国际能源互联网推进历程与启示

张一轩

上海市发展改革研究院

国际能源互联网推进历程与启示

张一轩

上海市发展改革研究院

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，有助于建设安全、清洁、高效、可持续的能源系统。本文梳理了国内外对能源互联网内涵的理解，美国与德国政府对能源互联网及智能电网的推进历程，并在此基础上提出我国应抓住能源互联网这一产业发展新形态，鼓励各类主体探索创新，实现能源和互联网的融合发展。

国际经验；能源互联网；启示

能源互联网作为能源和互联网融合的产业新形态，其在能源系统安全、清洁、高效、可持续等方面带来的积极影响与能源革命大背景相呼应。2015年3月，我国政府工作报告中首次提到“互联网+”行动计划，“互联网+”智慧能源（也称能源互联网）的概念逐步凸显。2016年2月，国家三部委联合出台《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》（发改能源[2016]392号），指出“互联网+”智慧能源（以下简称能源互联网）是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。随后国家连续出台文件，社会各界对“互联网+”智慧能源关注度不断上升，当前处于市场积极响应、技术不断创新、示范项目摸索落地的阶段。为借鉴国际先行经验、助力我国能源互联网产业发展，笔者梳理了国内外行业对能源互联网的理解，分析了美国与德国政府对能源互联网及智能电网的推进历程，得出了相应的启示。

1 能源互联网的内涵与范畴

世界范围内不同国家的不同主体从多个角度诠释了能源互联网，主要有美国的“Energy Internet（能源互联网）”和特征类似的“Smart Grid（智能电网）”,德国的“Internet of Energy（能源的互联网）”,中国国家电网公司的“全球能源互联网”以及中国政府提出的“互联网+智慧能源”。

美国能源部对智能电网定义是“一个完全自动化的电力传输网络，能够监视和控制每个用户和电网节点，保证从电厂到终端用户整个输配电过程中所有节点之间的信息和电能的双向流动”[1]。智能电网的主要特征包括主动防护、主动修复、消纳多来源的电能、协助用户进行能源管理等，这些特征与能源互联网在电力系统的应用较为类似。

美国北卡罗来纳州立大学的Alex Huang（黄勤）教授于2007年提出了“能源互联网（Energy Internet）”的技术概念[2]，能源互联网被描述为一个“创新的电力分配基础设施”、“在民用配电网层面为用户提供灵活的能源共享的系统”[3]。

德国联邦经济及科技部（BMWi）在《E-Energy——以信息通讯技术为基础的未来能源系统》（2008）的项目手册中，将能源互联网描述为“能够使得电力市场信息处理、交互、支付更加迅捷方便；通过端到端的数字网络进行能源基础设施的智能监测、控制和管理；连接能源基础设施与电子化交易市场，推进能源供应的高效化、迅捷化与透明化”[4]，号召进行“能源的互联网（Internet of Energy）”的系统理念和整体思路的研究[5]。

2014年7月，中国国家电网公司率先提出构建全球能源互联网，将其定义为“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，是清洁能源在全球范围大规模开发、配置、利用的基础平台，实质就是‘特高压电网+智能电网+清洁能源’”[6]。

2016年2月，我国国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》（发改能源[2016]392号），对能源互联网提出明确定义：“互联网+”智慧能源（以下简称能源互联网）是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征[7]。2016年8月，国家能源局下发《关于组织实施“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目的通知》（国能科技[2016]200号），提出将开展综合和典型创新模式的两类能源互联网试点示范[8]。2017年3月，首批56个入选项目公布。项目分布在23个省市区，其中北京、江苏、上海、广东在数量上领跑全国[9]。

可以看出，我国提出的能源互联网概念内涵丰富、宽泛包容，没有指定发展框架，在鼓励创新和倡导合作共赢方面尤为突出：既鼓励利用互联网理念解决弃风弃水等现有能源系统问题，也鼓励在工业、商业、交通、农业、金融等不同行业，在大型建筑、场馆、园区、岛屿、城镇等不同规模探索与能源互联网融合发展新途径，开展能源互联网技术应用、商业模式和政策创新试点等。

2 能源互联网的国际推进历程与案例分析

放眼国际，世界范围内都在积极进行能源互联网的尝试，各国探索路径和发展程度不一。欧美地区起步较早，创新活跃，具有扎实的能源和信息领域的技术储备，新技术新模式层出不穷。其中美国的智能电网与德国的E-Energy项目在保障能源系统安全、高效、环境友好等方面与我国政府提出的能源互联网具有颇多相似点。本章重点分析了两国在技术攻关、项目示范和机制保障等方面的推进历程。

