综合能源系统与能源互联网简述

余晓丹　徐宪东　陈硕翼　吴建中　贾宏杰

（1.天津大学智能电网教育部重点实验室　天津　300072 2.贝尔法斯特女王大学电子电气与计算机科学学院　贝尔法斯特　BT9 5AH 3.中华人民共和国科学技术部高技术研究发展中心　北京　100044 4.卡迪夫大学工程学院　卡迪夫　CF24 3AA）

电力系统及其自动化

综合能源系统与能源互联网简述

余晓丹1徐宪东2陈硕翼3吴建中4贾宏杰1

（1.天津大学智能电网教育部重点实验室天津300072 2.贝尔法斯特女王大学电子电气与计算机科学学院贝尔法斯特BT9 5AH 3.中华人民共和国科学技术部高技术研究发展中心北京100044 4.卡迪夫大学工程学院卡迪夫CF24 3AA）

对综合能源系统和能源互联网这两个热点问题的发展理念和关注重点进行梳理及分析。简单回顾了综合能源系统和能源互联网两个领域的一些典型研究，并从中梳理出各自的内涵和技术观点，分析讨论了两者在发展理念和未来愿景上的异同。

综合能源系统能源互联网能源信息技术

0　引言

能源是人类赖以生存和发展的基础，是国民经济的命脉，关乎国家根本，因此能源问题始终都是世界各国关注的焦点，而能源领域的技术变革与创新则贯穿于人类社会的发展历史［1］。人类社会对能源的利用方式表现为一种螺旋式上升的发展过程:

1）原始阶段，人类社会生产生活对能源需求较低，主要通过刀耕火种和就地取材解决自身能源需要，这一阶段的能源供应主要来源于动植物衍生品，如木材、植物秸秆、动物粪便等，全部为可再生能源形式。由于认知的不足和技术的局限，以煤炭为代表的化石能源在这一时期仅在小范围内应用。

2）伴随着化石能源规模化开发和与之相伴的第一次工业革命，人类文明进入发展的快车道，能源需求不断增加，化石能源和可再生能源的使用量逐渐被反转。

3）电能的规模化使用和由此引发的第二次工业革命，助推社会以更快速度发展。电能易于传输、转换和使用的特性，使其在人类社会能源供用环节的比重和被依赖程度不断提高。延伸到社会生产和生活各环节的电力网络，犹如动物肌体中的血管，实现了能源在大范围内的传输互济和高效利用，人类社会生产生活水平和方便程度也因此得到了极大提升。

然而，人类社会对能源需求量的急剧增加导致化石类能源的过快和过度开发，并由此引发了人类社会对于环境污染和未来能源供应能否持续的担忧。为应对这一人类共同面临的挑战，社会各界已开展了大量研究，主要体现在开源和节流两方面［2，3］。

开源即是寻求更多的可用能源以维护能源的可持续供应。除去传统意义上的化石能源（包括页岩气）、核能和水能外，风能、太阳能、生物质能和海洋能等近年来得到高度关注并迅速发展。但多数可再生能源具有明显的随机性和间歇性，且此类能源多数需首先转换为电能并接入传统电网后才能得到规模化利用，其难以预测和难以调控的特性，使得发电侧调控难度不断增加，从而导致电网多年形成的由发电调控来跟踪和平抑负荷波动的运行模式彻底改变，由此引发的一系列问题亟待解决。

节流则在于尽可能减少对能源的浪费，通过提高能源的利用效率，力求延缓化石能源枯竭的速度，并减少对环境的污染。一方面，几乎每一种能源在其利用过程中，都需要借助多种能源的转换配合才能实现高效利用。一个熟知的例子即是冷热电联供（Combined Cooling，Heating and Power，CCHP）［4］，它通过电/热/冷环节的有机协调，可有效提高一次能源利用效率。另一方面，伴随社会发展先后出现的石油、天然气、电力以及冷热等能源供用系统，由于历史原因，往往都是单独规划、单独设计、独立运行，彼此间缺乏协调，由此所造成的能源利用率低、供能系统整体安全性和自愈能力不强等问题也亟待破解［2］。此外，不同能源供应系统的运行特性各异，通过彼此间协调，可降低或消除能源供应环节的不确定性，从而更有利于可再生能源的安全消纳［3］。

