國際能源互聯網推進歷程與啟示

張一軒

上海市發展改革研究院

國際能源互聯網推進歷程與啟示

張一軒

上海市發展改革研究院

能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，有助于建設安全、清潔、高效、可持續的能源系統。本文梳理了國內外對能源互聯網內涵的理解，美國與德國政府對能源互聯網及智能電網的推進歷程，并在此基礎上提出我國應抓住能源互聯網這一產業發展新形態，鼓勵各類主體探索創新，實現能源和互聯網的融合發展。

國際經驗；能源互聯網；啟示

能源互聯網作為能源和互聯網融合的產業新形態，其在能源系統安全、清潔、高效、可持續等方面帶來的積極影響與能源革命大背景相呼應。2015年3月，我國政府工作報告中首次提到“互聯網+”行動計劃，“互聯網+”智慧能源（也稱能源互聯網）的概念逐步凸顯。2016年2月，國家三部委聯合出臺《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》（發改能源[2016]392號），指出“互聯網+”智慧能源（以下簡稱能源互聯網）是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征。隨后國家連續出臺文件，社會各界對“互聯網+”智慧能源關注度不斷上升，當前處于市場積極響應、技術不斷創新、示范項目摸索落地的階段。為借鑒國際先行經驗、助力我國能源互聯網產業發展，筆者梳理了國內外行業對能源互聯網的理解，分析了美國與德國政府對能源互聯網及智能電網的推進歷程，得出了相應的啟示。

1 能源互聯網的內涵與范疇

世界范圍內不同國家的不同主體從多個角度詮釋了能源互聯網，主要有美國的“Energy Internet（能源互聯網）”和特征類似的“Smart Grid（智能電網）”,德國的“Internet of Energy（能源的互聯網）”,中國國家電網公司的“全球能源互聯網”以及中國政府提出的“互聯網+智慧能源”。

美國能源部對智能電網定義是“一個完全自動化的電力傳輸網絡，能夠監視和控制每個用戶和電網節點，保證從電廠到終端用戶整個輸配電過程中所有節點之間的信息和電能的雙向流動”[1]。智能電網的主要特征包括主動防護、主動修復、消納多來源的電能、協助用戶進行能源管理等，這些特征與能源互聯網在電力系統的應用較為類似。

美國北卡羅來納州立大學的Alex Huang（黃勤）教授于2007年提出了“能源互聯網（Energy Internet）”的技術概念[2]，能源互聯網被描述為一個“創新的電力分配基礎設施”、“在民用配電網層面為用戶提供靈活的能源共享的系統”[3]。

德國聯邦經濟及科技部（BMWi）在《E-Energy——以信息通訊技術為基礎的未來能源系統》（2008）的項目手冊中，將能源互聯網描述為“能夠使得電力市場信息處理、交互、支付更加迅捷方便；通過端到端的數字網絡進行能源基礎設施的智能監測、控制和管理；連接能源基礎設施與電子化交易市場，推進能源供應的高效化、迅捷化與透明化”[4]，號召進行“能源的互聯網（Internet of Energy）”的系統理念和整體思路的研究[5]。

2014年7月，中國國家電網公司率先提出構建全球能源互聯網，將其定義為“以特高壓電網為骨干網架（通道），以輸送清潔能源為主導，全球互聯泛在的堅強智能電網，是清潔能源在全球范圍大規模開發、配置、利用的基礎平臺，實質就是‘特高壓電網+智能電網+清潔能源’”[6]。

2016年2月，我國國家發展改革委、國家能源局、工業和信息化部聯合發布《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》（發改能源[2016]392號），對能源互聯網提出明確定義：“互聯網+”智慧能源（以下簡稱能源互聯網）是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征[7]。2016年8月，國家能源局下發《關于組織實施“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）示范項目的通知》（國能科技[2016]200號），提出將開展綜合和典型創新模式的兩類能源互聯網試點示范[8]。2017年3月，首批56個入選項目公布。項目分布在23個省市區，其中北京、江蘇、上海、廣東在數量上領跑全國[9]。

可以看出，我國提出的能源互聯網概念內涵豐富、寬泛包容，沒有指定發展框架，在鼓勵創新和倡導合作共贏方面尤為突出：既鼓勵利用互聯網理念解決棄風棄水等現有能源系統問題，也鼓勵在工業、商業、交通、農業、金融等不同行業，在大型建筑、場館、園區、島嶼、城鎮等不同規模探索與能源互聯網融合發展新途徑，開展能源互聯網技術應用、商業模式和政策創新試點等。

2 能源互聯網的國際推進歷程與案例分析

放眼國際，世界范圍內都在積極進行能源互聯網的嘗試，各國探索路徑和發展程度不一。歐美地區起步較早，創新活躍，具有扎實的能源和信息領域的技術儲備，新技術新模式層出不窮。其中美國的智能電網與德國的E-Energy項目在保障能源系統安全、高效、環境友好等方面與我國政府提出的能源互聯網具有頗多相似點。本章重點分析了兩國在技術攻關、項目示范和機制保障等方面的推進歷程。

