能源互联网的概念探讨与其国家发展意义

刘明德，江阳阳

四川大学公共管理学院，四川成都610065

能源互联网的概念探讨与其国家发展意义

刘明德，江阳阳*

四川大学公共管理学院，四川成都610065

新能源和科学技术的迅猛发展，使得能源互联网构想成为“互联网＋”模式下能源行业发展的新趋向。从互联网的发展趋势来看，未来的能源互联网是以可再生能源为主的能源结构利用互联网的特性达到能源利用的互联共享、能源类型的相互转化以及信息技术和能源技术的相互结合。就对国家发展的意义而言，能源互联网具有保障能源安全、改善环境品质和民生、影响国际政治布局等方面的战略意义。当前，能源互联网的发展面临社会参与不高、可再生能源消费占比过低、制度支持不够、技术难关等挑战。要推进能源互联网的发展，亟需改变观念，普及可再生能源，完善市场机制，克服技术问题，制定能源互联网的中长期规划。

“互联网＋”；能源互联网；可再生能源；新能源；能源安全

刘明德，江阳阳．能源互联网的概念探讨与其国家发展意义[J]．西南石油大学学报：社会科学版，2016，18（2）：16–22．

Liu Mingde,Jiang Yangyang．An Analysis of the Concept of Energy Internet[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Social Sciences Edition，2016，18（2）：16–22．

引言

互联网技术以其灵活、覆盖范围广、互动简单以及强大的数据储存和分析能力成为与新能源技术有加成作用的载体。2008年美国国家科学基金（NSF）项目“未来可再生电力能源传输与管理系统”明确提出了能源互联网这一概念。能源互联网将能源系统结合互联网技术，使传统的能源供应和消费体系的效能得到革命性提升，大大改善了化石能源的弊端以及传统能源供应和消费环节的不足之处。美国趋势经济学家杰里米·里夫金在其著作《第三次工业革命》中把能源互联网称为未来新经济系统的五大支柱之一，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。”[1]如今，能源互联网已成为热词，各路专家学者讨论得非常激烈，但是对于能源互联网的定义及内涵一直呈现众说纷纭的态势，笔者将着力探索能源互联网这一概念的内涵以及能源互联网的战略意义。

1 能源互联网的概念界定

1.1 互联网及其特性

互联网是什么呢？互联网就是网络与网络之间所串连成的庞大网络。将计算机网络互相联接在一起的方法可称作“网络互联”，在这基础上发展出覆盖全世界的全球性互联网络称互联网，即是互相连接在一起的网络结构。互联网是计算机技术和通信技术的完美结合，这种结合所创造的效用远远大于这两个领域的简单叠加，成为人类信息流通的一种新工具，把人类社会带入数字化时代[2]。互联网具有开放性、交互性、即时性、容量无限性、简易快捷等特性，由此，互联网具备了联接一切的力量，成为跨界融合的推进器。而“互联网+”模式的兴起，则给整个人类带来了深刻的变革，涉及科技、医学、政府管理、经济和社会生活的各个领域。能源行业作为基础行业，与互联网的融合势在必行。因此，能源互联网也必须具有互联网的开放性、交互性、及时性、容量无限性和简易便捷等特性，否则便不是能源互联网，也就无法发挥它的威力。

1.2 对能源互联网的不同认识

自从2012年里夫金提出能源互联网以来，能源互联网概念在中国也产生了热烈的讨论。但什么是能源互联网？里夫金在《第三次工业革命》一书中提出的只是能源互联网的愿景，而没有给出能源互联网的明确定义。

目前，对于何谓“能源互联网”，学界存在三种观点：第一种观点认为能源互联网与之前的智能电网概念并不冲突。沈洲认为，“能源互联网与之前出现过的智能电网、坚强智能电网、智能配电网、微网、智能微电网等相关概念并不矛盾。可以这样认为，能源互联网是Internet式的智能电网”[3]。还有观点认为“能源互联网”作为第三次工业革命的支柱，已经自然排除了与煤炭、石油甚至天然气等不可再生能源的联系，也就是说这些能源绝不可能出现在“能源互联网”上，在“能源互联网”上流动和传输的只有由可再生能源转化来的电力，因为传输电力的网是电网，在一定意义上可称为智能电网[4]。能源互联网采用互联网技术加强电网系统的信息化和智能化，是运用互联网技术对智能电网的改良，强调信息技术改善电网中利用效率低、缺乏稳定性以及能源的有效配置等问题。笔者认为，该类观点可能太过于注重互联网的工具化作用，而忽视了信息能源一体化的显著优势，仅仅立足于能源网络本身的改进，没有真正注重能源网络和信息网络的深度融合，不符合互联网时代的观念和要求。实际上，能源互联网与智能电网有本质的区别，未来能源互联网也不会只是传输电力的网络，电网和电力系统将只是能源互联网的组成部分之一。