自20世纪50、60年代以来，以计算机技术、自动控制技术、通信技术、数据处理技术以及网络技术等为标志的ICT（Information and Communication Technology）领域的大量变革创新［5］，为能源领域的进一步提升和发展提供了强有力的技术支持。在ICT技术的推动下，能源领域先后出现了智能电网（Smart Grid）［6，7］，综合能源系统（Integrated Energy System）和能源互联网（Energy Internet）［8］3种重要理念，其目的都是希望通过开源和节流两种途径，实现环境友好和能源可持续供应的目标。尽管三者追求的目标一致，但因各自侧重点不同，彼此间也存在一定差别。

本文目的在于分析它们之间的异同。由于智能电网已为人们熟知，且已有大量文献对其进行分析讨论［7］，本文将重点关注综合能源系统和能源互联网。

1　综合能源系统

1.1基本概念

理论上讲，综合能源系统并非一个全新的概念，因为在能源领域中，长期存在着不同能源形式协同优化的情况，如CCHP发电机组通过高低品位热能与电能的协调优化，以达到燃料利用效率提升的目的；冰蓄冷设备则协调电能和冷能（也可视为一种热能），以达到电能削峰填谷的目的。本质上讲，CCHP和冰蓄冷设备都属于局部的综合能源系统［4，9］。事实上，综合能源系统的概念最早来源于热电协同优化领域的研究。

尽管综合能源系统的概念很早就已出现，并已有大量前期研究，但目前还缺乏统一的定义，即使在世界知名的维基百科（Wikipedia）数据库中［10］，目前仍不能找到其相关词条。

为便于讨论，本文的综合能源系统特指在规划、建设和运行等过程中，通过对能源的产生、传输与分配（能源网络）、转换、存储、消费等环节进行有机协调与优化后，形成的能源产供销一体化系统。它主要由供能网络（如供电、供气、供冷/热等网络）、能源交换环节（如CCHP机组、发电机组、锅炉、空调、热泵等）、能源存储环节（储电、储气、储热、储冷等）、终端综合能源供用单元（如微网）和大量终端用户共同构成［2，3］。

图1是由日本的Tokyo Gas能源公司绘制的一个未来综合能源系统的示意图［11］，其中包含了现有供电、供气和供热网络，并增加了设想中的氢能供应网络。同时在能源网络的终端，不同的能源使用设备、能源转换和存储单元共同构成了终端综合能源系统（即图1中的“微网”）。

1.2世界各国的不同关注点

综合能源系统相关技术一直受到世界各国的重视，不同国家往往结合自身需求和特点，各自制定适合自身的综合能源发展战略。

美国在2001年提出了综合能源系统发展计划，目标是促进分布式能源（DER）和热电联供（Combined Heating and Power，CHP）技术的推广应用以及提高清洁能源使用比重［12］。2007年美国颁布了能源独立和安全法（EISA）［13］，以立法形式要求社会主要供用能环节必须开展综合能源规划；而随着天然气使用比例的不断提升（如2011年后美国25%以上的能源消耗源于天然气［14］），美国自然科学基金会、能源部等机构设立多项课题，研究天然气与电力系统之间的耦合关系。奥巴马总统推进的智能电网国家战略，其愿景是构建一个高效能、低投资、安全可靠、智能灵活的综合能源网络，而智能化的电力网络在其中起到核心枢纽作用［15］。

