基于知識圖譜的能源互聯網研究熱點與趨勢分析

趙振宇，楊燕宇

（華北電力大學經濟與管理學院，北京 102206）

1 研究背景

美國學者里夫金在《第三次工業革命》中提出了一種以新能源技術和信息技術深入結合為特征的新型能源利用體系，并將其命名為“能源互聯網”［1］。能源互聯網能夠顯著提高可再生能源的利用效率，降低經濟發展對傳統化石能源的依賴程度［2］，已成為近年來我國綠色低碳轉型背景下學術界和產業界共同關注的焦點。國家電網公司也明確將“建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”作為企業的發展愿景。

知識圖譜是顯示科學知識演化進程與結構關系的一種圖形，通過使用可視化技術描述人類隨時間擁有的知識資源及其載體，挖掘、分析和顯示科學技術知識以及它們之間的相互關系，在組織內創造知識共享的環境以促進科學技術研究的合作和深入［3］。由于它以科學知識為計量研究對象，因此屬于科學計量學范疇［4］。

目前，學者們對能源互聯網展開了全方位的研究探索，相關研究成果不斷涌現，然而尚缺少通過大數據分析工具對能源互聯網文獻進行全面梳理、展示該領域研究熱點和趨勢的成果。基于此，本研究借助知識圖譜，構建能源互聯網研究領域的合作網絡、關鍵詞、突現詞及其可視化分析結果，深入剖析該領域研究熱點及發展趨勢，以期為后續相關研究提供參考。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

鑒于我國能源互聯網研究文獻最早發表于2010年，故選取2010 年1 月至2022 年9 月被收錄于中國知網（CNKI）的學術期刊文獻為數據源，以“能源互聯網”為主題詞進行高級檢索。通過對所得文獻的標題、摘要和關鍵詞進行逐一篩選，剔除相關度較低的文獻，最終選定2 029 篇有效文獻為數據樣本。

2.2 研究方法

CiteSpace 軟件以Java 為架構，基于共被引分析和共現分析，可根據導入的文獻資料繪制引文與共詞網絡等一系列知識圖譜，深層次挖掘文獻信息，呈現出知識間的結構關系，幫助探尋研究熱點及趨勢［5］。相比于其他知識圖譜分析軟件，CiteSpace功能完善、操作方便、易于解讀，適用于對期刊數據庫中導出的數據進行格式轉換，因此本研究利用CiteSpace 軟件（6.1.R3 版本）來繪制知識圖譜。將樣本文獻以Refworks 格式從中國知網中導出，文件數據中主要包含的信息有作者、機構、標題、發表時間、關鍵詞以及摘要等。

3 知識圖譜分析

3.1 年度發文量分析

通過對能源互聯網研究文獻的年度發文量情況進行分析（見圖1），能夠了解該領域內不同時期的研究水平，判斷其整體發展趨勢。同時，結合我國能源互聯網發展重要事件時間軸（見圖2），將我國能源互聯網研究劃分為3 個發展時期：

圖1 樣本文獻的發文量年度分布

圖2 我國能源互聯網發展重要事件時間軸

（1）萌芽期（2010—2013 年）。基于我國已有的智能電網研究以及未來可再生電能傳輸與管理系統（FREEDM）等外國能源項目理念，2010 年起我國開始有學者關注能源互聯網這一領域。在這個階段，各年發文數量均在10 篇以下。

（2）成長期（2014—2017 年）。自2014 年起，有關研究成果數量迅猛上升。《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》等相關鼓勵政策的出臺，極大促進了該領域的發展，我國能源互聯網研究由此步入成長期。這一階段的文獻主要從概念架構和關鍵技術對能源互聯網進行闡述，為后續研究奠定了基礎。

（3）繁榮期（2018 年至今）。從2018 年開始，能源互聯網領域的發文量趨于平穩，保持在較高水平。截至2022 年9 月，2022 年已有相關論文146 篇。由于理論基礎已清晰構建，相關研究進入到了以促進能源互聯網建設為主要目標的新發展階段。