第二种观点主张：能源互联网是以新能源技术和信息技术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系。国网能源研究院冯庆东认同此说法，他指出，能源互联网“是以互联网技术为手段，以电力系统为基础，以接纳分散式可再生能源为主，采用先进的信息通信技术，通过对能源的系统管理，提高能源利用效率”[5]。于慎航认为，“所谓能源互联网是指通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，能够实现能量和信息流动的新型高效电网结构”[6]。曹红阳认为，“能源互联网是一种在现有电网基础上，通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能专职，能够实现能量和信息双向流动的电力对等互联共享网络”[7]。此种观点仍然以电力系统为基础，原因在于电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，未来能源基础设施在传输方面的主体必然还是电网，同时，“它把一个集中式的、单向的电网，转变成和更多的消费者互动的电网”[8]，在强调可再生能源利用的同时，又非常注重信息能源的结合，意识到能源和互联网结合的重要意义，要求充分运用先进的电子通信技术和信息技术，深度利用可再生能源，提高能源利用效率。然而这种观点依然存在问题。事实上，未来的能源与信息网络的结合必然产生席卷整个世界的强大力量，会影响到人们生活的方方面面，也会要求与各个领域互联互通。此观点认为未来能源互联网仅以能源和互联网为组成部分，而没有将其他能源相关系统纳入进来，在迅猛发展的现代社会中容易趋于僵化。

以上两种观点都是以电网为基础来认识能源互联网的内涵。目前，学术界还存在着另一类更加宽泛的观点，更加强调能源互联网的整体性和系统性，不仅是着眼于电网与能源、能源与用户的互联，还涉及生产、收集、输送、服务、消费侧和需求侧、多能源种类等的信息化。曹方超认为，“未来能源互联网应坚持问题导向，重点解决横向多源优化互补，即石化能源、风、光、电，一二次能源协调；纵向生产、运输、使用、储存链条在规划和运营层面的优化等两大问题[9]。这种观点认为能源互联网一方面要扩大纵向互联的内容，形成链条模式，各个环节都要重视，实现整体的信息化；另一方面要扩大横向连接网络体系的范围。曾鸣认为，“能源互联网是涵盖煤炭、石油、天然气以及公路和铁路运输等多类型网络系统的新型能源利用体系[10]”。也就是说，能源系统应扩大接入范围，要接纳更大量、更多种类的能源，建设多元化的能源供应网络，同时并入输送供应系统、信息收集分析系统等多类型网络。程帆认为，“能源互联网是在以该新型电力系统为核心，结合互联网的信息和通信技术，与天然气网络和供热网络等其他供能网络紧密耦合所形成的复杂多网流系统”[11]。这一说法虽然提出了多种供能网络的融合和转化，但是较为笼统，也没有提出更为宏观的多系统的互联，没有厘清它们之间的关系和架构，不能让人们很好地理解未来的能源互联网会呈现出什么样的模式。

1.3 能源互联网的内涵界说

以上三种关于能源互联网的定义都存在偏颇。我们在界定能源互联网的时候，需要以一种发展的角度去研究。当前，虽然能源互联网的主体可能是以电网和互联网为主，但随着科技和社会的迅猛发展，上述观点就会显得局限。笔者认为，未来能源互联网必然是多能源和跨网络的联接互通，有着十分丰富的内涵和外延。当前，能源互联网需要能源技术以及互联网技术作为基础，同时对其进行定义又需要考虑到能源互联网未来的无限可能。在未来，或许与能源有关的系统（如运输系统、建筑系统、交通系统、金融系统等），能源系统内部环节（如生产、储能、输送、消费服务等），各种能源系统之间（如油气系统、电力系统等）。这些都可以通过信息技术和互联网实现互联互通，并且涵盖的范围不断扩展。因此，笔者认为，将能源互联网是能源体系（system）内外的所有组成要素透过信息通信技术予以连接的运作模式。或者说，能源互联网是采用互联网理念和技术，以电力系统为纽带，以分布式可再生能源为主要能源来源，与其他和能源有关的系统紧密联系的新型能源利用体系，在能源的生产、收集、储存、输送、消费等环节以及与能源系统相关的网络系统中，依托先进的信息通信技术，通过信息和大能源圈的互联，借此大幅度提升能源利用效率，并最终达到能源转型的目的。这一概念界定有以下意涵：