图1　综合能源系统示意图Fig.1　Schematic illustration of integrated energy system

加拿大将综合能源系统视为实现其2050年减排目标的重要支撑技术，而关注的重点是社区级综合能源系统（Integrated Community Energy System，ICES）的研究与建设，为此加拿大政府在2009年后颁布了多项法案［16，17］，以助推ICES研究、示范和建设。

欧洲同样很早就开展了综合能源系统相关研究，并最早付诸实施。通过欧盟框架项目，欧洲各国在此领域开展了卓有成效的研究工作［18-20］（如 VoFEN、District of Future、Microgrids&More Microgrids、Trans-European Networks、Intelligent Energy等）。除在欧盟整体框架下推进该领域研究外，欧洲各国还根据自身需求开展了一些特色研究。以英国为例，英国工程与物理科学研究会（Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC）资助了大批该领域的研究项目（如HDPS［21］、ITRC［22］、HiDEF［23］、Multi-Vector Energy［24］、Future FM［25］、B-bem［26］、HubNet［27］、Top and Tail［28］以及即将启动的SIES&D（Systems Integration of Energy Supply and Demand）研究计划（其研究设想如图2所示）［29］），涉及可再生能源入网，不同能源间的协同，能源与交通系统和基础设施的交互影响以及建筑能效提升等诸多方面。此外，英国政府 Innovate UK部门［30］设立Energy System Catapult［31］等计划，助推了综合能源研究领域科研成果与工业界的对接。

图2　SIES&D计划的研究设想Fig.2　Workshop scope of systems integration of energy supply and demand

日本由于其能源严重依赖进口，因此成为最早开展综合能源系统研究的亚洲国家，并希望通过该领域的技术创新进步，缓解其能源供应压力。在政府大力推动下，日本各界从不同方面对综合能源系统开展了广泛研究（如NEDO倡导开展的智能社区和智能微网研究［32］、Tokyo Gas的综合能源网研究等［11］）。

我国已通过973计划、863计划、国家自然科学基金等研究计划，启动了众多与综合能源系统相关的科技研发项目，并与新加坡、德国、英国等国家共同开展了这一领域的很多国际合作，内容涉及基础理论、关键技术、核心设备和工程示范等多个方面［33，34］。两大电网公司、天津大学、清华大学、华南理工大学、河海大学、中国科学院等研究单位已形成综合能源系统领域较为稳固的科研团队和研究方向。

1.3热点问题

综合能源系统领域研究热点众多，难以一一讨论，现仅就其传输环节的天然气与电力系统交互影响研究、转换环节的能源集线器模型研究、终端环节的微网和区域能源系统研究为代表进行简述。此外，已有综合能源系统的构架方案，多认同电网为核心能源传输及互联网络，而新奥集团提出的泛能网方案则强调天然气网络的主导地位，作为一种不同的思路，本节也一并予以回顾。

1）传输环节:天然气与电力系统交互影响

美国天然气发电量所占比重较大，且随着页岩气技术的突破，天然气在美国整个社会能源供应体系中的占比还会继续增加。因此很早就有学者关注天然气系统与电力系统之间的相互影响。文献［35-39］深入分析了美国天然气系统与电力系统之间的交互影响，涉及天然气价格波动和管道故障对电力安全的影响［35］、考虑天然气管道运行约束的电力机组组合优化［36］、电力风险评估［37，38］、天然气和电力系统协同优化［39］等内容。

欧洲很多国家也存在天然气发电占比较大的情况，因此相关问题也受到普遍关注。如英国EPSRC即将启动的SIES&D研究计划（图2）［29］，不仅关注天然气与电力系统之间的交互影响，还涉及电力与可再生能源系统、交通系统、集中供热系统之间的相互影响；EPSRC资助的Multi-Vector Energy项目［24］，在讨论天然气网与电力网交互作用时，还考虑了负荷需求响应技术在终端配电和配气网络中的集成应用。此外，英国学者还从运行成本角度分析了天然气与电力网的优化运行技术［40］、风电入网对英国天然气系统的影响［41］以及天然气与电力系统的协同优化技术［42］等。除考虑了电力网接入可再生能源发电的波动性外，文献［43，44］还考虑了电解气技术应用以及天然气系统接入不同分布式气源等因素的影响。

