能源互聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源系統(tǒng)發(fā)展新形態(tài)，是互聯(lián)網(wǎng)理念、先進(jìn)信息技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)深度融合的產(chǎn)物。能源互聯(lián)網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)最大程度的可再生能源利用和最大限度的提高能源開(kāi)發(fā)利用效率的目標(biāo)，涵蓋整個(gè)一次、二次能源的整個(gè)能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種能源的橫向多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和消費(fèi)全過(guò)程的縱向源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)，通過(guò)資源流、能量流、信息流、價(jià)值流的融合互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能效的提升、環(huán)境友好和全人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展。
能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是能源行業(yè)共享演化的長(zhǎng)期過(guò)程，本文將闡述能源互聯(lián)網(wǎng)長(zhǎng)期發(fā)展中的八個(gè)方面的關(guān)鍵問(wèn)題。
1、未來(lái)的能源系統(tǒng)將不再按能源類(lèi)型分行業(yè)，而是以功能角色劃分
當(dāng)前的能源系統(tǒng)，總體上是按能源類(lèi)型劃分的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)的多個(gè)行業(yè)，如傳統(tǒng)的電、煤、、水、油、氣、核，各個(gè)行業(yè)的企業(yè)負(fù)責(zé)本行業(yè)的能源規(guī)劃、建設(shè)、投資和運(yùn)營(yíng)，并保證該能源品種的供需平衡。隨著新能源的發(fā)展，能源企業(yè)的經(jīng)營(yíng)范圍，逐步打破了一、二次能源本身的界限，形成了以功能角色劃分的主體。如火電企業(yè)投資光伏和風(fēng)電，是不同發(fā)電資源之間的結(jié)合；核電站投資抽水蓄能、燃?xì)怆姀S投資儲(chǔ)能調(diào)頻，是發(fā)電與儲(chǔ)能的結(jié)合；大用戶投資自備電廠，是能源生產(chǎn)與消費(fèi)的結(jié)合；節(jié)能服務(wù)公司為用戶安裝儲(chǔ)冷、儲(chǔ)熱設(shè)備，是儲(chǔ)能與消費(fèi)的結(jié)合；微網(wǎng)經(jīng)營(yíng)者建設(shè)電、熱、水等網(wǎng)絡(luò)和管道，是多種能源傳輸之間的結(jié)合。未來(lái)的能源系統(tǒng)中，將出現(xiàn)多能生產(chǎn)主體、多能供應(yīng)與消費(fèi)主體、儲(chǔ)能服務(wù)主體、多能傳輸主體，以及供應(yīng)-存儲(chǔ)-消費(fèi)的聚合體。
2、多能供-需-儲(chǔ)自平衡體，是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的基本單元
能源互聯(lián)網(wǎng)的基本單元是“自平衡體”。自平衡體是指能源互聯(lián)網(wǎng)中一定區(qū)域內(nèi)集多種能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)和消費(fèi)為一身的能源主體。儲(chǔ)能的應(yīng)用將打破能源生產(chǎn)者和消費(fèi)間的界限，主體角色呈現(xiàn)兼容性和可替換性；相鄰的生產(chǎn)、存儲(chǔ)和消費(fèi)主體，通過(guò)信息相聚合后形成的自平衡體，可以根據(jù)供需信息和市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)，在自主供需平衡基礎(chǔ)上與能源互聯(lián)網(wǎng)其它主體進(jìn)行能量交換和能源交易。能源交易的市場(chǎng)需求，將促進(jìn)自平衡體進(jìn)一步與其它能源供應(yīng)者、儲(chǔ)能、能源消費(fèi)主體或另一個(gè)自平衡體進(jìn)行物理網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，從而形成新的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、新的自平衡體。
3、能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)消費(fèi)一體化，推動(dòng)能源的生產(chǎn)和消費(fèi)革命
隨著多能供-需-儲(chǔ)自平衡體的形成，能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者的界限將不再清晰，同一主體可以在一定時(shí)段內(nèi)成為消費(fèi)者，在另一時(shí)期內(nèi)成為供應(yīng)者，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和消費(fèi)的一體化。隨著儲(chǔ)能的發(fā)展，自平衡主體可以利用儲(chǔ)能的能量時(shí)移能力，調(diào)節(jié)生產(chǎn)和消費(fèi)的同時(shí)性，根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格的變化，自主決定在市場(chǎng)交易中，何時(shí)作為供應(yīng)者，何時(shí)作為消費(fèi)者。
