能源互聯(lián)網(wǎng)思考與探索

／清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院 高峰／

習(xí)近平總書記提出的能源技術(shù)革命，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動我國產(chǎn)業(yè)升級的新增長點，這也是解決我國經(jīng)濟發(fā)展的一個需求。能源體制革命的技術(shù)問題，在未來能源革命里面可能只占30%，核心還是體制問題。

能源互聯(lián)網(wǎng)是能源環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展的必然之路

習(xí)近平總書記在2014年底提出的四大能源革命包括能源生產(chǎn)革命，能源技術(shù)革命，能源消費革命和能源體制革命。“互聯(lián)網(wǎng)+”、智慧能源就是能源互聯(lián)網(wǎng)。另外，習(xí)近平總書記提出的能源技術(shù)革命，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動我國產(chǎn)業(yè)升級的新增長點，這也是解決我國經(jīng)濟發(fā)展的一個需求。能源體制革命的技術(shù)問題，在未來能源革命里面可能只占30%，核心還是體制問題。國家推動能源體制革命，還原能源商品屬性，已經(jīng)展開了具體的步驟，包括2015年3月中共中央下發(fā)的“電改9號文”，近期《能源法》和《電力法》都要進行修改，這都是從體制保障上進行相應(yīng)的工作。

另一方面，李克強總理提到的“互聯(lián)網(wǎng)+”。6月24日國務(wù)院常務(wù)會議明確指出，推進“互聯(lián)網(wǎng)+”，促進創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新、協(xié)同制造、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧能源、普惠金融等。能源互聯(lián)網(wǎng)就是“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”，一方面能解決我國的能源環(huán)境問題，另一方面能解決經(jīng)濟發(fā)展的問題，這是從政策角度。

從技術(shù)角度講，現(xiàn)在新能源技術(shù)發(fā)展非常迅猛，其成本呈指數(shù)趨勢下降，甚至可以降到煤電的成本。隨著環(huán)境稅等政策的出臺，煤電成本會提高，因此未來新能源技術(shù)將會有直接的經(jīng)濟競爭力。

互聯(lián)網(wǎng)在顛覆企業(yè)與個人的生存。包括以下三點：

第一、數(shù)據(jù)將成為新的自然資源。數(shù)據(jù)本身就是資源。與煤礦或者石油埋在地下相比，發(fā)掘數(shù)據(jù)資源的價值，需要大家共同努力。

第二、云計算正在成為推動平臺化服務(wù)的一個支點。

第三、社交、移動、數(shù)據(jù)推動個體崛起，形成個體的、互動的機制。也就是互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)融合了我們生活、經(jīng)濟的方方面面，已經(jīng)給傳統(tǒng)行業(yè)帶來巨大改變。能源行業(yè)一定要迎接這個改變，能源互聯(lián)網(wǎng)的目的也是要使得能源企業(yè)能夠擁抱互聯(lián)網(wǎng)。

能源互聯(lián)網(wǎng)帶來巨大的價值

能源、環(huán)境、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展為中國的發(fā)展既帶來了挑戰(zhàn)又帶來了機遇。當具備可再生能源技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術(shù)的能力時，“挑戰(zhàn)+能力”就是未來的機遇，可以說“能源互聯(lián)網(wǎng)”就是中國百年難得一遇的引領(lǐng)世界工業(yè)革命的機會。

什么是能源互聯(lián)網(wǎng)?