尽管我国天然气在整个社会能源环节的占比较小，但随着我国环保及节能减排压力的不断增加，未来天然气用量会不断增加，因此一些学者已在关注未来我国电力与天然气系统的相互影响［45-48］。

2）转换（和存储）环节:能源集线器模型

能源集线器模型最早由瑞士苏黎世联邦理工学院的研究团队提出［49，50］，由描述能源转换及存储环节的能源集线器（Energy Hub）和描述能源传输环节的能源连接器（Energy Interconnector）两部分组成。该模型是综合能源系统通用建模的一次有益尝试，并已被广泛应用于各类综合能源系统相关研究中（如综合能源系统的规划［51］、分布式能源系统管理［52］、需求侧响应控制［53］、区域能源系统运行调度［54］等）。但该模型仅反映了能源在传输和转换环节的静态关系，而无法描述综合能源系统内复杂多样的动态行为。目前，已有学者尝试构建改进的能源集线器模型，以描述系统的各类动态行为，如图3所示［3，55］，它考虑了能源转换、存储、传输及控制环节的动态。具体改进工作主要包括两部分:

（1）动态能源集线器:①增加传递环节以反映不同能源变换过程中的动态特性，即图3a中的EE（·）、NE（·）、DT（·）等。其中，EE（·）反映了电-电之间传递关系，如电动机和电加热器会具有不同EE（·）表达形式；NE（·）则反映了天然气-电力之间的变换关系，同样采用微型燃气轮机和燃料电池，也会具有不同的NE（·）表达式。DT（·）反映了供热-供热、NT（·）反映了燃气-供热、WT（·）反映了生物质-供热、ES（·）反映了储（电）能、TO（·）反映了热力损耗和储热、TC（·）反映了供热-供冷之间的动态关系；②加反馈控制环节以反映终端用户对能源供应端的动态影响，即图3a中的FBC（·）部分，如用户可利用负荷需求侧响应技术，通过对储冷/热的优化调度，实现在电力高峰期少用电，而在电力过剩期多用电，一方面为电力公司提供削峰填谷服务，同时也降低自身的用电/用能成本。这一过程，实际上是用户通过反馈控制与供电/供冷/供热环节协调优化实现的。

图3　改进能源集线器模型Fig.3　Improved Energy Hub model

（2）动态能源连接器:描述了电能、液态或气态燃料（包括天然气、液化天然气（LNG，Liquefied Natural Gas）、液氢等）输送环节的静态特征，重点反映这一过程中的能量损失（如电损和热损）。为使其可以反映能量传输过程的动态变化规律，还为其增加了两端传递环节和协调反馈环节:图3b中的FE（·）和BE（·）反映了电能送出端和接收端的动态，可根据具体要求表现为升压、降压、移相、DC-AC变换、AC-DC变换等过程；FG（·）和BG（·）则反映了燃料输送过程的动态，如加压、降压、透平、压力波动及传递、湍流等；FBCI（·）则用于对输送环节两端进行协调控制，如DC线路两端的协调控制、DC和AC线路间的协调、供气管道两端的协调等。

需要指出的是，动态能源集线器和能源连接器只是一种通用模型，与所描述的对象无关，因此在应用时，需要根据具体对象确定其动态方程及参数。

3）终端环节:微网及区域综合能源系统

微网（Micro Grid）作为智能电网领域的一个重要概念，针对微网的系统建模、仿真分析、优化规划以及运行控制等内容已有很多研究［56，57］。微网本身涉及电/气/冷/热多种能源，本质上是一种终端综合能源系统，但由于其中电气环节的运行调控最为关键，挑战性最高，因此既有研究多集中在电气环节的讨论，为此微网也常被称为微电网［57］。