4、能源互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是通過(guò)多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)更高的靈活性，從而實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源消納和高能效
我國(guó)資源分布與需求分布的不匹配、與資源配置能力的不匹配，成為制約我國(guó)可再生能源消納和各類(lèi)能源綜合利用效率提升的瓶頸問(wèn)題。當(dāng)前能源領(lǐng)域中各類(lèi)能源系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，不足以應(yīng)對(duì)以上問(wèn)題，因此需要發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)多能源系統(tǒng)互通互補(bǔ)，進(jìn)一步增強(qiáng)能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的靈活性。更強(qiáng)的靈活性是能源互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征，通過(guò)更強(qiáng)的靈活性來(lái)應(yīng)對(duì)高比例可再生能源的隨機(jī)性，應(yīng)對(duì)能源需求日益增長(zhǎng)的不確定性。
5、儲(chǔ)能為代表的靈活性資源具有最強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿?/strong>
以儲(chǔ)能為代表的靈活性資源，具有更好的雙向調(diào)節(jié)能力，是能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)先發(fā)展的資源。儲(chǔ)能可以很方便地與源、網(wǎng)、荷各類(lèi)主體相結(jié)合，比如儲(chǔ)能調(diào)峰、儲(chǔ)能調(diào)頻是源-儲(chǔ)結(jié)合，抽水蓄能、水庫(kù)調(diào)度、天然氣儲(chǔ)氣站是網(wǎng)-儲(chǔ)結(jié)合，需求側(cè)的蓄冷、蓄熱空調(diào)是荷-儲(chǔ)結(jié)合。如同在生物進(jìn)化中，強(qiáng)大而缺乏環(huán)境適應(yīng)力的恐龍滅絕了，相對(duì)弱小但更具適應(yīng)能力的哺乳動(dòng)物不斷進(jìn)化，在未來(lái)能源系統(tǒng)長(zhǎng)期發(fā)展演化中，更具靈活性的資源將具有更強(qiáng)大的生命力。
6、能源互聯(lián)網(wǎng)不是通過(guò)集中規(guī)劃實(shí)現(xiàn)而是各主體自主演化的結(jié)果
規(guī)劃是單一主體的，集中式?jīng)Q策，自上而下的；演化是多個(gè)主體，自發(fā)的分散決策，自下而上的。傳統(tǒng)的大電網(wǎng)是集中式?jīng)Q策，由電網(wǎng)規(guī)劃部門(mén)做統(tǒng)一的源-網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃；能源互聯(lián)網(wǎng)中的各類(lèi)主體是分散決策，千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)主體各自規(guī)劃，在整個(gè)能源系統(tǒng)層面形成演化。能源互聯(lián)網(wǎng)的長(zhǎng)期發(fā)展，是市場(chǎng)機(jī)制引導(dǎo)各主體趨優(yōu)演化的過(guò)程。通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制的設(shè)計(jì)，支撐系統(tǒng)向更靈活、更協(xié)調(diào)、更互補(bǔ)的方向演化；各個(gè)主體則是在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行自適應(yīng)決策。廣域范圍內(nèi)的多個(gè)自平衡體在供需信息和市場(chǎng)引導(dǎo)下，自主決策擴(kuò)展，形成新的物理互聯(lián)或新主體的過(guò)程，就是整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)演化的過(guò)程。單個(gè)自平衡主體與整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，是個(gè)體與環(huán)境的關(guān)系，個(gè)體適應(yīng)環(huán)境也造就環(huán)境。能源互聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)變化是所有主體各自決策的共同結(jié)果。
7、能源互聯(lián)網(wǎng)是能源的共享經(jīng)濟(jì)體系
能源互聯(lián)網(wǎng)不僅是復(fù)雜的物理系統(tǒng)，也是復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，是能源的共享經(jīng)濟(jì)體系。在這一體系內(nèi)，各類(lèi)能源的生產(chǎn)、消費(fèi)、傳輸、存儲(chǔ)者以及各類(lèi)主體，將共同分享多能互補(bǔ)、源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)后，通過(guò)資源優(yōu)化配置所產(chǎn)生的增值效益。