收集、存儲和使用能源的網絡，這些能源網絡單個規模小，分佈範圍廣，每個微型能源網絡構成能源互聯網的一個節點。

 互聯性：大範圍分佈式的微型能源網絡並不能全部保證自給自足，需要聯起來進行能量交換才能平衡能量的供給與需求。能源互聯網關注將分佈式發電裝置、儲能裝置和負載組成的微型能源網絡互聯起來，而傳統電網更關注如何將這些要素“接進來”。

 開放性：能源互聯網應該是一個對等、扁平和能量雙向流動的能源共享網絡，發電裝置、儲能裝置和負載能夠“即插即用”，只要符合互操作標準，這種接入是自主的，從能量交換的角度看沒有一個網絡節點比其它節點更重要。

 智能化：能源互聯網中能源的產生、傳輸、轉換和使用都應該具備一定的智能。

能源互聯網與其他形式的電力系統相比, 具有以下4 個關鍵技術特徵 ^[11]  ：

（1）可再生能源高滲透率：能源互聯網中將接入大量各類分佈式可再生能源發電系統, 在可再生能源高滲透率的環境下, 能源互聯網的控制管理與傳統電網之間存在很大不同, 需要研究由此帶來的一系列新的科學與技術問題.

（2）非線性隨機特性：分佈式可再生能源是未來能源互聯網的主體, 但可再生能源具有很大的不確定性和不可控性, 同時考慮實時電價, 運行模式變化, 用户側響應, 負載變化等因素的隨機特性, 能源互聯網將呈現複雜的隨機特性, 其控制, 優化和調度將面臨更大挑戰.

（3）多源大數據特性：能源互聯網工作在高度信息化的環境中, 隨着分佈式電源併網, 儲能及需求側響應的實施, 包括氣象信息, 用户用電特徵, 儲能狀態等多種來源的信息. 而且, 隨着高級量測技術的普及和應用, 能源互聯網中具有量測功能的智能終端的數量將會大大增加, 所產生的數據量也將急劇增大.

（4）多尺度動態特性能源互聯網是一個物質, 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. 作為社會/信息/物理相互依存的超大規模複合網絡, 與傳統電網相比, 具有更廣闊的開放性和更大的系統複雜性, 呈現出複雜的, 不同尺度的動態特性.

美國著名經濟學家傑里米·裏夫金的第三次工業革命和能源互聯網的提法最近引起廣泛關注。傑里米·裏夫金認為：“在即將到來的時代，我們將需要創建一個能源互聯網，讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室裏和工廠裏生產綠色可再生能源。多餘的能源則可以與他人分享，就像我們現在在網絡上分享信息一樣。” ^[12] 

能源互聯網其實是以互聯網理念構建的新型信息能源融合“廣域網”，它以大電網為“主幹網”，以微網為“局域網”，以開放對等的信息能源一體化架構，真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用，因此可以最大限度地適應新能源的接入。微網是能源互聯網中的基本組成元素，通過新能源發電、微能源的採集、匯聚與分享以及微網內的儲能或用電消納形成“局域網”。大電網在傳輸效率等方面仍然具有無法比擬的優勢，將來仍然是能源互聯網中的“主幹網”。雖然電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸效率等方面具有無法比擬的優勢，未來能源基礎設施在傳輸方面的主體必然還是電網，因此未來能源互聯網基本上是互聯網式的電網。能源互聯網把一個集中式的、單向的電網，轉變成和更多的消費者互動的電網。

事實上，美國和歐洲早就有能源互聯網的研究計劃。2008年美國就在北卡州立大學建立了研究中心，希望將電力電子技術和信息技術引入電力系統，在未來配電網層面實現能源互聯網理念。效仿網絡技術的核心路由器，他們提出了能源路由器的概念，並且進行了原型實現，利用電力電子技術實現對變壓器的控制，路由器之間利用通信技術實現對等交互。德國在2008年也提出了E-Energy理念和能源互聯網計劃。

2015年3月2日，國際標準化組織ISO/IEC正式發佈文件，由天地互連主導的IEEE1888標準通過ISO/IEC最後一輪投票，成為全球能源互聯網產業首個ISO/IEC國際標準。 ^[13] 