区域综合能源系统目前还没有一个统一的定义，往往特指包含了分布式的终端综合能源单元（即微网）和与之相耦合的能源供应网络。由于它与用户直接相连，又需考虑能源供应网络的各类约束，因此耦合关系更为密切，动态特性更为复杂，也是整个综合能源系统中亟需优化协调的部分。一些学者已在关注区域综合能源系统的研究，图4为一种研究框架［3，55］。

图4　区域综合能源系统研究Fig.4　Integrated energy system in district level

4）泛能网:一种不同的构架思路

泛能网由中国新奥集团提出［58］，可视为利用泛在网和物联网技术对能源系统进行改造的一种尝试。它由基础能源网、传感控制网和智慧互联网组成，初衷是希望通过ICT技术，对传统的化石能源供用网络进行技术再造，从而为可再生能源的入网消纳、用户用能效率的提高、舒适性和满意度的保障提供技术支持。泛能网在应用时，较强调天然气网络的核心作用［59］，这在很大程度上也缘于新奥集团作为天然气供应商的行业背景。

2　能源互联网

2.1基本概念

能源互联网的概念最早见于美国学者杰里米·里夫金的著作《第三次工业革命》［1］。里夫金的构想是希望借助ICT技术和智能电网，将各类分布式发电设备、储能设备和可控负荷有机统合，从而为用户提供清洁便利的能源供应，并使用户可以参与到能源的生产、消费与优化的全过程。

此后，能源互联网理念得到很多学者及IT企业的积极响应，并已成为近期能源领域的一个研究热点［60-62］。但与综合能源系统一样，能源互联网至今尚未形成统一定义。图5示意了文献［60］给出的一种定义框架:能源互联网是以电力系统为核心，以互联网及其他ICT技术为基础，以分布式可再生能源为主要一次能源，并与天然气网络、交通网络等系统紧密耦合而形成的复杂多网流系统。

图5　能源互联网基本框架Fig.5　A basic architecture of Energy Internet

能源互联网解决方案由于受互联网理念的影响，强调能源的对等开放、即插即用、广泛分布、高度智能以及实时响应等特性，需要借助IT领域的云计算、物联网、大数据等热点技术来解决其所面临的挑战，使得除能源企业外，还有大量IT企业积极参与该领域的研究和技术推广。

2.2世界各国的不同关注点

美国在过去三十年中，始终处于IT界的领先地位，并有Internet的成功运营经验以及大量互联网资源，非常希望将这一领域的优势与能源行业融合。一方面为能源的可持续供应提供解决技术，另一方面可继续保持其在技术上的领先优势。因此，美国不仅是能源互联网概念的提出者，且已开展了大量研究。强调ICT技术与能源系统的深度融合，是其典型特征。美国加州大学伯克利分校提出“以信息为中心的智慧能源网络”架构及可扩展能源网络模型，并开发出相应的信息接口和传输协议［63］。受美国自然科学基金项目“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management System（FREEDM）”的资助，美国北卡罗来纳州立大学研究团队将能源互联网的研究定位在构建一种在可再生能源发电和分布式储能装置基础上的新型电网结构，并为此提出能量路由器（Energy Router）概念［64］。能量路由器将现代电力电子技术和 ICT技术有机融合，集智能变压器、能量转换器、快速开关和能量采集环节的功能为一体，是实现能源即插即用接入和开放互联的核心部件［61］。

以德国为代表的欧洲各国研究机构，主要从先进工业技术出发，对能源互联网技术展开研究。2008年，德国联邦经济和技术部发起一个技术创新促进计划，以ICT技术为基础构建未来的能源系统，开始着手研发和测试能源互联网的一些核心技术，并在2009年启动的E-Energy项目中，提出了能源互联网的框架，涉及通信、控制、能源及环境等多个领域［65］。该构架是互联网技术与能源系统深度结合的产物，是一个物质流-能量流-信息流高度融合的开放系统。2011年欧洲启动了欧洲未来互联网计划 FI-PPP（Future Internet Public Private Partnership），由众多交叉领域项目构成，目的是通过行业需求的驱动，更好地推进欧洲互联网的发展［66］。能源领域的项目为FINSENY（Future Internet for Smart Energy），其目的是通过ICT技术和互联网技术的升级改造，更好地服务于未来欧洲的智能能源系统［67］。