3.2 研究主體分析

如圖3所示，合作網絡中共含有機構節點367個、合作連線364 條，知識圖譜密度為0.005 4。總體上看，我國能源互聯網研究機構類型較多。在發文量排名前11 位的機構中（見表1），有4 所高校，發文量達到391 篇，占總發文量的19%。論文成果較多的機構還有國家電網公司和各省區市電力公司，上述機構研究人員構成了我國能源互聯網研究領域的重要骨干。從合作關系來看，我國能源互聯網研究已形成大型合作網絡。其中，中國電力科學研究院和華北電力大學所在節點外環明顯，中介中心性較高，分別達到0.19 和0.15。這兩家機構最為活躍，發揮了樞紐作用，聯系起更多機構間的合作，推動了領域內知識交流。然而，我國能源互聯網研究機構間聯系強度仍然不高，還應進一步增強合作。

表1 樣本文獻中研究機構發文數量統計

圖3 樣本文獻的研究機構合作網絡

通過統計高被引文獻發表數量來確定影響力較高的學者。借鑒宗淑萍［6］的做法，基于普賴斯定律計算得出文獻的被引次數，將被引數達到28 次及以上的文獻定義為高被引文獻。高被引文獻發表量排名前9 位的作者如表2 所示，這9 位作者多來自我國能源互聯網領域內影響力較高的研究機構，各自分別從不同視角提出了創新觀點。例如，清華大學的孫宏斌等［7］主要聚焦于多能流能量管理問題，提出靜態安全分析方法，設計并研發多能流綜合能量管理系統；華北電力大學曾鳴教授等［8-9］將“源—網—荷—儲”的電力系統運營模式延伸至能源互聯網領域，并提出能源互聯網與新能源電力系統協同優化的運營模式。

表2 樣本文獻中高被引文獻發表量排名前9 位作者情況

作者合作網絡圖譜如圖4 所示。可以看出，樣本文獻共來自415 位作者，合作連線有484 條，網絡圖譜密度為0.005 6。圍繞著高被引作者，我國能源互聯網領域初步形成了較大規模的合作網絡，但更多的是散落在圖譜四周、發文量不多的小型團隊與獨立研究學者。

圖4 樣本文獻的作者合作網絡圖譜

3.3 關鍵詞分析

關鍵詞在一定程度上能夠反映出文獻的研究主旨，呈現出研究的重點內容，因此通過關鍵詞分析來把握我國能源互聯網領域的研究熱點，探究該領域的重點發展方向。

3.3.1 關鍵詞共現分析

如圖5所示，關鍵詞共現圖譜中共有節點372個、連線637 條，知識圖譜密度為0.009 2，說明我國能源互聯網研究分支多，研究方向較為豐富。對樣本文獻中頻次排名前11 位的高頻關鍵詞進行梳理可以看出（見表3），“智能電網”的出現頻次高達110次，位列第一；“區塊鏈”“儲能”分別以94 次、89 次分列第二和第三。11 個高頻關鍵詞都首次出現在2016 年及以前，即早在能源互聯網研究繁榮期開始前就已經是重點關注的研究對象。“智能電網”“智慧能源”“儲能”“新能源”和“清潔能源”這5個關鍵詞的節點中介中心性分別為0.24、0.19、0.13、0.12 和0.12，均超過0.10，為關鍵節點，即這5 個關鍵詞在共現網絡中影響力較高，有望延伸出更多的研究分支，成為領域創新的重點。

表3 樣本文獻的高頻關鍵詞分布

圖5 樣本文獻的關鍵詞共現網絡圖譜

3.3.2 關鍵詞聚類分析

對所得關鍵詞進行聚類并生成如圖6 所示的時間線圖。當聚類圖模塊值（Q值）大于0.3 時表示聚類結構顯著、平均輪廓值（S值）達到0.7 時表示聚類令人信服［10］，而樣本文獻關鍵詞聚類的Q值為0.611 9、S 值為0.842 4，符合顯著性和信度要求。將能源互聯網研究關鍵詞劃分為12 個聚類，其中最大的聚類是互聯網，其次是區塊鏈，最小的聚類是虛擬電廠。2014 年以前，相關研究方向主要集中在智能電網和配電網，通過電網概念衍生出能源互聯網架構；2014—2017 年，研究領域持續拓寬，誕生出互聯網、區塊鏈、商業模式、需求響應、關鍵技術、儲能、微電網、碳中和、多能互補、虛擬電廠等10個全新聚類；2018—2022 年，研究內容側重點向數字化、智能化轉移，例如，衍生出的關鍵詞“數字孿生”，其應用將促進能源互聯網領域建立起物理和虛擬數字兩個維度之間的實時互動［11］，是數字化時代的必然趨勢，衍生出的關鍵詞“智能感知”，是決定能源互聯網信息與物理融合的關鍵技術，雖然這些關鍵詞所在的節點年輪較小、相關研究成果尚不多，但未來值得期待。

