能源互聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源系統(tǒng)發(fā)展新形態(tài)，是互聯(lián)網(wǎng)理念、先進(jìn)信息技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)深度融合的產(chǎn)物。能源互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)最大程度的可再生能源利用和最大限度的提高能源開發(fā)利用效率的目標(biāo)，涵蓋整個一次、二次能源的整個能源系統(tǒng)，實現(xiàn)各種能源的橫向多能互補(bǔ)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)開發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲和消費(fèi)全過程的縱向源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)，通過資源流、能量流、信息流、價值流的融合互動，實現(xiàn)能效的提升、環(huán)境友好和全人類的可持續(xù)發(fā)展。
能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是能源行業(yè)共享演化的長期過程，本文將闡述能源互聯(lián)網(wǎng)長期發(fā)展中的八個方面的關(guān)鍵問題。
1、未來的能源系統(tǒng)將不再按能源類型分行業(yè)，而是以功能角色劃分
當(dāng)前的能源系統(tǒng)，總體上是按能源類型劃分的相對獨(dú)立運(yùn)營的多個行業(yè)，如傳統(tǒng)的電、煤、、水、油、氣、核，各個行業(yè)的企業(yè)負(fù)責(zé)本行業(yè)的能源規(guī)劃、建設(shè)、投資和運(yùn)營，并保證該能源品種的供需平衡。隨著新能源的發(fā)展，能源企業(yè)的經(jīng)營范圍，逐步打破了一、二次能源本身的界限，形成了以功能角色劃分的主體。如火電企業(yè)投資光伏和風(fēng)電，是不同發(fā)電資源之間的結(jié)合；核電站投資抽水蓄能、燃?xì)怆姀S投資儲能調(diào)頻，是發(fā)電與儲能的結(jié)合；大用戶投資自備電廠，是能源生產(chǎn)與消費(fèi)的結(jié)合；節(jié)能服務(wù)公司為用戶安裝儲冷、儲熱設(shè)備，是儲能與消費(fèi)的結(jié)合；微網(wǎng)經(jīng)營者建設(shè)電、熱、水等網(wǎng)絡(luò)和管道，是多種能源傳輸之間的結(jié)合。未來的能源系統(tǒng)中，將出現(xiàn)多能生產(chǎn)主體、多能供應(yīng)與消費(fèi)主體、儲能服務(wù)主體、多能傳輸主體，以及供應(yīng)-存儲-消費(fèi)的聚合體。
2、多能供-需-儲自平衡體，是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的基本單元
能源互聯(lián)網(wǎng)的基本單元是“自平衡體”。自平衡體是指能源互聯(lián)網(wǎng)中一定區(qū)域內(nèi)集多種能源生產(chǎn)、傳輸、存儲和消費(fèi)為一身的能源主體。儲能的應(yīng)用將打破能源生產(chǎn)者和消費(fèi)間的界限，主體角色呈現(xiàn)兼容性和可替換性；相鄰的生產(chǎn)、存儲和消費(fèi)主體，通過信息相聚合后形成的自平衡體，可以根據(jù)供需信息和市場價格信號，在自主供需平衡基礎(chǔ)上與能源互聯(lián)網(wǎng)其它主體進(jìn)行能量交換和能源交易。能源交易的市場需求，將促進(jìn)自平衡體進(jìn)一步與其它能源供應(yīng)者、儲能、能源消費(fèi)主體或另一個自平衡體進(jìn)行物理網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，從而形成新的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、新的自平衡體。
3、能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)能源生產(chǎn)消費(fèi)一體化，推動能源的生產(chǎn)和消費(fèi)革命
隨著多能供-需-儲自平衡體的形成，能源生產(chǎn)者和消費(fèi)者的界限將不再清晰，同一主體可以在一定時段內(nèi)成為消費(fèi)者，在另一時期內(nèi)成為供應(yīng)者，實現(xiàn)生產(chǎn)和消費(fèi)的一體化。隨著儲能的發(fā)展，自平衡主體可以利用儲能的能量時移能力，調(diào)節(jié)生產(chǎn)和消費(fèi)的同時性，根據(jù)市場價格的變化，自主決定在市場交易中，何時作為供應(yīng)者，何時作為消費(fèi)者。