在我国，有效提升能源领域的科技创新和装备制造水平是一项重大国家战略。因此，继智能电网大规模建设后，能源互联网同时吸引了包括政府部门、研究机构、能源企业、IT企业、互联网企业和金融企业的高度关注。李克强总理多次提及里夫金的著作，并以国家形式推动“互联网+”行动［68］，在能源领域即表现为能源互联网，为此国家能源局制定并将颁布能源互联网国家行动计划，将其上升至国家战略层面［69］。能源领域的国家电网公司提出了全球能源互联网概念，可视为国家“一带一路”战略在能源领域一次大胆尝试［70，71］。新奥集团在其泛能网理念基础上，进一步推出互联网能源系统概念［72］。华为公司专门成立电力、石油及天然气行业的研发团队，进军分布式光伏发电以及智能变电站等领域，并提出全联接电网概念［73-75］，我们从中可感受到中国民营企业在能源领域的灵敏嗅觉。此外，以硬件产品起家的华为公司对于能源互联网的未来发展，有着自己独立的思考和认识，表现出优秀企业的内在特质［75］。国内能源互联网的各类研究更是异常火热［60-62，76-78］。2015年4月，由清华大学倡导，国家组织召开了第523次香山会议，主题聚焦“能源互联网:前研科学问题与关键技术”，是国内该领域学术思想的一次集中碰撞［79］。

2.3热点问题

在能源互联网火热研究的背景下，同样难以全面介绍该领域的热点问题，我们仅选择如下几个典型研究内容进行回顾。

1）信息物理系统

ICT技术和能源系统的深度融合是能源互联网的一个最显著特征，无论采用何种构架方案，能源互联网都表现为一个复杂的信息物理系统［80，81］，能量流和信息流特征各异却紧密耦合且相互影响。

这里仅以里夫金所提能源互联网构架为例，它基于新型电力电子器件和智能化的ICT控制技术，将传统电力系统、分布式的可再生能源发电设备、储能设备、能源变换设备和终端用户紧密连接形成的智能化的信息物理系统［1］。电力系统作为一个需要实时完成电能产生、传输、分配和消费的复杂物理系统，其中的能量流是连续变动的，存在着我们所熟知的超高维数、强非线性、多时标性和多耦合性等物理特性；ICT系统中的信息则是由数据包构成，属于断续传输，ICT系统也存在自身网络如何优化，安全性、可靠性和鲁棒性如何提升等问题。而两种特性各异的系统密切交织在一起，能源互联网系统的协同仿真、一体化规划、优化运行、安全防控以及性能提升等研究［80-85］，将变得更为复杂。因此，有关信息物理系统的相关研究，成为能源互联网的一个重要研究方向。

2）能量路由器

能源互联网具有的开放互联及用户广泛参与等特性，对传统封闭运行的电力网络提出了全新挑战。能量路由器被视为解决这一问题的关键技术和核心装备，其概念最早由电力电子领域的学者提出［64］。

图6为一种实现思路的原理图［86］。它集电力电子变压器（Solid State Transformer，SST）、快速智能开关、无功补偿装置及信息采集装置等于一体，利用网络技术，可实现远程组网调控，能量智能传输、分配和调控［87，88］。能量路由器既可视为电力系统追求开放互联的一种自然之需，也可视为电力电子器件和装置研究向网络化和系统化层面延伸的必然结果。国际上，除一些高校和科研机构外［86-90］，很多知名企业（如ABB、GE等）均已进行了能量路由器技术的布局，并研发了原型机［91，92］，以抢占市场先机。