能源互聯(lián)網(wǎng)分為三個層次。首先，物理基礎(chǔ)層面，從基礎(chǔ)設(shè)施的角度來講，是多能融合的網(wǎng)絡(luò)。第二，實現(xiàn)手段，要有信息物理融合的能源系統(tǒng)，去支撐多輪融合，達到最優(yōu)的一些目標。第三，價值挖掘?qū)樱瑒?chuàng)新的商業(yè)模式，互聯(lián)網(wǎng)的思維來改變整個的能源產(chǎn)業(yè)鏈。

多能融合的能源網(wǎng)絡(luò)，這是物理基礎(chǔ)層，以電力網(wǎng)絡(luò)為主體，氣、熱、水、油等網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個能源生產(chǎn)，能源存儲，能源傳輸，能源轉(zhuǎn)換到能源消費的能源價值鏈，要依賴于高度可靠安全的主體網(wǎng)架，包括電網(wǎng)、管網(wǎng)、路網(wǎng)等等。這個網(wǎng)絡(luò)需要具有柔性、可擴展能力，支持分布式的能源接入。強調(diào)一下，多能融合能源網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)分隔的能源網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別在于能源轉(zhuǎn)換。我們達到多能融合的目標肯定是從整個能源綜合，從規(guī)劃建設(shè)到運營、管理、維護等等一系列都要從多種能源的角度來考慮，這樣實現(xiàn)綜合能源的最優(yōu)化，綜合能效最大化的目標。最大的區(qū)別在于能源轉(zhuǎn)換，包括不同類型的能源轉(zhuǎn)換。比如說，天然氣可以用來發(fā)電，電能可以用來電解水，產(chǎn)生氫氣，本身也可以當燃料，氫氣再和二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，可以生成甲烷，這是從氣到電再到氣的轉(zhuǎn)變。

為什么需要這么做?這么做經(jīng)濟不經(jīng)濟?

合理利用能源。四川的“棄水”，內(nèi)蒙的“棄風(fēng)”等情況相繼出現(xiàn)，事實上可利用被棄掉的能源來制氫。甲烷具有經(jīng)濟性，本地需要有這樣的能力用直接供給消費者的電制氫，這需要綜合考慮。

一方面，包括工礦企業(yè)，老百姓的消費端。比如家里做飯可以選擇電磁爐，也可以選擇燃氣灶。什么時候用電？什么時候用氣最合適？可以通過國家許可、價格信號或者其他激勵手段來調(diào)節(jié)用戶的行為。當天然氣價格上調(diào)時，可利用電能。當天然氣價格下調(diào)時，可多利用天然氣。通過能源轉(zhuǎn)換或者切換的調(diào)控方式，能夠使得整體最優(yōu)化，通過這個基礎(chǔ)，來支撐最優(yōu)化的目的。

另一方面，不同承載方式的能源轉(zhuǎn)換。電網(wǎng)有交流電網(wǎng)與直流電網(wǎng)。目前，交流電網(wǎng)占主體，未來這個現(xiàn)象可能會改變，尤其在配電層，有可能直流網(wǎng)會成為主體。什么時候用直流電網(wǎng)，什么時候用交流電網(wǎng)，需要根據(jù)當?shù)氐呢摵汕闆r，根據(jù)整個發(fā)電情況綜合優(yōu)化，可能會有純直流，純交流，也可能交直流混合，不同承載方式的轉(zhuǎn)換，這也是能源互聯(lián)網(wǎng)需要來考慮的方面。另外，包括氫氣傳輸，氫氣傳輸可以有直接氣態(tài)的傳輸，有液化的傳輸，有附著在固體的傳輸，不同的傳輸方式也是需要綜合來考慮的。

能融合能源網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)層需要考慮的問題

具體有多種實現(xiàn)方式，目前關(guān)注較多的就是融合多能網(wǎng)絡(luò)，也叫局域能源網(wǎng)，其中包括新能源微網(wǎng)。在局域能源網(wǎng)絡(luò)中，充分利用清潔能源，可再生能源，充分考慮負荷，尤其可調(diào)負荷，包括電動汽車。在此基礎(chǔ)上，整體規(guī)劃、運營、建設(shè)。通過從規(guī)劃、運行一體化來達到新能源利用最大化，綜合效益最優(yōu)化的一系列目標。以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)節(jié)點，通過電網(wǎng)、管網(wǎng)、路網(wǎng)等互聯(lián)，就可以形成廣泛能源網(wǎng)，這是未來發(fā)展的方向。