IEEE1888標準（或稱IEEE 1888協議），正式名稱為泛在綠色社區控制網絡協議（IEEE 1888-2011-IEEE Standard for Ubiquitous Green Community Control Network Protocol ^[14]  ），是利用互聯網技術（支持IPv6，兼容IPv4）使所有傳感數據和控制數據進行自由傳輸與交互的應用層面的通信協議。IEEE 1888標準的正式名稱是“IEEE 1888-2011-IEEE Standard for Ubiquitous Green Community Control Network Protocol, 泛在綠色社區控制網絡協議”，可廣泛應用於智慧能源系統，包括下一代電力管理系統，樓宇能源系統、設備設施管理系統等領域的通信，特別在工業、建築、園區等領域的能源管理方面，具有天然的優勢。 ^[15] 

或許20年後，互聯網將像衝擊傳統商業一樣，對傳統能源行業重新洗牌，出現全新的能源生產和消費的產業組織模式——互聯網能源 ^[16] 

互聯網能源是從客户的角度出發構建的能源生產消費模式，是去壟斷，去中心化的“無中心網絡” ^[16] 

傳統能源體系裏，自家屋頂太陽能發的電用不完只能賣給電網，未來互聯網能源中則可能跳過中間環節，直接交易 ^[16] 

記者：從您的闡述可以看出，未來能源行業的“被洗牌”看來無法避免。那麼，“被洗牌”後的能源行業會出現怎樣的變化呢？ ^[16] 

王玉鎖：一定會出現“化學變化”。互聯網和分佈式能源的深度融合會出現一種全新的能源生產和消費的產業組織模式——互聯網能源。 ^[16] 

所謂互聯網能源，我認為它與現行的能源體系不同，是一種全新的業態，我給它歸納出“五化”：即：結構生態化、主體多元化、交易多邊化、商品標準化、物流智能化。 ^[16] 

結構生態化比較好理解，就是未來互聯網能源是以可再生能源為主，以傳統能源特別是清潔的氣體能源為支持的能源結構。 ^[16] 

主體多元化將是互聯網能源帶來的市場格局的變化。分佈式能源會產生眾多產用能一體的新市場單元，從而形成多元的市場主體。而市場主體越多元，消費者對傳統大能源公司的依賴就越低。 ^[16] 

交易多邊化則是在主體多元化基礎上，互聯網能源帶來的更為深刻的變化。由於在互聯網能源結構中，“人人既是消費者，同時也可以成為生產者”，因此，如果你把互聯網能源比作“能源淘寶網”的話，那麼這個“能源淘寶網”就不再是單邊交易，也不是雙邊交易，而是多邊交易。換句話説，各類主體在這個市場裏既自由競爭，又相互協作，最終實現能源效率最優和能源價值的最大化。 ^[16] 

商品標準化是在交易環節對互聯網能源提出的新需求，它需要一種裝備，能將不同品類的能源進行高效便捷的相互轉換。比如我要的是熱，你家多餘的是電或氣，那就需要把電或者氣轉換成熱。根據客户的需求，靈活地輸出熱、電、冷等不同品類能源是未來互聯網能源的一大特色。 ^[16] 

就像今天的電商，物流瓶頸會導致“腸梗阻”一樣，互聯網能源也離不開物流智能化。物流網絡的智能化包括兩方面：一是要消除行業壁壘，實現自由接入和管網互通互聯；二是要實現智能化的能源配送。因為複雜的多邊交易和雙向流動對能源輸送系統挑戰很大，沒有智能手段很難實現，這也是實現交易的重要基礎。 ^[16] 

最後我要強調一點，互聯網能源是從客户的角度出發構建的能源生產消費模式，是去壟斷、去中心化的“無中心網絡”。這和當前的能源體系甚至包括美國提出的智能電網或者歐洲提出的能聯網的最大區別是，後者更多是從企業或者行業的角度出發，對傳統業務的信息化、智能化改造，其“有中心網絡”的本質沒有變。 ^[16] 

當然，互聯網能源並不排斥智能電網、能聯網，而且從物流層面來看，還很需要它們，二者要很好地融合。 ^[16] 

更低的成本、更優的服務——“互聯網能源”將給消費者帶來更大實惠 ^[16]