中国能源互联网的模式探索和建设实践

谢伟 李琦芬 高迪 桂雄威

上海电力学院

0 引言

全球能源的多元化、低碳化、智能化、定制个性化将是未来能源科技革命发展并完善的方向。藉由能源科技创新引领，实现能源互联网场景革命下的真正意义上清洁低碳、安全高效的现代能源体系，必将成为下一代能源技术发展目标。本文将重点梳理中国多种能源形态的探索、多视角评述能源互联网概念，并提出能源互联网架构和前瞻性技术分析，阐述上海能源互联网的建设实践和展望。

1 国外能源互联网的源起

21世纪以来，随着新能源和信息技术的发展，以及能源体制变革，美国、德国、日本等国陆续提出能源互联网或类似的概念和行动计划，主要有两类理解方向。美国以FREEDM为代表较早提出能源互联网，其内涵最初与智能电网部分内容建设相辅相成。德国于2008年在智能电网的基础上选择了6个试点地区进行为期4年的E-Energy技术创新促进计划，成为实践能源互联网最早的国家。

美国以FREEDM为代表。2007年美国北卡罗来纳州立大学的Alex Huang（黄勤）教授提出了能源互联网（Energy Internet）概念。FREEDM项目提出了能源路由器的概念，并进行了原型实现。FREEDM项目利用电力电子技术实现对变压器的控制，路由器之间利用通信技术实现对等交互[1-2]。2012年7月，美国能源部下属新能源国家实验室（NREL）提出能源系统整合概念（Energy Systems Integration）：完成各系统间的高效互联，进而实现经济效益和社会效益的最大化[3]。早在2008年的硅谷，ET+IT（能源技术+信息技术）的概念称之为Smart Grid（智能电网)[4]。

德国能源互联网以E-Energy为代表[5]。2008年开始推动的“E-Energy”能源互联网示范项目，在六个城市试点不同侧重的智能电网示范项目，以最先进的调控手段来应付日益增多的分布式电源和各种复杂的用户终端负荷。E-Energy项目认为能源互联网依然是信息互联网[6]。

随后，日本提出数字电网(digital grid)概念[7]，其出发点是为了减少大面积的连锁故障和实现高渗透可再生能源的消纳，核心是将同步电网分为几个异步的子电网。子电网之间通过数字电网路由器连接，通过数字电网控制器直接调控潮流，使子电网内的可再生能源不会影响大电网[8]。

此外，随着欧美国家电力市场的不断放开和能源价格的攀升，IT技术尤其是移动互联网技术的不断发展，“能源互联网”在不少国家形成了一个新的创业生态圈。

2 中国能源互联网的模式探索

2.1 中国多种能源形态的探索

热电联产作为分布式能源在中国的雏形，早在2004年《国家发展改革委关于分布式能源系统有关问题的报告》中，就对分布式能源的概念、特征、发展重点等作了较为详细的描述[9]。报告指出，分布式能源即是利用小型设备向用户提供能源供应的新能源利用方式[10]；蔡睿贤院士在文献[11]中提出分布式能源系统是相对于能源集中生产（主要代表形式是大电厂加大电网）而言的，把二次能源供能点分散到用户侧；徐建中院士在文献[12]中指出，分布式能源是靠近用户侧，由不同模块化设备组成的提供多种形式能源的供应系统[12]。近年，在分布式能源项目广泛开展的同时，多能互补概念也引起了学术界的提倡和重视。政府在发布的《关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见》中指出，多能互补集成优化示范工程主要有两种模式[13]。

微电网是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行[14-15]。王成山教授在文献[14-16]中对微电网在大规模接入分布式发电系统时所起的作用进行了深入的研究。ICT(Information and Communication Tech-nology)领域的大量变革创新[17]，为能源领域的提升和发展提供了技术支持。

在分布式能源和微电网快速发展后，能源领域相继出现智能电网(Smart Grid)[18-19]、综合能源(Integrated Energy System)和能源互联网(Energy Internet)[10]三种重要理念和技术，其目的都是实现环境友好和能源可持续供应的目标[21]。

贻鑫院士在文献[28]中提出，智能电网是指一个完全自动化的供电网络[22]；国家电网公司提出“坚强智能电网”概念和建设规划23]。

综合能源系统被认为是未来人类社会能源的主要承载形式[24]。我国贾宏杰教授在文献[25]中，对适合中国国情的区域综合能源系统进行了研究，并在文献[26]中给出了综合能源系统的定义。新奥集团提出泛能网，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[26-27]。协鑫集团在2014年提出“六位一体”分布式微能源网的概念[28]。

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》[29]。随后能源互联网理念不断地得以丰富和实践（如图1）。

图1 多种能源形态的关系图

2.2 能源互联网的多维度分析

能源互联网概念被我国产业界熟知与接受，源起于美国未来学家里夫金的《第三次工业革命》，其提出的融合互联网技术和可再生能源技术构建新型能源供需架构的思路，指明了能源互联网相关技术研究的方向。与此同时，我国国务院正式提出“互联网+”行动，其概念成为“互联网+能源”传统行业的商业生态探索的助力，顺应了传统企业转型发展的需求，能源互联网在中国得以迅速发展[35]（见表1）。

2.3 能源互联网的架构与技术分析

本文建立能源互联网的基础架构（如图2），大致分为硬件能源层、软件信息层和金融价值层三个层级。其中，硬件能源层是多能流的综合能源系统，是物理基础；软件信息层是以IEMS为代表的综合能源管理系统，是执行路径；金融价值层是以能源互联网金融为主的能源运营模式，是价值实现。能源互联网的这三个层级相辅相成、实现能源流、信息流、价值流的渗透与融合，共同推动能源系统的快速发展。

3 中国能源互联网的实践

近年来，上海为能源结构调整和能源技术创新做了部分尝试。（见表2）

上述的天然气分布式供能及多种能源形态的探索可看作上海能源互联网能源技术层面的前期实践。现状表明，能源互联网的能源技术层面已有较完备的技术要素，但能源互联网的整体发展还未实现质的改变，前期技术的探索储备依然值得肯定，各传统单体能源应用模式即将形成合力转变为能源网络化应用模式，这将有助于进一步探索能源互联网示范项目积累经验。

表1 智能电网、综合能源系统、能源互联网的对比

表2 能源互联网多维度横向梳理

图2 能源互联网的基本架构

表3 上海市能源事记简表

4 展望和总结

能源互联网已经成为国内外学术界和产业界的关注焦点和创新前沿。近年来，能源互联网的提出和发展体现了深刻的环境、经济、社会、技术和政策等诸多驱动力的背景诉求。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，推动传统能源产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业转变，是对人类社会生活方式的一次根本性革命。

本文对能源互联网在国外、国内的发展做出总结梳理，并已上海为例，介绍能源互联网的发展与建设实践（见表3）。目前，很多项目已进入工程落地阶段，示范试点遍地开花，理念探索不断地付诸于实践，相信能源互联网的发展将极大地提升人民的生活品质。