以上方案需要信息、物理等技術(shù)融合的能源網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展可以為涵蓋能源整個價值鏈提供有效的支撐，信息本身是有價值，但是價值是需要不斷挖掘的。

首先，通過信息的采集、展示帶來第一層的價值。在此基礎(chǔ)上，進行優(yōu)化管理是第二層的價值。智能能源核心就是在優(yōu)化管理上，通過大量的信息的采集，綜合優(yōu)化分析等等。數(shù)據(jù)本身是有價值的，價值還需要繼續(xù)挖掘，也就提到的第三層價值——創(chuàng)新模式。通過數(shù)據(jù)本身進一步的挖掘，要提升用戶體驗，能夠帶來創(chuàng)新的商業(yè)模式，這是能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)之間很重要的一個區(qū)別，要以價值挖掘和價值實現(xiàn)為主體。

未來在能源互聯(lián)網(wǎng)的時代，不再是單個的能源供應(yīng)商給消費者提供能源，而是消費者給能源供應(yīng)商提供水電費，是多方參與，包括能源流、信息流、業(yè)務(wù)流、價值流都是雙向多方互動。這里面最重要的可能是平臺服務(wù)商。可以在垂直細分領(lǐng)域的平臺服務(wù)商，這也是能源互聯(lián)網(wǎng)帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要體現(xiàn)，就是“互聯(lián)網(wǎng)+”的一個重要體現(xiàn)。比如說，現(xiàn)在大家知道的，包括愿景能源等都在推給風(fēng)電場，包括電站提供云服務(wù)的。它就是在“互聯(lián)網(wǎng)+能源生產(chǎn)者”的一個平臺服務(wù)商，這一類的企業(yè)就是能源互聯(lián)網(wǎng)能夠帶動的新的產(chǎn)業(yè)的一類企業(yè)。從能源生產(chǎn)端到運營端到消費端都能帶來相應(yīng)的創(chuàng)新，相應(yīng)的模式。

第三層就是核心的價值挖掘?qū)雍蛢r值體現(xiàn)層，是創(chuàng)新模式的能源運營。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)，將其總結(jié)為能源協(xié)同化、多種能源互聯(lián)、協(xié)同融合進行調(diào)度、提升能源整體效率、提升能源利用率等六個特征

1）能源協(xié)同化。

多種能源互聯(lián)，協(xié)同融合進行調(diào)度，提升能源整體效率，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，這里面的用戶在能源鏈里面，不再是單指能源消費者，這里面的用戶，包括能源生產(chǎn)者，能源運營者，能源消費者，還有能源監(jiān)管者。“互聯(lián)網(wǎng)+”這四個角色，就能帶來一系列的成果出來，這是能源高效化。

3）能源商品化

緊扣能源具備商品屬性，能源體制革命的一個核心，通過市場化手段能夠激發(fā)所有的參與方的活力，形成創(chuàng)新模式的能源運營，現(xiàn)在已經(jīng)有大量的創(chuàng)新商業(yè)模式在涌現(xiàn)，包括投資市場化，融資網(wǎng)絡(luò)化，我們現(xiàn)在有“綠能寶”或者眾籌方式建光伏電站等，就是在能源互聯(lián)網(wǎng)時代，使得具備市場活力的很重要的特征，所以能源商品化，這是能源互聯(lián)網(wǎng)的特征。

4）能源眾在化

能源生產(chǎn)從傳統(tǒng)的集中式到分布式，再到分散式等。屋頂光伏可以理解成分步式，什么是分布式，比如未來自行車都可以給家里發(fā)電，這是未來的愿景，能源生產(chǎn)不再是一個集中式的層面，能夠從集中式到分散式實現(xiàn)泛在。但是，為什么沒有叫能源泛在化呢？這是能源互聯(lián)網(wǎng)里面最重要的一個點，就是強調(diào)人在能源互聯(lián)網(wǎng)里面的作用。所以，能源互聯(lián)網(wǎng)一定要支撐所有在能源鏈里面的參與者，他們能夠多方參與，實現(xiàn)共贏，支撐大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新，所以強調(diào)人，期待每個人都能參與到能源互聯(lián)網(wǎng)里面。