市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是建立激勵(lì)相容的利益調(diào)節(jié)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)共享經(jīng)濟(jì):對(duì)于分布式綠色能源，應(yīng)提升其利用小時(shí)數(shù)；對(duì)于傳統(tǒng)的煤電，應(yīng)改變以往靠降價(jià)增加利用小時(shí)數(shù)的生存模式，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰的改造，通過(guò)為風(fēng)、光提供備用和調(diào)峰，在輔助服務(wù)市場(chǎng)上提供差異化的電力服務(wù)；對(duì)于儲(chǔ)能投資者，應(yīng)通過(guò)需求側(cè)管理和輔助服務(wù)市場(chǎng)，體現(xiàn)儲(chǔ)能靈活調(diào)節(jié)能力的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)；對(duì)于用戶，能源互聯(lián)網(wǎng)的互通互聯(lián)、市場(chǎng)建設(shè)，應(yīng)最終降低終端用能成本；對(duì)于電網(wǎng)為代表的能源傳輸企業(yè)，用戶終端用能成本的降低將刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源傳輸企業(yè)的收入將隨著能源的總需求的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)；對(duì)于政府和全社會(huì)，一方面更高比例的可再生能源消納可以降低污染、改善環(huán)境，另一方面能效的提升、能源成本的降低將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
8、能源互聯(lián)網(wǎng)是能量-信息-經(jīng)濟(jì)三元驅(qū)動(dòng)下物理互聯(lián)/信息融合/經(jīng)濟(jì)融通的長(zhǎng)期演化過(guò)程
能源互聯(lián)網(wǎng)從邏輯上分為物理層、信息層和經(jīng)濟(jì)層三個(gè)層次。多種能源之間的物理互聯(lián)是部分互聯(lián)，不是全面互聯(lián)；信息層應(yīng)實(shí)現(xiàn)所有環(huán)節(jié)的全面互聯(lián)；信息的共享將牽引供需，提升市場(chǎng)效率，進(jìn)而通過(guò)市場(chǎng)交易引導(dǎo)物理層的互通互聯(lián)。能源互聯(lián)網(wǎng)能量-信息-經(jīng)濟(jì)三元驅(qū)動(dòng)的機(jī)理是指，通過(guò)多能系統(tǒng)的信息物理深度融合建設(shè)獲得整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)的全面信息—>利用更全面、更充分的信息提升市場(chǎng)效率—>基于科學(xué)的市場(chǎng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置—>引導(dǎo)多能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期演化過(guò)程，是以當(dāng)前相對(duì)獨(dú)立規(guī)劃運(yùn)營(yíng)的多種能源網(wǎng)絡(luò)為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)多能源子系統(tǒng)的互聯(lián)互通、市場(chǎng)化商業(yè)運(yùn)營(yíng)、反饋激勵(lì)下的不同主體相互聚合形成的反饋循環(huán)。在此過(guò)程中，各主體逐步適應(yīng)調(diào)整、聚合進(jìn)化，由個(gè)體演化到局部復(fù)制、擴(kuò)散，成功的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)模式不斷自我復(fù)制，通過(guò)自然選擇逐步進(jìn)化到成目標(biāo)狀態(tài)的能源互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源和高能效。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將隨著如儲(chǔ)能技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，經(jīng)歷若干個(gè)歷史階段，每一個(gè)技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定的歷史階段內(nèi)，能源互聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)和運(yùn)營(yíng)是連續(xù)變化的，各階段之間則是在技術(shù)引領(lǐng)下實(shí)現(xiàn)階躍，無(wú)論是物理互聯(lián)、信息融合還是市場(chǎng)形態(tài)都發(fā)生根本性變化。
能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方興未艾，根據(jù)三部委頒布的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，2016-2025年將開(kāi)展多批次的能源互聯(lián)網(wǎng)的試點(diǎn)示范工程，鼓勵(lì)利用互聯(lián)網(wǎng)手段，在大型建筑、場(chǎng)館、園區(qū)、島嶼、城鎮(zhèn)等不同規(guī)模范圍內(nèi)，開(kāi)展能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、商業(yè)模式和政策創(chuàng)新試點(diǎn)。本文初步研究了能源互聯(lián)網(wǎng)長(zhǎng)期發(fā)展變化的基本規(guī)律，希望對(duì)未來(lái)試點(diǎn)示范工程的推進(jìn)起到積極作用。
（作者為華北電力大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究中心副主任）