第一，整个能源结构的置换，即未来的能源全部来自可再生能源，传统能源走入历史，而不是现在很多人所说的以传统能源为主的能源互联网，那是短视的做法。第二，互联网和信息技术的应用贯穿整个泛能源网络。能源互联网是互联网工具化后借助互联网的强大联接能力和巨大的信息容量连接起散布在全国各地的能源装置的信息数据（如图1），同时发挥其开放性的特点沟通起其他网络系统。第三，强调能源网络内环节的整体性。能源互联网是多种能源融合的网络（如图2），它以电力网络为主体，融合燃料（动力）、气（热力）等网络，能源类型可以互相转换，也就是电力、热力、动力之间可以互相转换，同时覆盖生产、收集、输送和需求侧等能源链的信息化和互联共享。第四，以电力系统为核心，以电网为基础，整合并升级现有电网。如图3，能源互联网在接入分布式可再生能源的同时与其他能源种类形成互补关系，与其他气能、生物质能系统相融合。第五，能源系统开放共享。能源互联网不仅有传统的供应能源的功能，而且重视信息的作用，数据储存分析技术和实时高效的双向信息数据交互技术将让能源共享成为可能。第六，形成以中国的能源互联网为中心的能源供给市场，并辐射到欧亚大陆。第七，分散而非集中供应的能源供给方式。一个个能源生产装置由网络以一定的规则相互联接，形成一个分散的但又密切联系的系统。第八，着眼于能源互联网的发展（如图4）。能源互联网运用移动互联网、物联网、大数据、云计算技术，可以将与能源有关的一切连接起来并协调互动，真正成为一个可以改变能源世界的生态圈。

图1 互联网和能源连接示意图

图2 异能源转换示意图

图3 各能源类型转换示意图

图4 各系统网络连接图

2 能源互联网的国家战略意义及挑战

当前，我国正处于能源体系的变革时期，传统的能源供应和消费结构不足以保障国家未来建设发展的需要。早日建立起能源互联网络，能够有效地改善我国能源状况，对我国整体发展具有以下战略意义。

2.1 能源互联网的国家战略意义

第一，缓解或解决能源短缺危机。能源互联网的发展能够显著提高能源利用效率，促进可再生能源更广泛的应用，有利于缓解甚至解决我国的能源危机，摆脱经济社会发展的困境。进入21世纪，全球性的能源危机依然没有得到有效化解，新兴经济体的能源需求拔高而全球范围内的能源储量连年下降。相对应的是，我国可再生能源开发潜力巨大且在能源利用中存在提高利用效率的巨大空间。能源互联网建设将逐步地调节能源的消费结构，从以化石能源为主过度到以可再生能源为主的新模式，并且由于先进的电子科技和信息技术的使用，能源互联网将能源供应方和消费者的距离缩短，可以根据需求侧数据更有效率地供给能源，从而减少能源的浪费。

第二，保障国家能源安全。当前我国主要能源严重依赖进口，石油对外依存度逼近60%[12]。由于中国跨国石油管道较少，同时铁路和公路运输又存在很大的局限性，因此其中90%的进口石油都是通过油轮从海上运输的，天然气运输也是如此。中国海路油气运输中85%的石油供应要通过马六甲海峡[13]，且海上运输可能会受到海盗、恐怖袭击的威胁，海上通道安全又掌握在美国手里，中国无论是对油轮还是对运输航线都没有控制权。此外，我国虽然正在积极建设跨国油气管道，但也同样面临着地缘政治和区域动荡的风险[14]。能源互联网的建设有利于消除其他国家对我国的限制与威胁，保障国家的能源安全。能源互联网还能积极地联起分布各处的可再生能源储能地，逐渐减少能源进口，最终实现能源的自给自足，甚至将过剩电力出口外销。

第三，减轻能源运输压力，降低运输成本。我国传统的能源运输体系主要包含公路、水路和铁路，能源运输量大约占全国各种运输方式总运量的一半。长期以来，在铁路主要干线的货运量中，煤炭占了很大比重，1998年我国铁路煤炭运量为6亿吨左右，到2013年已达到23.2亿吨，占铁路货物运输总量的58%，以至于铁路运输系统长期处于高负荷状态[15]。即使如此，铁路运输系统依然存在着不及时、成本高等问题，不能满足全国各地对能源运输的要求。能源互联网主张采用可再生能源并网输电，降低化石能源的使用和运输，使用更加快速高效的能源输送方式，从而缓解能源运输压力，降低能源使用成本。