3）全球能源互联网

全球能源互联网方案由国家电网公司提出，它是以特高压电网为骨干网架，并以输送清洁能源为主，以实现“一极一道”为目的构建的跨国乃至跨洲大型能源网络［70，71］。尽管该方案存在技术上的可行性，但国际间的任何能源合作与网络互联，均涉及复杂的国与国之间的政治博弈，其实现的壁垒往往不在技术层面。类似的问题也存在于欧洲各国的互联电网，它是伴随着欧洲各国一体化进程而实现的，若没有这一重大政治因素的有力推动和支持，其能否实现必然要打上一个问号。一个很好的例证，就是欧洲所提出的跨越地中海连接非洲和欧洲的Super Grid计划，多数工作至今仍停留在论证阶段，何时完成尚未可知。

4）能源互联网主体性问题

在能源互联网领域始终存在何为主体的两种不同论点:一种论点主要来自于传统的能源企业，认为构建能源互联网的过程，应当是传统能源供用系统利用互联网及ICT技术对自身提升改造的过程，主体在能源系统本身，其重资产的形式不会发生颠覆性变化［75］，并认为这是由能源行业和能源系统自身特性所决定的。而另一种观点则认为，构建能源互联网的过程，必然是通过互联网轻资产的运营模式对传统重资产能源企业的一次革命性颠覆［93-95］，只有这样才能真正打破原有能源企业封闭、自然垄断的属性，实现开放互联和用户广泛参与，能源供应系统也才能更接近于互联网特性。这一过程就如同互联网门户对昔日电信巨头的冲击过程一样。显然两种观点各有道理，而对于传统能源企业来说，重要的是如何在当下社会各界普遍关注的有利环境下，转压力为动力，通过自身的不断完善为社会提供更好的能源服务才是其发展出路。毕竟曾经的辉煌在日新月异的科技之光下也会黯然失色。而国家更应从整个产业和技术布局的角度出发，尽快完善相关配套支持政策，以引导该领域的更好发展。

图6　能量路由器原理图Fig.6　The architectural design of an energy router

3　综合能源系统与能源互联网

通过对综合能源系统和能源互联网的对比分析不难看出，综合能源系统和能源互联网均追求可再生能源的规模化开发（开源）以及能源利用效率显著提升（节流），其最终目的都是为了解决能源可持续供应以及环境污染等问题，但两者关注点各有侧重，存在如下显著不同:

1）综合能源系统主要着眼于解决能源系统自身面临的问题和发展需求，而能源互联网则更强调能源系统的互联及与ICT技术的深度融合。

对于能源系统自身而言，随着社会对各类能源需求的不断增加，不同形式能源之间耦合日益紧密，以往不同能源系统各自独立运行的状况，越来越难以适应未来社会的能源需求。从单一能源系统跳出，站在更高层次上对多种能源进行协调优化，以满足人类日益增长的用能需求，是社会发展的必然结果，也是催生综合能源系统的内在动力。因此，综合能源系统更强调不同能源间的协同优化，而不过分倚重网络互联和ICT技术，因为即使一个孤立的微网系统，同时采用较为传统的控制手段，也能达到能效提升、满足用户多样性需求的目的。

能源互联网可看作是互联网理念向能源系统渗透或对能源系统再造的产物，因此它更强调能源网络的互联，追求的目标包含了目前互联网所具有的诸多特征（如对等开放、即插即用、广泛分布、双向传输、高度智能、实时响应等），因此它特别强调互联网及ICT技术与能源系统的深度融合。