2.1 美國智能電網推進歷程

美國幅員遼闊，電網和油氣管網歷史悠久，部分能源基礎設施較為脆弱。在經歷了大規模停電事件后，美國政府將建設智能電網提升為國家戰略，重點通過先進的傳感技術、設備技術以及決策支持系統等技術的應用，保障電力供應的安全高效[10]。見圖1。

美國的智能電網發展可以大致分為三個階段。（1）早期研究階段（1998-2007年）。1998年美國電科院（EPRI）提出智能電網的雛形“Intelli Grid”。此后能源部進行一系列研究，發布報告如《國家輸電網研究(2002)》、《Grid 2030——美國電力系統下一個百年的國家愿景(2003)》、《國家電力傳輸技術路線圖(2004)》、《電力輸送系統升級戰略規劃(2007)》等，為后續的智能電網建設提供了良好的基礎[11]。 （2）立法保障階段（2007-2009年）。2007年12月議會通過《能源獨立和安全法案（EISA2007）》，該法案為美國能源部推進智能電網建設提供了相應的法律依據。2009年奧巴馬簽署《美國恢復和再投資法案（ARRA2009）》，該法案對美國智能電網的發展從框架到細節都做了明確的規定。（3）穩步推進階段（2009至今）。《美國恢復和再投資法案（ARRA2009）》正式生效后，能源部獲得45億美元的資金用以電網的現代化改造，改造計劃分為智能電網投資補助項目（SGIG）[12]和智能電網示范項目（SGDP）[13]。

圖1 美國恢復和再投資法案智能電網建設框架

在當前的穩步推進階段，推進政策可分為SGIG+SGDP+其他配套政策三大方面。

（1）夯實基礎，SGIG關注以既有技術儲備提升電網運行狀況。一方面，該項目撥款34億美元補貼國家智能電網輸送和輸配系統的現代化建設，包括智能電表基礎設施建設、智能電網設備制造以及用戶側系統、輸電系統和配電系統的升級[12]。另一方面，政府強制規定所有接收補貼的電力供應商必須進行消費者行為研究，旨在通過嚴格的統計方法讓企業更深入地了解用戶側的行為對尖峰時段電力需求的影響[12]。

（2）技術攻關，SGDP關注對先進智能電網技術的開發和應用。示范項目的預算高達6.15億美元，有兩類項目可以得到批準。一是區域性智能電網示范項目，該項目必須用以驗證電網穩定性、量化電網收益，其商業模式必須可以在更大范圍內復制推廣[13]。二是儲能技術項目，該項目包括電池、飛輪、壓縮空氣等技術，研究削峰填谷、轉速控制、頻率調節、分布式能源應用和新能源的電網消納[13]。

（3）機制護航，政策支持關注行政程序、規范標準、人力資源培養。一是破除簡化行政流程。2009年10月，包括財政部、能源部和白宮的9個政府部門聯合簽署諒解備忘錄，確保簡化輸電線路建設的審批流程、協調一致。二是制定相關標準，彌補智能電網領域的缺失。由美國國家標準與技術研究所（NIST）牽頭撰寫發布了智能電網互操作性標準和網絡安全標準的框架及路線圖，為以后更詳細的標準制定指明方向[14]。三是培養各類勞動力。聯邦政府向高校、企業等撥款逾9 500萬美元，用來培訓智能電網導向的勞動力和高等人才[15]。

對于美國國內,能源互聯網政策一方面有利于帶動新的現代化產業技術和基礎設施建設，助力美國重振經濟，擴大就業[16]；另一方面則是提升能源使用效率，減少對國際原油的依賴，保證美國的能源安全。

2.2 德國E-Energy項目

歐洲地區的能源互聯網發展處在全面提升能源清潔化的大背景下，與能源轉型和電力市場化改革進程聯系緊密，其中德國走在前列，在解決可再生能源的大規模消納障礙和推動電力市場靈活交易做了大量的努力。當前能源領域呈現出老牌企業積極轉型、售電領域主體活躍的狀態，綠能消費、需求響應、鄰里買賣電等技術已經在現實場景運用。

（1）E-Energy推進歷程

2008年德國聯邦經濟技術部通過技術競爭挑選了6個試點地區，進行了為期4年的E-Energy技術創新促進項目。以6個項目為抓手落地實踐，推動企業和各個地區積極參以建立信息通訊技術（ICT）為基礎的高效能源系統，鼓勵企業進行“能源的互聯網”的嘗試[5]，尤其是優化能源系統，打破供需信息不對稱，引導消費者錯峰用能，為可再生能源的大規模消納提供解決方案。該項目包括智能發電、智能電網、智能消費和智能儲能4個方面，共補貼1.4萬億歐元[4]。共同目標是通過信息通訊技術和靈活的價格機制。見圖2。

（2）E-Energy試點項目評價

圖2 德國E-Energy計劃六個試點地區分布[4]

E-Energy項目是德國聯邦政府“里程碑式的項目”，挑選出的六個項目均達到了預期的效果，涵蓋了智慧城市、多能互補、大規模清潔能源消納、靈活的電價機制、能源市場交易等多種形式，各具特色卻又殊途同歸，從不同側重驗證了能源互聯網的可行性（見表1）。