2.1 美国智能电网推进历程

美国幅员辽阔，电网和油气管网历史悠久，部分能源基础设施较为脆弱。在经历了大规模停电事件后，美国政府将建设智能电网提升为国家战略，重点通过先进的传感技术、设备技术以及决策支持系统等技术的应用，保障电力供应的安全高效[10]。见图1。

美国的智能电网发展可以大致分为三个阶段。（1）早期研究阶段（1998-2007年）。1998年美国电科院（EPRI）提出智能电网的雏形“Intelli Grid”。此后能源部进行一系列研究，发布报告如《国家输电网研究(2002)》、《Grid 2030——美国电力系统下一个百年的国家愿景(2003)》、《国家电力传输技术路线图(2004)》、《电力输送系统升级战略规划(2007)》等，为后续的智能电网建设提供了良好的基础[11]。 （2）立法保障阶段（2007-2009年）。2007年12月议会通过《能源独立和安全法案（EISA2007）》，该法案为美国能源部推进智能电网建设提供了相应的法律依据。2009年奥巴马签署《美国恢复和再投资法案（ARRA2009）》，该法案对美国智能电网的发展从框架到细节都做了明确的规定。（3）稳步推进阶段（2009至今）。《美国恢复和再投资法案（ARRA2009）》正式生效后，能源部获得45亿美元的资金用以电网的现代化改造，改造计划分为智能电网投资补助项目（SGIG）[12]和智能电网示范项目（SGDP）[13]。

图1 美国恢复和再投资法案智能电网建设框架

在当前的稳步推进阶段，推进政策可分为SGIG+SGDP+其他配套政策三大方面。

（1）夯实基础，SGIG关注以既有技术储备提升电网运行状况。一方面，该项目拨款34亿美元补贴国家智能电网输送和输配系统的现代化建设，包括智能电表基础设施建设、智能电网设备制造以及用户侧系统、输电系统和配电系统的升级[12]。另一方面，政府强制规定所有接收补贴的电力供应商必须进行消费者行为研究，旨在通过严格的统计方法让企业更深入地了解用户侧的行为对尖峰时段电力需求的影响[12]。

（2）技术攻关，SGDP关注对先进智能电网技术的开发和应用。示范项目的预算高达6.15亿美元，有两类项目可以得到批准。一是区域性智能电网示范项目，该项目必须用以验证电网稳定性、量化电网收益，其商业模式必须可以在更大范围内复制推广[13]。二是储能技术项目，该项目包括电池、飞轮、压缩空气等技术，研究削峰填谷、转速控制、频率调节、分布式能源应用和新能源的电网消纳[13]。

（3）机制护航，政策支持关注行政程序、规范标准、人力资源培养。一是破除简化行政流程。2009年10月，包括财政部、能源部和白宫的9个政府部门联合签署谅解备忘录，确保简化输电线路建设的审批流程、协调一致。二是制定相关标准，弥补智能电网领域的缺失。由美国国家标准与技术研究所（NIST）牵头撰写发布了智能电网互操作性标准和网络安全标准的框架及路线图，为以后更详细的标准制定指明方向[14]。三是培养各类劳动力。联邦政府向高校、企业等拨款逾9 500万美元，用来培训智能电网导向的劳动力和高等人才[15]。

对于美国国内,能源互联网政策一方面有利于带动新的现代化产业技术和基础设施建设，助力美国重振经济，扩大就业[16]；另一方面则是提升能源使用效率，减少对国际原油的依赖，保证美国的能源安全。

2.2 德国E-Energy项目

欧洲地区的能源互联网发展处在全面提升能源清洁化的大背景下，与能源转型和电力市场化改革进程联系紧密，其中德国走在前列，在解决可再生能源的大规模消纳障碍和推动电力市场灵活交易做了大量的努力。当前能源领域呈现出老牌企业积极转型、售电领域主体活跃的状态，绿能消费、需求响应、邻里买卖电等技术已经在现实场景运用。

（1）E-Energy推进历程

2008年德国联邦经济技术部通过技术竞争挑选了6个试点地区，进行了为期4年的E-Energy技术创新促进项目。以6个项目为抓手落地实践，推动企业和各个地区积极参以建立信息通讯技术（ICT）为基础的高效能源系统，鼓励企业进行“能源的互联网”的尝试[5]，尤其是优化能源系统，打破供需信息不对称，引导消费者错峰用能，为可再生能源的大规模消纳提供解决方案。该项目包括智能发电、智能电网、智能消费和智能储能4个方面，共补贴1.4万亿欧元[4]。共同目标是通过信息通讯技术和灵活的价格机制。见图2。

（2）E-Energy试点项目评价

图2 德国E-Energy计划六个试点地区分布[4]