正是由于上述特点，综合能源系统研究更受传统能源领域学者和企业关注，能源互联网则更为IT行业所推崇，这些企业已成为能源互联网的一个重要推动力量。

2）综合能源系统研究不过分强调何种能源的主导地位，而能源互联网则更倚重电能。

综合能源系统追求的是能源系统的协同优化，不同的能源形式在不同应用场合会承担不同角色，主导能源会随着应用场景的不同而不同。对于能量的长距离和大容量传输，往往需由电力网和天然气网完成，此时电能和天然气将占主导地位；对于能量存储，则会根据品级高低、容量大小以及响应速度快慢等因素，选择电储能、天然气储能或冷/热储能，对应的能源形式将在其中起主导作用。而在微网中，为满足用户的电/冷/热等多样性用能需求，则可能出现多种组合方式，如可采用单一电力网供能，其他所需的冷热能均由电能转换获得；也可以是电力+天然气供能方式，电/冷/热需求既可来源于电能，也可来源于天然气；还可以是电力+天然气+热力混合供能。3种方式下，电/气/冷/热等能源所担负角色各不相同，没有必然的主导能源形式。

而能源互联网的追求目标，决定了电力网和电能必将在其中起主导作用。这主要源于电力网络具有能源实时传输、自动化程度较高和用户侧已基本实现即插即用等优点，而电能本身也具有易于传输、转换和使用的特点。因此，将智能化的电力网作为骨干网络或核心平台，更利于能源互联网目标实现，而里夫金在其《第三次工业革命》一书中，更是做出智能电网+分布式能源即是能源互联网的论断。

3）综合能源系统是能源互联网的物理载体。

能源互联网尽管被赋予了多种功能与内涵，但归根结底它是因能源系统而生，其目的是为了提升能源系统的运行性能，满足人类对于能源的更高需求，实现社会能源的可持续供应。尽管能源互联网强调电能的核心作用，其最终作用对象仍将是包括电/气/热/冷等在内的各类能源系统，并基于各系统之间的互联实现其功能，而这也正是综合能源系统神韵之所在。因此，综合能源系统必然是其服务对象和功能载体。

4　结论

综合能源系统和能源互联网是当今世界能源领域的两大热点问题，受到国内外的高度关注，本文对两者间的关系进行了简单梳理和分析，只为起抛砖引玉之作用。

创新变革承载着我国成为一个科技强国的梦想，而在众多领域中，能源领域的创新关系国计民生，是重中之重。当下综合能源系统、能源互联网等概念受各方热捧，此时无论是政府决策者、企业家或是科研人员，都应清醒地分析和思考:在这样一个热潮之中，几年过后，我们真正能够沉淀下来的创新是什么？要待何时，我们也能提出比肩两者的概念，引领能源领域新的发展方向？

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A Brief Review to Integrated Energy System and Energy Internet

Yu Xiaodan1Xu Xiandong2Chen Shuoyi3Wu Jianzhong4Jia Hongjie1
（1.Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of EducationTianjin UniversityTianjin300072China 2.School of Electronics Electrical Engineering and Computer ScienceQueen’s University Belfast BelfastBT9 5AHUnited Kingdom 3.High-Tech R&D Center Ministry of Science and TechnologyBeijing100044China 4.Cardiff School of Engineering Cardiff UniversityCardiffCF24 3AAUnited Kingdom）

The concepts and focuses of two hot topics in the field of energy，namely integrated energy system and energy internet are summarized and analyzed.Typical research in the areas of integrated energy system and Energy Internet is reviewed.The research concerns and technologies of these two concepts are then outlined respectively.The differences and similarities of these two concepts and their future development are discussed.

Integrated energy system，Energy Internet，energy，information and communication technology

TM315

国家自然科学基金（51377117，51361130152）和英国皇家科学院杰出访问学者计划（DVF1415/2/59）资助项目。

2015-12-07改稿日期 2015-12-14

余晓丹女，1973年生，副教授，研究方向为综合能源系统、电力系统时滞稳定及非线性电路理论等。

E-mail:yuxd@tju.edu.cn

贾宏杰男，1973年生，教授，研究方向为综合能源系统、电力系统安全性与稳定性等。

E-mail:hjjia@tju.edu.cn（通信作者）