第四，改善环境品质，助力可持续发展。当前我国环境状况十分恶劣，采取措施刻不容缓。建设以可再生能源为基础的能源互联网，可以显著减少化石能源的消耗以及由此产生的环境污染物，降低燃料废气、汽车尾气等污染物排放，从而大幅度地改善我国的环境质量。

第五，改善民生，提升民众幸福感。能源互联网将促进我国能源工业更新升级，降低能源生产和运输成本，使能源的消费更加低廉。同时将引入市场竞争，促使能源部门和行业服务质量的改善，而提高人民的生活质量。得益于能源互联网，普通民众也可以作为能源市场主体参与到能源交易当中，作为消费者，将自己的需求直接表达出来，选择更加便利更加人性化的消费方式；而作为供应者，可以将自己不需要的能源通过能源互联网销售出去，减少能源的闲置并且实现经济效益。

第六，构建新型能源消费模式和智能生活方式。藉由互联网的串连，整个能源系统中的一级能源、网状通路、二级能源（如暖气、汽油、电力等）以及消费者，彼此都能交换信息，而且依靠智能协调去优化整个过程。原本是被动的单向沟通的能源消费过程，将转变成市场导向、互动、以服务为本和去中心化的过程。利用智能家居、智能建筑物和智能测量仪器，就能帮助个人、住家、公共部门、私人部门减少能源消耗或者避开用量高峰期甚至避开各种可能困境。此外，藉由互联网，分散各地的可再生能源可以提供更加稳定和高质量的能量供应。

第七，占领能源互联网技术制高点。在能源互联网建设还处于探索阶段的今天，不可否认的是，互联网技术与新能源技术的结合，将对未来的能源体系带来革命性的变化。目前美国和德国正在积极倡导能源互联网，我国也应该加快步伐。光大国际陈涛向《经济》记者介绍称，“这块骨头虽然难啃，却是战略制高点，应该尽快抢占，它能推动我国高科技企业在这次新的工业革命中成为国际顶尖参与者”[10]。21世纪的工业革命很可能依然以动力革命为开端，届时可再生能源和新型能源利用模式将改变全世界长久以来的发展动力局限，如果能率先占领技术高地，将改变我国长久以来处于后发地位的劣势，增强国家的竞争力。

第八，促进欧亚国家的利益整合。欧亚大陆在地缘政治中的地位不言而喻，欧亚各国都是我国需要争取的战略伙伴。加速发展国内的能源互联网，可以率先建立起一个以我国的能源互联网为中心的能源供给网络。利用网络的放射性将其对外辐射到欧亚大陆国家，这样就能够产生以能源为主的共同利益，增加中国的话语权，促进欧亚各国间的利益整合，对我国的国家安全和发展都极具战略意义。

2.2 我国能源互联网建设面临的挑战

尽管能源互联网市场前景广阔，对于国家发展也具有极其重要的战略性意义，但不可否认的是，由于能源互联网属于前沿领域，设想并不完善，技术也尚未达到要求，当前我国要加强能源互联网建设，主要有以下挑战。

第一，缺乏积极的社会参与。能源互联网强调开放、共享、互联，只有每个主体积极参与，才能发挥出实时高效的应有作用。然而，大部分国人对新型能源消费模式的认识不够深刻，对环境安全的要求不够高，以至于能源互联网建设虽然喊得震天响，但事实上仍处于非常初级的发展阶段，这对能源互联网的后续应用和完善十分不利。

第二，可再生能源消费占比过低。开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全、应对气候变化的重要措施，也是未来构建能源互联网的关键性环节，然而我国可再生能源利用率非常低且利用结构不合理。根据国家可再生能源中心统计，2013年我国非化石能源利用总量为4.05亿吨标准煤，占一次能源消费量的11.5%。其中大型水力发电占比过大，考虑其存在的破坏生态与人文环境等因素，如果扣除大水电部分，则我国可再生能源占一次能源消费量的比重仅为1.3%左右[16]。如何加快可再生能源的发展进程，扩大可再生能源的消费比重是面临的重要挑战。

第三，缺乏制度层面的扶持。能源互联网的发展势必将多方主体引入能源领域，但是目前我国能源行业仍属于国家宏观调控的重点领域。尽管之前的电力体制改革放宽了民营企业进入售电领域的门槛，但步伐较小，民间参与的通道并不明朗，而同期德国已实行了“厂网分开、输配分开、配售分开和电力交易，实现了四位一体的100%的电力市场自由化”[17]。所以能源互联网的建立和发展还需要国家放松对相关领域和行业的管制。

