能源互联网 推动能源革命

文/王燕平

美国著名经济学家杰里米·里夫金的第三次工业革命和能源互联网的提法近年来引起广泛关注。他认为：“在即将到来的时代，我们将需要创建一个能源互联网，让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。多余的能源则可以与他人分享，就像我们现在在网络上分享信息一样。”

能源互联网技术是第三次工业革命的支柱性基础，实现能源绿色化和用能高效化，将从根本上改变对传统能源利用方式的依赖，推动传统产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业调整。

互联网+能源 迎来能源变革

能源互联网是互联网技术、可再生能源技术与现代电力系统的结合，是信息技术与能源电力技术融合发展的必然趋势。在全世界范围内，能源互联网都还是一个全新的课题。这一概念该如何定义，目前仍有很多争议。

国家电网公司董事长、党组书记刘振亚在《全球能源互联网》一书中给出的定义是，全球能源互联网将是以特高压电网为骨干网架（通道），以输送清洁能源为主导，全球互联泛在的坚强智能电网。将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网构成，连接“一极一道”和各洲大型能源基地，适应各种分布式电源接入需要，能够将风能、太阳能、海洋能等清洁能源输送到各类用户，是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台。全球能源互联网发展框架可以概况为，一个总体布局（由跨洲电网、跨国电网、国家泛在智能电网组成，各层级电网协调发展，形成连接“一极一道”和各洲大型清洁能源基地与主要负荷中心的总体布局）；两个基本原则（清洁发展和全球配置）；三个发展阶段（洲内互联、跨洲互联、全球互联）；四个重要特征（网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动）；五个主要功能（能源传输、资源配置、市场交易、产业带动和公共服务）。

业界对“能源互联网”概念的认知主要分为两类：一类是“从能源生产端到能源消费端，通过电网全部连接起来，成为不同能源间进行相互物理连接的一张巨网”；另一类是“对能源产业进行互联网化，将能源赋予新的数据信息属性，应用IPv6、大数据、云计算等互联网技术，动态调配能源生产、传输和消费，提高整个能源产业的效率和能源使用的效率，避免巨大的能源浪费及损失”。

总之，能源互联网的发展和建设是个复杂的系统工程，需要从系统架构、技术研发、标准制定、政策设计等多个方面和环节入手。目前，其方式应当是走分层分级、从小规模到大范围，从简单到复杂，从实验到示范，再到成熟推广的道路。像分布式、智能电网就是当前能源互联网很好的代表，它本质上是改变传统电网为双向互动、有自愈能力的开放型体系，以开放对等的信息能源一体化架构，真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，最大限度地适应新能源的接入，提高资源的利益效率。

世界各国正积极探索能源互联网战略。2001年，美国提出名为“智能电网”的新电力能源供应系统概念，并于2003年正式展开研究。智能电网采用先进的材料技术、高温超导技术、储能技术、可再生能源发电技术、微型燃气轮机发电技术等，旨在构建一张全美骨干电网、区域性电网、地方电网和微型电网等多层次的电力网络。该计划将在2030年完成。

德国通过信息化积极构建能源互联网。2008年，德国联邦经济技术部与环境部在智能电网基础上推出为期4年的技术创新促进计划E-Energy，提出打造新型能源网络，实现综合数字化互联以及计算机控制和监测的目标。2011年8月，德国第六能源研究计划决定2011～2014年拨款34亿欧元，重点资助与能源互联网相关的关键技术，包括可再生能源、能源效率、能源储存系统、电网技术以及可再生能源在能源供应中的整合等。当前，德国政府正和6个试点地区合作，研究和测试“能源互联网”。数万家德国企业和数百万户家庭将收集现地生产的可再生能源，用氢气或其他方式储存起来，通过智能电网在全国范围内共享，就像我们在互联网上共享信息一样。

以中国为代表的亚洲市场也在积极筹划“新能源+互联网”，我国试验性地推出了智能能源网，通过将不同能源品种网络有机整合，形成跨能源品种的能源生产、流通（交易）、消费网络。据测算，智能能源网将使我国能源效率提高15%以上。国务院公布《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》，进一步明确了能源体制改革的若干落脚点，显示出中国政府发展清洁能源、降低煤炭消费、推动能源结构持续优化的决心。能源互联网的建设将会最大程度地推动我国当前电力工业体制改革进程，加速相关政策措施的完善以及智能电网等技术手段的研发速度，从而促进我国新型电力工业体系的建设完善。李克强总理在2015年政府工作报告中提出“能源生产与消费革命，关乎发展与民生，要大力发展风电、光伏发电、生物质能”以及“互联网+”的概念。这预示着我国能源行业发展将要进入一个全新的历史阶段。业内专家提议，全球能源互联网这一构想可以和目前正在推进的“一带一路”对接，在“一带一路”上谋求率先突破。