4、能源互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是通過多能互補(bǔ)實現(xiàn)更高的靈活性，從而實現(xiàn)高比例可再生能源消納和高能效
我國資源分布與需求分布的不匹配、與資源配置能力的不匹配，成為制約我國可再生能源消納和各類能源綜合利用效率提升的瓶頸問題。當(dāng)前能源領(lǐng)域中各類能源系統(tǒng)相對獨(dú)立運(yùn)營，不足以應(yīng)對以上問題，因此需要發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，通過多能源系統(tǒng)互通互補(bǔ)，進(jìn)一步增強(qiáng)能源生產(chǎn)、傳輸、存儲和消費(fèi)各個環(huán)節(jié)的靈活性。更強(qiáng)的靈活性是能源互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征，通過更強(qiáng)的靈活性來應(yīng)對高比例可再生能源的隨機(jī)性，應(yīng)對能源需求日益增長的不確定性。
5、儲能為代表的靈活性資源具有最強(qiáng)大的生命力和發(fā)展?jié)摿?/strong>
以儲能為代表的靈活性資源，具有更好的雙向調(diào)節(jié)能力，是能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)先發(fā)展的資源。儲能可以很方便地與源、網(wǎng)、荷各類主體相結(jié)合，比如儲能調(diào)峰、儲能調(diào)頻是源-儲結(jié)合，抽水蓄能、水庫調(diào)度、天然氣儲氣站是網(wǎng)-儲結(jié)合，需求側(cè)的蓄冷、蓄熱空調(diào)是荷-儲結(jié)合。如同在生物進(jìn)化中，強(qiáng)大而缺乏環(huán)境適應(yīng)力的恐龍滅絕了，相對弱小但更具適應(yīng)能力的哺乳動物不斷進(jìn)化，在未來能源系統(tǒng)長期發(fā)展演化中，更具靈活性的資源將具有更強(qiáng)大的生命力。
6、能源互聯(lián)網(wǎng)不是通過集中規(guī)劃實現(xiàn)而是各主體自主演化的結(jié)果
規(guī)劃是單一主體的，集中式?jīng)Q策，自上而下的；演化是多個主體，自發(fā)的分散決策，自下而上的。傳統(tǒng)的大電網(wǎng)是集中式?jīng)Q策，由電網(wǎng)規(guī)劃部門做統(tǒng)一的源-網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃；能源互聯(lián)網(wǎng)中的各類主體是分散決策，千千萬萬個主體各自規(guī)劃，在整個能源系統(tǒng)層面形成演化。能源互聯(lián)網(wǎng)的長期發(fā)展，是市場機(jī)制引導(dǎo)各主體趨優(yōu)演化的過程。通過市場機(jī)制的設(shè)計，支撐系統(tǒng)向更靈活、更協(xié)調(diào)、更互補(bǔ)的方向演化；各個主體則是在經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動下進(jìn)行自適應(yīng)決策。廣域范圍內(nèi)的多個自平衡體在供需信息和市場引導(dǎo)下，自主決策擴(kuò)展，形成新的物理互聯(lián)或新主體的過程，就是整個能源互聯(lián)網(wǎng)演化的過程。單個自平衡主體與整個能源互聯(lián)網(wǎng)，是個體與環(huán)境的關(guān)系，個體適應(yīng)環(huán)境也造就環(huán)境。能源互聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)變化是所有主體各自決策的共同結(jié)果。
7、能源互聯(lián)網(wǎng)是能源的共享經(jīng)濟(jì)體系
能源互聯(lián)網(wǎng)不僅是復(fù)雜的物理系統(tǒng)，也是復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，是能源的共享經(jīng)濟(jì)體系。在這一體系內(nèi)，各類能源的生產(chǎn)、消費(fèi)、傳輸、存儲者以及各類主體，將共同分享多能互補(bǔ)、源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)后，通過資源優(yōu)化配置所產(chǎn)生的增值效益。