E-Energy项目是德国联邦政府“里程碑式的项目”，挑选出的六个项目均达到了预期的效果，涵盖了智慧城市、多能互补、大规模清洁能源消纳、灵活的电价机制、能源市场交易等多种形式，各具特色却又殊途同归，从不同侧重验证了能源互联网的可行性（见表1）。

3 国际能源互联网发展启示

在上述政策推动下，美国和德国市场上创新商业模式迭出，创新主体多元，能源、互联网乃至跨界企业纷纷从大数据、云计算、电动汽车、需求响应等角度切入能源互联网积极布局。究其原因，主要有三个方面：

（1）政策层面，推进电力体制改革形成开放的政策空间

表1 德国E-Energy计划六个试点地区简介[5][17][18]

在推进能源互联网的同时，电力市场改革也在美国和德国展开。在美国，大多数区域电力市场已经进行改革，并形成了竞争性批发市场；在德国，输电环节已经从最初的九家大企业中全部剥离，向着更灵活的电价机制、更高效的供需互动、更安全的保障系统努力。电力市场化改革打破了能源行业相对闭塞的行业格局，为能源互联网的发展创造了政策环境，降低了进入门槛，并为创新企业提供了生长空间。两国能源互联网技术和商业模式的蓬勃涌现与电改息息相关。

（2）技术层面，利用互联网和ICT技术不断优化能源系统

美国和德国的信息技术基础设施、产业发展和技术应用都具备全球领先优势，互联网的蓬勃发展为各行各业、尤其是能源行业的信息化提升提供了技术支撑。云计算、大数据等技术突破显著提升了能源产业各个环节的效率，降低了系统成本，并为供需双方互联互通、信息精准匹配打下基础。

（3）商业层面，关注用户诉求探索能源生产和消费新模式

随着能源供需双方的互动升级，能源互联网更加关注用户端，美国和德国的市场上出现了基于用户诉求的全新商业模式。如美国Tesla致力于构建全新分布式能源系统，Opower结合心理学和大数据引导用户需求响应，德国Sonnen搭建社区太阳能交易平台等。用户拥有更多的选择权，用能智能化水平不断提升，绿色、低碳、个性的用能要求达到满足，从消费侧推动了能源互联网的发展。

4 结语

以能源革命为大背景，我国电力体制改革和油气体制改革也在持续推进。当前我国政策、技术、资本、人才已聚成合力，能源互联网迎来发展风口。为此，我们建议下一步抓住改革契机，借鉴国际能源互联网行业的先行推进经验，积极鼓励各类主体对能源互联网新技术新模式进行探索尝试，走出中国互联网与能源融合的创新之路。

（1）政策层面，鼓励能源互联网与其他产业相统筹的顶层设计

互联网包罗万象、能源系统严谨复杂，这两者完美的融合需要市场机制推动和顶层的精心规划。未来能源互联后形成的开放网络将有海量的能源数据、更多元的责任主体、更丰富的商业模式，大量的企业会在试点示范的时期进行创新模式的尝试和优化，市场试错在原有体制机制下可能遭遇瓶颈，同时能源安全和信息安全也会受到冲击。因此，各个级别包括园区、城市乃至全国、全球能源互联网的发展均要与其他产业如大数据、交通等产业规划统筹考虑、协同支撑。

（2）技术层面，鼓励引入互联网思维解决能源系统的现有问题

从能源供应侧的角度，近年来我国能源结构性矛盾突出、可再生能源发展面临多重瓶颈、能源清洁替代任务艰巨。从能源需求侧的角度，消费者用能水平持续提升、诉求不断升级。要积极鼓励利用互联网思维，通过云计算、大数据、需求响应等技术实现供需双方互联互通、信息精准匹配，实现能源供应与市场的对接，有效提升效率、降低成本，促进能源结构合理调整以及污染物和碳排放水平控制。

（3）商业层面，鼓励各类业态模式在能源互联网领域大胆创新

当前我国能源互联网创新条件已经形成，创新经济不断兴起、悄然壮大。在能源领域，新能源企业、电动车企业等正蓬勃发展，新兴商业模式层出不穷。在互联网领域，互联网技术的迅猛发展为产业更广泛、更深刻的数字化打开了空间。新技术的涌现将主动推动能源领域新技术的使用，促进创新业态形成。要鼓励企业大胆创新，尤其是针对用户侧能源诉求，在更加经济普惠的能源套餐、绿色低碳的能源供给和个性化的能源服务等方面打造基于消费的能源供应新模式。

参考文献

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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

张一轩：上海市发展改革研究院能源交通研究所，从事能源环保、电力市场和体制改革等领域研究。