圖6 樣本文獻的關鍵詞時間線

3.4 突現詞分析

在經濟、技術快速發展驅動下，能源互聯網領域的研究前沿也不斷發生變化，突現詞可以反映出能源互聯網重點研究問題的演變過程，用來預測今后研究的趨勢動向。在CiteSpace 中生成樣本文獻的關鍵詞共現知識圖譜后，選擇控制面板中的Burstness 模塊，并鑒于能源互聯網領域研究發展較快而2010—2022 年研究時間范圍較短，因此將最短突現年限改為1 年，得到能源互聯網突現詞演進情況。共檢索得到11 個突現詞（見表4），其突現時間跨度不一。其中，最早的突現詞是“智能電網”，突現時間為2011 年至2015 年，是自我國開啟能源互聯網研究起在研究萌芽期內唯一的突現詞；2014—2017 年，出現了6 個新的突現詞，包括“化石能源”“能源互聯”“互聯網+”“電動汽車”“互聯網”和“特高壓”，但突現詞持續時間較短，多為1～2 年；“多能互補”和“綜合能源”分別是2018 年和2019 年的突現詞，保障多能互補協同運行、建設智慧能源是這一時期的代表性研究問題；2020年起截至2022 年9 月的突現詞有“區塊鏈”和“邊緣計算”，反映了近期能源互聯網研究的前沿熱點，也預示了今后一個時期該領域的研究趨勢。

表4 樣本文獻突現詞的突現時間

4 能源互聯網研究熱點分析

綜合上述分析，我國能源互聯網研究熱點主題可以總結歸納為以下4 個方向：

（1）我國能源互聯網概念及發展路徑探索。謝開等［12］、陳樹勇等［13］指出，智能電網以電力系統為主要研究對象，通過引入先進的通信、自動控制等技術改造電力網絡，以提高其在能源轉換、供電質量、可靠性和安全性等方面的性能表現。在我國能源互聯網研究起步階段，學者們普遍認為能源互聯網是智能電網概念的進一步延伸，多由智能電網建設引出對我國能源互聯網發展的見解。在發展路徑方面，現有文獻主要提出2 種路徑：其一是革命性路徑，即從未來能源需求入手，構建嶄新的能源與信息深度融合網絡，如汪燦等［14］、曹軍威等［15］的研究，但由于此種發展路徑顛覆現有能源體系，建設難度較大；其二是演進性路徑，即在已有能源供應基礎上逐步構建以分布式能源為中心、多能互補的能源供應體系，如曹軍威等［15］、鄧建玲［16］的研究，該發展路徑在我國具備一定的實踐基礎。

（2）新能源消納問題。近年來我國新能源發展迅速，裝機容量持續增加，但新能源發電的波動性和隨機性特征制約了其在能源互聯網中的消納利用［17］，儲能成為緩解這一困境的有效技術途徑。儲能設備不僅可以實現電能雙向轉換，還能夠實現電能與其他能量形式單向存儲與轉換［18］。在能源互聯網中，發展儲能技術能夠平滑風光發電出力功率波動，增強電力系統靈活性，提升新能源消納水平。相對于集中配置儲能系統，電動汽車無須單獨建設運維，是一種更為經濟、靈活的移動式儲能單元［19］，在有序的協調調度下，大規模的電動汽車足以聚合提供一定可調度容量與電網形成良性互動。通過需求響應引導電動汽車用戶在用電低谷期進行充電，儲存電網過剩的發電量，能顯著提高新能源消納能力。已有越來越多的學者開展上述領域的研究。

（3）我國能源互聯網商業模式構建。能源消費變革與數字經濟的加速推進對能源電力企業轉型發展和能源互聯網的業態模式創新提出了更高要求，商業模式需要動態創新、迭代和演進。劉敦楠等［20］根據能源互聯網行業商業模式經驗，提出集中模式、B2C 模式、C2C 模式等5 種商業模式，認為分散式微平衡模式將成為未來能源互聯網的主體；王君安等［21］站在電力企業角度，從商業模式組成要素入手分析如何創新。此外，面對能源領域中儲能、區塊鏈等技術發展，學者們對多種應用場景開展商業模式研究和綜合效益評價分析，有學者提出能源互聯網商業模式既需政策引導支持，又受各市場主體影響，各企業應發揮自主創新性，以帶動行業協同發展［22］。