市場機(jī)制設(shè)計的關(guān)鍵，是建立激勵相容的利益調(diào)節(jié)機(jī)制，實現(xiàn)共享經(jīng)濟(jì):對于分布式綠色能源，應(yīng)提升其利用小時數(shù)；對于傳統(tǒng)的煤電，應(yīng)改變以往靠降價增加利用小時數(shù)的生存模式，實現(xiàn)深度調(diào)峰的改造，通過為風(fēng)、光提供備用和調(diào)峰，在輔助服務(wù)市場上提供差異化的電力服務(wù)；對于儲能投資者，應(yīng)通過需求側(cè)管理和輔助服務(wù)市場，體現(xiàn)儲能靈活調(diào)節(jié)能力的價值，實現(xiàn)投資回報；對于用戶，能源互聯(lián)網(wǎng)的互通互聯(lián)、市場建設(shè)，應(yīng)最終降低終端用能成本；對于電網(wǎng)為代表的能源傳輸企業(yè)，用戶終端用能成本的降低將刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源傳輸企業(yè)的收入將隨著能源的總需求的增長而增長；對于政府和全社會，一方面更高比例的可再生能源消納可以降低污染、改善環(huán)境，另一方面能效的提升、能源成本的降低將促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
8、能源互聯(lián)網(wǎng)是能量-信息-經(jīng)濟(jì)三元驅(qū)動下物理互聯(lián)/信息融合/經(jīng)濟(jì)融通的長期演化過程
能源互聯(lián)網(wǎng)從邏輯上分為物理層、信息層和經(jīng)濟(jì)層三個層次。多種能源之間的物理互聯(lián)是部分互聯(lián)，不是全面互聯(lián)；信息層應(yīng)實現(xiàn)所有環(huán)節(jié)的全面互聯(lián)；信息的共享將牽引供需，提升市場效率，進(jìn)而通過市場交易引導(dǎo)物理層的互通互聯(lián)。能源互聯(lián)網(wǎng)能量-信息-經(jīng)濟(jì)三元驅(qū)動的機(jī)理是指，通過多能系統(tǒng)的信息物理深度融合建設(shè)獲得整個能源互聯(lián)網(wǎng)的全面信息—>利用更全面、更充分的信息提升市場效率—>基于科學(xué)的市場設(shè)計實現(xiàn)資源優(yōu)化配置—>引導(dǎo)多能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是一個長期演化過程，是以當(dāng)前相對獨(dú)立規(guī)劃運(yùn)營的多種能源網(wǎng)絡(luò)為出發(fā)點，通過多能源子系統(tǒng)的互聯(lián)互通、市場化商業(yè)運(yùn)營、反饋激勵下的不同主體相互聚合形成的反饋循環(huán)。在此過程中，各主體逐步適應(yīng)調(diào)整、聚合進(jìn)化，由個體演化到局部復(fù)制、擴(kuò)散，成功的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)營模式不斷自我復(fù)制，通過自然選擇逐步進(jìn)化到成目標(biāo)狀態(tài)的能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)高比例可再生能源和高能效。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將隨著如儲能技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，經(jīng)歷若干個歷史階段，每一個技術(shù)相對穩(wěn)定的歷史階段內(nèi)，能源互聯(lián)網(wǎng)的形態(tài)和運(yùn)營是連續(xù)變化的，各階段之間則是在技術(shù)引領(lǐng)下實現(xiàn)階躍，無論是物理互聯(lián)、信息融合還是市場形態(tài)都發(fā)生根本性變化。
能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方興未艾，根據(jù)三部委頒布的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2016-2025年將開展多批次的能源互聯(lián)網(wǎng)的試點示范工程，鼓勵利用互聯(lián)網(wǎng)手段，在大型建筑、場館、園區(qū)、島嶼、城鎮(zhèn)等不同規(guī)模范圍內(nèi)，開展能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用、商業(yè)模式和政策創(chuàng)新試點。本文初步研究了能源互聯(lián)網(wǎng)長期發(fā)展變化的基本規(guī)律，希望對未來試點示范工程的推進(jìn)起到積極作用。
（作者為華北電力大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究中心副主任）
