能源互联网思考与探索

／清华大学能源互联网创新研究院 高峰／

习近平总书记提出的能源技术革命，把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点，这也是解决我国经济发展的一个需求。能源体制革命的技术问题，在未来能源革命里面可能只占30%，核心还是体制问题。

能源互联网是能源环境和经济发展的必然之路

习近平总书记在2014年底提出的四大能源革命包括能源生产革命，能源技术革命，能源消费革命和能源体制革命。“互联网+”、智慧能源就是能源互联网。另外，习近平总书记提出的能源技术革命，把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点，这也是解决我国经济发展的一个需求。能源体制革命的技术问题，在未来能源革命里面可能只占30%，核心还是体制问题。国家推动能源体制革命，还原能源商品属性，已经展开了具体的步骤，包括2015年3月中共中央下发的“电改9号文”，近期《能源法》和《电力法》都要进行修改，这都是从体制保障上进行相应的工作。

另一方面，李克强总理提到的“互联网+”。6月24日国务院常务会议明确指出，推进“互联网+”，促进创业创新、协同制造、现代农业、智慧能源、普惠金融等。能源互联网就是“互联网+智慧能源”，一方面能解决我国的能源环境问题，另一方面能解决经济发展的问题，这是从政策角度。

从技术角度讲，现在新能源技术发展非常迅猛，其成本呈指数趋势下降，甚至可以降到煤电的成本。随着环境税等政策的出台，煤电成本会提高，因此未来新能源技术将会有直接的经济竞争力。

互联网在颠覆企业与个人的生存。包括以下三点：

第一、数据将成为新的自然资源。数据本身就是资源。与煤矿或者石油埋在地下相比，发掘数据资源的价值，需要大家共同努力。

第二、云计算正在成为推动平台化服务的一个支点。

第三、社交、移动、数据推动个体崛起，形成个体的、互动的机制。也就是互联网现在已经融合了我们生活、经济的方方面面，已经给传统行业带来巨大改变。能源行业一定要迎接这个改变，能源互联网的目的也是要使得能源企业能够拥抱互联网。

能源互联网带来巨大的价值

能源、环境、经济的可持续发展为中国的发展既带来了挑战又带来了机遇。当具备可再生能源技术、互联网信息通信技术的能力时，“挑战+能力”就是未来的机遇，可以说“能源互联网”就是中国百年难得一遇的引领世界工业革命的机会。

什么是能源互联网?

能源互联网分为三个层次。首先，物理基础层面，从基础设施的角度来讲，是多能融合的网络。第二，实现手段，要有信息物理融合的能源系统，去支撑多轮融合，达到最优的一些目标。第三，价值挖掘层，创新的商业模式，互联网的思维来改变整个的能源产业链。

多能融合的能源网络，这是物理基础层，以电力网络为主体，气、热、水、油等网络覆盖整个能源生产，能源存储，能源传输，能源转换到能源消费的能源价值链，要依赖于高度可靠安全的主体网架，包括电网、管网、路网等等。这个网络需要具有柔性、可扩展能力，支持分布式的能源接入。强调一下，多能融合能源网络和传统分隔的能源网络最大的区别在于能源转换。我们达到多能融合的目标肯定是从整个能源综合，从规划建设到运营、管理、维护等等一系列都要从多种能源的角度来考虑，这样实现综合能源的最优化，综合能效最大化的目标。最大的区别在于能源转换，包括不同类型的能源转换。比如说，天然气可以用来发电，电能可以用来电解水，产生氢气，本身也可以当燃料，氢气再和二氧化碳发生反应，可以生成甲烷，这是从气到电再到气的转变。

为什么需要这么做?这么做经济不经济?

合理利用能源。四川的“弃水”，内蒙的“弃风”等情况相继出现，事实上可利用被弃掉的能源来制氢。甲烷具有经济性，本地需要有这样的能力用直接供给消费者的电制氢，这需要综合考虑。

一方面，包括工矿企业，老百姓的消费端。比如家里做饭可以选择电磁炉，也可以选择燃气灶。什么时候用电？什么时候用气最合适？可以通过国家许可、价格信号或者其他激励手段来调节用户的行为。当天然气价格上调时，可利用电能。当天然气价格下调时，可多利用天然气。通过能源转换或者切换的调控方式，能够使得整体最优化，通过这个基础，来支撑最优化的目的。

另一方面，不同承载方式的能源转换。电网有交流电网与直流电网。目前，交流电网占主体，未来这个现象可能会改变，尤其在配电层，有可能直流网会成为主体。什么时候用直流电网，什么时候用交流电网，需要根据当地的负荷情况，根据整个发电情况综合优化，可能会有纯直流，纯交流，也可能交直流混合，不同承载方式的转换，这也是能源互联网需要来考虑的方面。另外，包括氢气传输，氢气传输可以有直接气态的传输，有液化的传输，有附着在固体的传输，不同的传输方式也是需要综合来考虑的。

能融合能源网络的物理基础层需要考虑的问题

具体有多种实现方式，目前关注较多的就是融合多能网络，也叫局域能源网，其中包括新能源微网。在局域能源网络中，充分利用清洁能源，可再生能源，充分考虑负荷，尤其可调负荷，包括电动汽车。在此基础上，整体规划、运营、建设。通过从规划、运行一体化来达到新能源利用最大化，综合效益最优化的一系列目标。以局域网为基础节点，通过电网、管网、路网等互联，就可以形成广泛能源网，这是未来发展的方向。

以上方案需要信息、物理等技术融合的能源网络。物联网、大数据、移动互联网等信息技术的飞速发展可以为涵盖能源整个价值链提供有效的支撑，信息本身是有价值，但是价值是需要不断挖掘的。