3 國際能源互聯網發展啟示

在上述政策推動下，美國和德國市場上創新商業模式迭出，創新主體多元，能源、互聯網乃至跨界企業紛紛從大數據、云計算、電動汽車、需求響應等角度切入能源互聯網積極布局。究其原因，主要有三個方面：

（1）政策層面，推進電力體制改革形成開放的政策空間

表1 德國E-Energy計劃六個試點地區簡介[5][17][18]

在推進能源互聯網的同時，電力市場改革也在美國和德國展開。在美國，大多數區域電力市場已經進行改革，并形成了競爭性批發市場；在德國，輸電環節已經從最初的九家大企業中全部剝離，向著更靈活的電價機制、更高效的供需互動、更安全的保障系統努力。電力市場化改革打破了能源行業相對閉塞的行業格局，為能源互聯網的發展創造了政策環境，降低了進入門檻，并為創新企業提供了生長空間。兩國能源互聯網技術和商業模式的蓬勃涌現與電改息息相關。

（2）技術層面，利用互聯網和ICT技術不斷優化能源系統

美國和德國的信息技術基礎設施、產業發展和技術應用都具備全球領先優勢，互聯網的蓬勃發展為各行各業、尤其是能源行業的信息化提升提供了技術支撐。云計算、大數據等技術突破顯著提升了能源產業各個環節的效率，降低了系統成本，并為供需雙方互聯互通、信息精準匹配打下基礎。

（3）商業層面，關注用戶訴求探索能源生產和消費新模式

隨著能源供需雙方的互動升級，能源互聯網更加關注用戶端，美國和德國的市場上出現了基于用戶訴求的全新商業模式。如美國Tesla致力于構建全新分布式能源系統，Opower結合心理學和大數據引導用戶需求響應，德國Sonnen搭建社區太陽能交易平臺等。用戶擁有更多的選擇權，用能智能化水平不斷提升，綠色、低碳、個性的用能要求達到滿足，從消費側推動了能源互聯網的發展。

4 結語

以能源革命為大背景，我國電力體制改革和油氣體制改革也在持續推進。當前我國政策、技術、資本、人才已聚成合力，能源互聯網迎來發展風口。為此，我們建議下一步抓住改革契機，借鑒國際能源互聯網行業的先行推進經驗，積極鼓勵各類主體對能源互聯網新技術新模式進行探索嘗試，走出中國互聯網與能源融合的創新之路。

（1）政策層面，鼓勵能源互聯網與其他產業相統籌的頂層設計

互聯網包羅萬象、能源系統嚴謹復雜，這兩者完美的融合需要市場機制推動和頂層的精心規劃。未來能源互聯后形成的開放網絡將有海量的能源數據、更多元的責任主體、更豐富的商業模式，大量的企業會在試點示范的時期進行創新模式的嘗試和優化，市場試錯在原有體制機制下可能遭遇瓶頸，同時能源安全和信息安全也會受到沖擊。因此，各個級別包括園區、城市乃至全國、全球能源互聯網的發展均要與其他產業如大數據、交通等產業規劃統籌考慮、協同支撐。

（2）技術層面，鼓勵引入互聯網思維解決能源系統的現有問題

從能源供應側的角度，近年來我國能源結構性矛盾突出、可再生能源發展面臨多重瓶頸、能源清潔替代任務艱巨。從能源需求側的角度，消費者用能水平持續提升、訴求不斷升級。要積極鼓勵利用互聯網思維，通過云計算、大數據、需求響應等技術實現供需雙方互聯互通、信息精準匹配，實現能源供應與市場的對接，有效提升效率、降低成本，促進能源結構合理調整以及污染物和碳排放水平控制。

（3）商業層面，鼓勵各類業態模式在能源互聯網領域大膽創新

當前我國能源互聯網創新條件已經形成，創新經濟不斷興起、悄然壯大。在能源領域，新能源企業、電動車企業等正蓬勃發展，新興商業模式層出不窮。在互聯網領域，互聯網技術的迅猛發展為產業更廣泛、更深刻的數字化打開了空間。新技術的涌現將主動推動能源領域新技術的使用，促進創新業態形成。要鼓勵企業大膽創新，尤其是針對用戶側能源訴求，在更加經濟普惠的能源套餐、綠色低碳的能源供給和個性化的能源服務等方面打造基于消費的能源供應新模式。

參考文獻

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Promotion Progress and Enlightenment of International Energy Internet

Zhang Yixuan
Shanghai Municipal Development Reform Research Institute

Energy internet is new type of energy industry development, which connects internet with energy production, tra nsportation,storage,consumption and deep fusion energy market. Energy internet contributes to constructing safe, clean, effective, sustainable energy system. The article introduces domestic and overseas understanding for energy internet connotation, promotion progress of energy internet with intelligent power grid from USA and Germany. The author encourages all kinds authorities to explore and realize energy with internet in combination mode based on putting forward our country sticking to energy internet industry as new type development.

International Experiences, Energy Internet, Enlightenment

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.06.006

張一軒：上海市發展改革研究院能源交通研究所，從事能源環保、電力市場和體制改革等領域研究。