能源互联网核心技术有待突破

构建全球能源互联网，既面临清洁能源加快发展的历史机遇，也面临国际政治、经济利益、社会环境、能源政策、市场建设、技术创新等重大挑战。搭建一个能源互联网本身就比信息互联网要困难，需要各方面加强沟通、凝聚共识，增进信任、形成合力，共同推动全球能源互联网建设。

“能源互联网”追求的目标是充分利用新技术优势，对不同的供能环节进行整体优化，形成一体化的社会综合能源供用体系，即“能源互联”系统，通过对能源的产生、传输、分配、转换、存储、消费等环节进行整体协调控制，通过整体优化提高能源的利用效率，并通过不同能源间的“替代和转化”提高可再生能源应用比例。电能的方便传输和易于使用的特点使其在能源整体化应用中，将扮演纽带作用。

能源互联网需借助电力电子技术、信息技术实现各类集中式电源、分布式电源、储能装置、用电单元的能源流、信息流的互联互通，在允许新能源接入的同时，合理分配能源资源以提高能源利用率。其对现有技术提出了更高要求。某研究机构发布的《能源互联网白皮书》提出，能源互联网涉及的技术主要有：特高压、智能电网、可再生能源发电、微智能电网、智能发电用电储电技术设备、电动汽车充换电网络、家庭智能分布式电站、智能家电等。在上述技术领域中，此前智能电网、智慧城市、智能家居建设等领域已展开“各自为政”式的研究、开发与运用，互联网强势导入将是对此前研究、实践的联通、集成等。

当前，能源互联网多项核心技术仍有待突破。信息通信技术作为能源互联网的技术发展载体，能够解决能源技术本身面临的瓶颈和可持续发展等重要问题。首先需要一个极强的信息流处理能力，用来预测和监视消费者的需求变化、极端不稳定的能量生产供应变化（因为接入了大量风能、太阳能等“不靠谱”的清洁能源）。在供应侧，这个网络有大量分布式能源的接入，它们小、散且波动很大；另一方面，能源互联网消费者的数量也有着天文级的规模，他们彼此之间的消费特征同样千差万别。同时它还要指挥相应的能量调配部门完成上传与下载能源的分流与整合。仅实时掌握供应功率和需求功率的动态，加上短期预测，工作量就不会亚于重建一张信息互联网。

电力电子技术是实现能源互联网控制的主要手段，按照用户的需要以指定电压和频率控制电力的传输技术仍有待攻克。传统电力变压器不能对电压和电流进行连续调节和综合控制，电力电子变压器对能量转换与控制极具意义。电力电子变压器主要由电力电子变换器高频变压器和控制器等组成。在输送和配置环节，主要是规划发展好各级电网。特高压技术已成为成熟适用技术，是构建全球能源互联网的基础。可以预见的是，由于风电、太阳能发电相比传统电源，容量效益较小，还需要扩大灵活调节电源的建设规模；在大力发展风电、太阳能发电的情况下，相比传统发展模式，全球电力总装机将会大幅度增加，特高压电网、超高压电网、配电网的投资规模也将大幅度增加。

在发电环节，随着风电、太阳能发电的发展，需要同步规划建设运行好常规电源，并大力研发、示范、规模化应用新型储能电源。

近期，由国家能源局、工信部牵头的《能源互联网行动计划大纲》和12个支撑课题正式确定，标志着我国能源互联网建设进入实质性阶段。构建能源互联网在满足各国能源结构调整以及建设节能、低碳、环保电力系统需求的同时，也将改变当前电力工业的体系及格局，并对可再生能源的消纳、分布式电源的接入以及需求侧管理工作的开展都会产生积极的影响。作为第三次工业革命的核心内容能源互联网将会推动我国建立新的能源利用体系，进行能源产业生产、运输、消费以及相关政策措施的链式变革，向着节能、环保、低碳的方向发展。