5）能源虛擬化

從IT領(lǐng)域比較好理解，現(xiàn)在云計算是計算資源的虛擬化，不需要知道它的CPU在哪兒？它的內(nèi)存在哪兒？能源互聯(lián)網(wǎng)也要實現(xiàn)能源虛擬化。其實電力本身，包括能源本身是具有虛擬化的概念。但是，我們這里面叫能源虛擬化，其實是分布于資產(chǎn)的虛擬化，我們不需要知道它的資產(chǎn)是怎么來的？比如現(xiàn)在大家可能說的比較多的虛擬發(fā)電廠的概念，把各種各樣發(fā)電的分布式和小的發(fā)電資源能夠集中起來。這是互聯(lián)網(wǎng)里面很重要的一個特征，就是盤活存量。

6）能源信息化

需要強調(diào)一點，不單單指傳統(tǒng)電力做的信息化系統(tǒng)的信息化，而是能源和信息融合的信息化，包括相應(yīng)的技術(shù)支撐，能源路由器，能源碎片化等，這里面有很細節(jié)的內(nèi)容。

把光伏發(fā)電，冷熱電扇聯(lián)動，除冷、除熱的設(shè)備等綜合起來，能夠達到什么效果呢？用傳統(tǒng)方式指導(dǎo)規(guī)劃，要按最大負荷要進行規(guī)劃，傳統(tǒng)是到261MW的負荷峰值，通過能源協(xié)同化規(guī)劃設(shè)置，能夠下降接近30%的負荷峰值，就是125MW，整個區(qū)域通過這些技術(shù)，包括柔性直流技術(shù)，減少變壓器的冗余密度，可以達到節(jié)省建設(shè)兩座變電站的效果，節(jié)省一個多億的投資，不單單是建設(shè)變電站需要征地，設(shè)備的投資，在負荷密集區(qū)，節(jié)省的空間可以用來建商業(yè)樓宇，建造收益更大的商業(yè)中心等等，帶來的間接經(jīng)濟效益也是非常巨大的。所以，能源協(xié)同化是我們致力于深入研究的一個方面。

通過舉例再次闡述能源眾在化。到末端家庭里面，通過各種各樣的傳感器，各種各樣的發(fā)電能力，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的互動實現(xiàn)能源眾在化。能源虛擬化是盤活存量，都在談儲能的發(fā)展，要建設(shè)儲能電站，儲能帶來消峰填谷，應(yīng)急備用，負荷跟蹤等等一系列效應(yīng)，但是儲能成本非常貴，建立儲能電站也是需要建立在負荷側(cè)，包括征地、投資的問題，成本非常高。其實在我們周圍已經(jīng)有很多儲能的存在。所有樓宇的樓控系統(tǒng)里面，備用電源，包括數(shù)據(jù)中心、通信基站，都有大量的不間斷電源，這些UPS后面有大量的儲能——鉛酸蓄電池。這些儲能規(guī)定兩至三年必須更換，可能這兩至三年之內(nèi)都沒有充分用過一次，就會被更換掉，這種資源的浪費，能不能用互聯(lián)網(wǎng)的手段，把分散式的儲能協(xié)同起來，形成一個儲能云，相當于在負荷密集區(qū)建設(shè)一個大型的負荷電站，每個儲能比如控制10%的容量，帶來的價值也是非常廣闊的。已有專家把所有基站里的儲能都控制起來，十億度電可能在未來會被有效控制。可能有人說，這10%萬一出了事故會怎么辦呢？這就涉及到能源互聯(lián)網(wǎng)里面不單單是一個技術(shù)問題，還涉及到其他問題包括金融問題、保險問題、法律問題、政策問題等等，它是一個多學(xué)科融合的問題。