（4）新一代信息技術在能源互聯網中的融合架構研究。以邊緣計算和區塊鏈為代表的新一代信息技術將對能源互聯網發展產生深遠的影響。邊緣計算是指在靠近數據源頭的網絡側，部署融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字化在快速連接、實時業務、智能應用、安全與隱私保護等方面的關鍵技術［23］。能源互聯網運行采集數據來源復雜，數據量極大，而在邊緣計算中數據無須傳送至云端，在邊緣側即可完成處理，數據處理的實時性和安全性遠勝于云計算［23］。目前已有研究主要探討解決如下兩方面的問題：其一是能源互聯網中的智能感知和數據處理水平的提升；其二是能源互聯網系統的穩定性優化問題。目前在能源互聯網背景下引入邊緣計算的研究尚處于架構階段，還需進一步提升技術水平、增進實踐應用研究、完善相關標準體系。此外，“區塊鏈”不僅是高頻關鍵詞，還在關鍵詞聚類中以第二大聚類的形式出現。作為一種保障信息安全的技術，區塊鏈與能源互聯網高度契合的技術形態使其在能源互聯網中擁有廣闊的應用前景。從圖6 可以看出，邊緣計算被劃分入區塊鏈聚類中。程冬玲等［24］、覃惠玲等［25］提出了一種全新架構，將邊緣計算和區塊鏈有機結合，以全面提升能源互聯網中信息傳輸的安全、可靠性，值得關注。

通過以上對能源互聯網中區塊鏈相關論文的綜合分析，提煉出有待今后研究的兩個方面問題：一是實際應用中的經濟性問題。將區塊鏈技術融入能源互聯網需要將現有系統升級改造，付出高昂的建設成本；此外，區塊鏈技術本身的去中心化需要計算機算力支撐，會消耗大量的存儲資源［26］。要實現能源互聯網高效性、經濟性目標要求，需要選擇合適的區塊鏈應用場景，綜合考量區塊鏈的成本和效益，發揮其最大使用價值［27］。二是監管問題。區塊鏈中完全隱匿了用戶個人信息，無法及時找到違約主體，從而導致市場監管難題［28］，因此，需要盡快開展相關監管制度研究，加強立法工作，避免在今后能源互聯網的大規模應用中造成損失。

5 能源互聯網研究趨勢分析

當前正處在能源互聯網研究的繁榮期，以邊緣計算、區塊鏈為代表的新一代信息技術的引進將為能源互聯網更加安全、穩定、高效地運行搭建平臺，因此，如何讓新技術更好、更快地融入能源互聯網建設是今后本領域研究的重點。盡管目前已有較多相關研究成果，但實際應用中還需綜合考慮技術、經濟、政策等多方面因素，面臨諸多挑戰；此外，“互聯網”“商業模式”“配電網”“虛擬電廠”等4個關鍵詞聚類位于活躍狀態，其所包含的三流協同、多站融合、數字孿生等相關研究有望催生能源互聯網新業態。

隨著我國能源互聯網研究從智能電網概念延伸、打破地域限制建立信息網絡，協調各類能源的接入、形成理論分析框架，進入到如何真正引領實踐的關鍵階段，學界必須關注實際中遇到的難題。如在國家能源局的55 個首批能源互聯網項目中，有41 個項目推進效果尚不盡如人意，遭遇延期或撤銷的問題［29］。只有打破各行業間的壁壘，實現各環節的深度協調互動，才能推動能源業務走向市場化［29］。在信息技術不斷更迭發展過程中，能源互聯網形態也會加速向智能化邁進［30］。能源互聯網之“互聯”要走進千家萬戶，還需更多企業和用戶的參與支持，增強合作、實現共贏。

6 結論

本研究基于能源互聯網相關文獻，借助知識圖譜對我國能源互聯網研究的發文量、研究主體合作、研究熱點和前沿趨勢等狀況進行了可視化分析，得出如下結論：從年度發文量來看，2010 年以來我國能源互聯網研究可分為萌芽期、成長期、繁榮期3個階段，當前正處于繁榮期；從研究主體來看，已經初步形成大規模合作網絡，合作強度仍有待加強；在研究熱點及趨勢方面，熱點方向主要包括概念及發展路徑探索、新能源消納、商業模式構建、以區塊鏈和邊緣計算為代表的技術融合架構等，此外，如何實現新一代信息技術在能源互聯網中的深度應用將成為未來重要的研究方向。