第四，需要技术层面支撑。一方面，可再生能源发电技术虽取得成果，但依然存在存储和控制等方面的问题，同时如何将来自众多分布式能量源的电能并入电网也是对现有技术的巨大挑战，需要更加高效缜密的电网。另一方面，能源互联网对网络信息技术和通信技术提出了很高的要求。能源体系信息化需要一个能源信息可实时汇总、处理、分析与决策的管理系统。同时，能源互联网是能源网络和信息网络互联共享形成的交互网络，其安全可靠性也是需要考虑的问题[18]。总之，能源互联网的产业化进程还有很长的路要走。

3 对我国发展能源互联网的几点建议

当今社会，科技进步对社会各领域的推动速度和力度往往超出人们的想象，各行各业都因此发生了颠覆性的变化。在我国正亟需建立新型能源利用体系的关键时期，作为第三次工业革命的核心内容，能源互联网将推动我国能源产业的结构、理念、设施和传统环节的链式变革，我国需要抓住这一发展契机。但是，能源互联网是一套集技术变革、政策措施完善、市场化、能源消费模式与观念转变的复杂体系[19]，为更好地促进能源互联网的建设和发展，国家应积极采取以下措施。

第一，明确能源互联网的发展路线和轨迹，制定适合我国长远发展的能源互联网络体系规划。能源安全形势的紧迫性和各国能源状况的不同，决定了我国需要开拓出适合我国国情的能源互联网模式，制定出发展能源互联网的路线图和清晰明确的行动纲领。

第二，普及可再生能源的使用。可再生能源不普及，能源互联网就无法发挥它的威力。目前我国可再生能源消费占比过低，有必要加速可再生能源的开发，这有利于缓解我国严峻的能源状况，同时能够扩大能源互联网的能量源[20]。国家应制定可再生能源中长期规划，选择重点能源优先发展，然后以点带面，实现可再生能源的全面发展。

第三，突破能源互联网中的关键性技术难题。提高我国能源互联网发展所需要的技术能力，为我国能源互联网建设提供更为有力的技术支撑和储备是当前极为重要的事情。能源互联网由以“大数据”“云计算”为支撑的信息数据交换技术、分布式新能源发电控制技术等一系列尖端技术为依托，其中很多技术还远未成熟，需要国家集中一切科技力量去解决能源互联网建设中的技术障碍，这样才能早日实现能源互联网的构想。

第四，完善市场机制。能源互联网具有高度开放和共享的特点，这在很大程度上取决于政策和市场的开放自由程度。政府必须完善相关的政策制度，建立一个鼓励竞争、低门槛准入的市场机制，防止出现市场垄断，以政策形式扶持能源市场的自由化。

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编辑：文彦元

编辑部网址：http：//sk.swpuxb.com

An Analysis of the Concept of Energy Internet

Liu Mingde,Jiang Yangyang*
School of Public Administration，Sichuan University，Chengdu Sichuan，610500，China

With the rapid development of new energy and Internet science and technology，energy Internet is becoming a new trendoftheenergyindustryunderthemodeof“InternetPlus”.SeenfromthetrendofInternetdevelopment，theenergyInternet will be renewable energy oriented.It will realize the connection and sharing of energy utilization，the transformation of energy type，and the combination of information and energy technology.Energy Internet is of strategic significance in ensuring energy security，in improving the quality of environment and people’s well-being，and in affecting the international political setup. However，the development of energy Internet is now confronted with many challenges:lack of social participation，inadequate renewable energy consumption，insufficient policy support and technical barriers.In order to impel the development of energy Internet，it is necessary to change the traditional ideas on energy and popularize the renewable energy，to improve the market mechanism and overcome the technological difficulties.A medium-and-long term plan for energy Internet development is also necessary.

Internet plus；energy Internet；renewable energy；new energy；energy security

10.11885/j.issn.1674-5094.2015.12.07.01

1674-5094（2016）02-0016-07

F206

A

2015–12–07

刘明德（1969–），男（汉族），台湾台南人，副教授，博士，研究方向：能源政策、环境政策。

江阳阳（1992–），男（汉族），安徽安庆人，硕士研究生，研究方向：能源政策、环境政策。

中央高校基本科研业务费海外优秀博士科研资助计划项目（SKYB201307）。