首先，通过信息的采集、展示带来第一层的价值。在此基础上，进行优化管理是第二层的价值。智能能源核心就是在优化管理上，通过大量的信息的采集，综合优化分析等等。数据本身是有价值的，价值还需要继续挖掘，也就提到的第三层价值——创新模式。通过数据本身进一步的挖掘，要提升用户体验，能够带来创新的商业模式，这是能源互联网和智能电网之间很重要的一个区别，要以价值挖掘和价值实现为主体。

未来在能源互联网的时代，不再是单个的能源供应商给消费者提供能源，而是消费者给能源供应商提供水电费，是多方参与，包括能源流、信息流、业务流、价值流都是双向多方互动。这里面最重要的可能是平台服务商。可以在垂直细分领域的平台服务商，这也是能源互联网带动产业发展的一个重要体现，就是“互联网+”的一个重要体现。比如说，现在大家知道的，包括愿景能源等都在推给风电场，包括电站提供云服务的。它就是在“互联网+能源生产者”的一个平台服务商，这一类的企业就是能源互联网能够带动的新的产业的一类企业。从能源生产端到运营端到消费端都能带来相应的创新，相应的模式。

第三层就是核心的价值挖掘层和价值体现层，是创新模式的能源运营。随着能源互联网的发展和建设，将其总结为能源协同化、多种能源互联、协同融合进行调度、提升能源整体效率、提升能源利用率等六个特征

1）能源协同化。

多种能源互联，协同融合进行调度，提升能源整体效率，提升能源利用率等。

2）能源高效化

高效除了高效率以外，核心是指效用、效率、效能，这里面的用户在能源链里面，不再是单指能源消费者，这里面的用户，包括能源生产者，能源运营者，能源消费者，还有能源监管者。“互联网+”这四个角色，就能带来一系列的成果出来，这是能源高效化。

3）能源商品化

紧扣能源具备商品属性，能源体制革命的一个核心，通过市场化手段能够激发所有的参与方的活力，形成创新模式的能源运营，现在已经有大量的创新商业模式在涌现，包括投资市场化，融资网络化，我们现在有“绿能宝”或者众筹方式建光伏电站等，就是在能源互联网时代，使得具备市场活力的很重要的特征，所以能源商品化，这是能源互联网的特征。

4）能源众在化

能源生产从传统的集中式到分布式，再到分散式等。屋顶光伏可以理解成分步式，什么是分布式，比如未来自行车都可以给家里发电，这是未来的愿景，能源生产不再是一个集中式的层面，能够从集中式到分散式实现泛在。但是，为什么没有叫能源泛在化呢？这是能源互联网里面最重要的一个点，就是强调人在能源互联网里面的作用。所以，能源互联网一定要支撑所有在能源链里面的参与者，他们能够多方参与，实现共赢，支撑大众创业，万众创新，所以强调人，期待每个人都能参与到能源互联网里面。

5）能源虚拟化

从IT领域比较好理解，现在云计算是计算资源的虚拟化，不需要知道它的CPU在哪儿？它的内存在哪儿？能源互联网也要实现能源虚拟化。其实电力本身，包括能源本身是具有虚拟化的概念。但是，我们这里面叫能源虚拟化，其实是分布于资产的虚拟化，我们不需要知道它的资产是怎么来的？比如现在大家可能说的比较多的虚拟发电厂的概念，把各种各样发电的分布式和小的发电资源能够集中起来。这是互联网里面很重要的一个特征，就是盘活存量。

6）能源信息化

需要强调一点，不单单指传统电力做的信息化系统的信息化，而是能源和信息融合的信息化，包括相应的技术支撑，能源路由器，能源碎片化等，这里面有很细节的内容。

把光伏发电，冷热电扇联动，除冷、除热的设备等综合起来，能够达到什么效果呢？用传统方式指导规划，要按最大负荷要进行规划，传统是到261MW的负荷峰值，通过能源协同化规划设置，能够下降接近30%的负荷峰值，就是125MW，整个区域通过这些技术，包括柔性直流技术，减少变压器的冗余密度，可以达到节省建设两座变电站的效果，节省一个多亿的投资，不单单是建设变电站需要征地，设备的投资，在负荷密集区，节省的空间可以用来建商业楼宇，建造收益更大的商业中心等等，带来的间接经济效益也是非常巨大的。所以，能源协同化是我们致力于深入研究的一个方面。

通过举例再次阐述能源众在化。到末端家庭里面，通过各种各样的传感器，各种各样的发电能力，结合互联网的互动实现能源众在化。能源虚拟化是盘活存量，都在谈储能的发展，要建设储能电站，储能带来消峰填谷，应急备用，负荷跟踪等等一系列效应，但是储能成本非常贵，建立储能电站也是需要建立在负荷侧，包括征地、投资的问题，成本非常高。其实在我们周围已经有很多储能的存在。所有楼宇的楼控系统里面，备用电源，包括数据中心、通信基站，都有大量的不间断电源，这些UPS后面有大量的储能——铅酸蓄电池。这些储能规定两至三年必须更换，可能这两至三年之内都没有充分用过一次，就会被更换掉，这种资源的浪费，能不能用互联网的手段，把分散式的储能协同起来，形成一个储能云，相当于在负荷密集区建设一个大型的负荷电站，每个储能比如控制10%的容量，带来的价值也是非常广阔的。已有专家把所有基站里的储能都控制起来，十亿度电可能在未来会被有效控制。可能有人说，这10%万一出了事故会怎么办呢？这就涉及到能源互联网里面不单单是一个技术问题，还涉及到其他问题包括金融问题、保险问题、法律问题、政策问题等等，它是一个多学科融合的问题。