摘要：通過解析能源互聯(lián)網的概念，分析了發(fā)展能源互聯(lián)網的可行性，提出基于大數據與云計算、基于分布式能源的2種能源互聯(lián)網模式將形成新的創(chuàng)新、新的業(yè)態(tài)，能夠解決能源與環(huán)境的問題?；诖髷祿c云計算的大型能源互聯(lián)網，是能源系統(tǒng)未來發(fā)展的遠景目標，需要一個實現的過程；而基于分布式能源的微型能源互聯(lián)網，更加符合當前電力系統(tǒng)發(fā)展實際，已經在我國具備一定的實踐基礎，并將成為當下能源系統(tǒng)發(fā)展的重點。
關鍵詞：能源互聯(lián)網；大數據；云計算；分布式能源
0引言
在漫長的人類歷史長河中，人類文明經歷了原始文明、農業(yè)文明、工業(yè)文明3個階段。蒸汽機的發(fā)明、煤炭的開發(fā)利用，使人類社會進入工業(yè)文明。300年的工業(yè)文明以人類征服自然為主要特征，世界工業(yè)化的發(fā)展使征服自然的文化達到極致。但是，煤炭、石油等化石能源的高度開發(fā)利用，也導致了資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴重、生態(tài)系統(tǒng)退化、發(fā)展與人口資源環(huán)境之間的矛盾日益突出等一系列全球性的生態(tài)危機，需要開創(chuàng)一個新的文明形態(tài)來延續(xù)人類的生存，這就是“生態(tài)文明”?？梢钥闯?，人類社會文明發(fā)展史同能源的變革史緊密聯(lián)系、不可分割，要促進生態(tài)文明建設，首先需要改變能源的開發(fā)利用方式，解決能源和環(huán)境問題。
能源與環(huán)境問題，是指能源的利用使人類物質生活不斷得到改善的同時，卻逐漸惡化了人類生存環(huán)境這一矛盾，它與高端制造業(yè)、互聯(lián)網融合并稱當今世界三大挑戰(zhàn)。人類在謀求可持續(xù)發(fā)展的過程中必須解決好這個矛盾。實踐證明，我國現有能源發(fā)展體系能源效率低下、結構問題突出，難以徹底解決能源與環(huán)境的問題。近年來，隨著新能源和信息網絡技術的迅速發(fā)展，一種新的能源發(fā)展體系得到普遍認可，為解決能源與環(huán)境問題提供了合理可行的途徑，即能源互聯(lián)網（Energy Internet）。
1能源互聯(lián)網的概念
能源互聯(lián)網的概念最早由文獻［1］于2004年提出，文中提出要借鑒互聯(lián)網的特點，通過分布式微電網等方式，將傳統(tǒng)電網轉變?yōu)橹悄芑?、具有快速響應和自愈能力的數字網絡。美國國家科學基金資助的FREEDM項目（即未來可再生電力能源傳輸與管理系統(tǒng)）［2］建立了未來可再生能源發(fā)電和管理研究中心，研究可實現分布式設備即插即用的新一代電力系統(tǒng)，并以此作為能源互聯(lián)網的原型。德國聯(lián)邦經濟技術部與環(huán)境部在智能電網的基礎上推出E-Energy［3］，提出打造新型能源網絡，在整個能源供應體系中實現綜合數字化互聯(lián)以及計算機控制和監(jiān)測的目標，充分利用信息和通信技術開發(fā)新的解決方案，以滿足未來以分布式能源供應結構為特點的電力系統(tǒng)的需求。美國學者Krause等于2011年提出了能源樞紐（energy hub）的概念［4］，稱其為由能源轉化設備和儲能設備構成、能實現多種能源相互轉化和存儲的虛擬實體，可用于對包括發(fā)電廠、變電站、工廠、大型建筑、微電網等在內的各種物理實體的建模，可作為未來集成電力、天然氣及其他能源形式的多能源網絡系統(tǒng)的建模工具。美國學者杰里米•里夫金于2011年指出能源互聯(lián)網應具有以下四大特征［5］：①以可再生能源為主要一次能源；②支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲能系統(tǒng)接入；③基于互聯(lián)網技術實現廣域能源共享；④支持交通系統(tǒng)由燃油汽車向電動汽車轉變。
我國學者在西方國家研究的基礎上，對能源互聯(lián)網的概念提出了自己的見解。文獻［6］認為能源互聯(lián)網是綜合運用先進的電力電子技術、信息技術和智能管理技術，將大量由分布式能量采集裝置、分布式能量儲存裝置和各種類型負載構成的新型電力網絡節(jié)點互聯(lián)起來，以實現能量雙向流動的能量對等交換與共享網絡。文獻［7］指出能源互聯(lián)網是以互聯(lián)網理念構建的新型信息-能源融合“廣域網”，它以大電網為“主干網”，以微電網、分布式能源等能量自治單元為“局域網”，以開放對等的信息-能源一體化架構真正實現能源的雙向按需傳輸和動態(tài)平衡使用，因此可以最大限度地適應新能源的接入。文獻［8］認為能源互聯(lián)網是以電力系統(tǒng)為核心、以互聯(lián)網及其他前沿信息技術為基礎、以分布式可再生能源為主要一次能源，與天然氣網絡、交通網絡等其他系統(tǒng)緊密耦合而形成的復雜多網流系統(tǒng)。國家電網公司提出“全球能源互聯(lián)網”［9］，其理念是利用特高壓技術，將全球的能源聯(lián)系在一起。
從上述研究可以看出，能源互聯(lián)網與電力系統(tǒng)有著不可分割的聯(lián)系：能源互聯(lián)網來源于智能電網（Smart Grid），是智能電網的升級版。智能電網是為了實現可再生能源及分布式能源友好接入、低碳發(fā)展、高效利用，在配電網低端電壓等級的范疇內，用信息技術和控制技術使電力系統(tǒng)的發(fā)電端和用戶端達到融合，推動電力系統(tǒng)低碳環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展。文獻［8］指出，能源互聯(lián)網與智能電網的區(qū)別在于物理實體、能量傳輸和使用形式、能量的消納方式以及信息傳遞技術的不同。
綜上所述，結合中國能源發(fā)展特別是電力系統(tǒng)發(fā)展實際，本文認為，能源互聯(lián)網是以智能電網為基礎，運用互聯(lián)網思維，利用大數據與云計算技術，將電力系統(tǒng)硬資產與軟資產相融合，支持傳統(tǒng)發(fā)電機組、分布式能源的友好接入、智能管理，建立信息平臺和虛擬電廠，創(chuàng)新能源、金融服務營銷體系，實現綠色低碳、經濟高效、開放對等的多種能源互補的能源網絡。
2發(fā)展能源互聯(lián)網的可行性
從能源互聯(lián)網的概念可以看出，能源互聯(lián)網遵循事物發(fā)展的客觀規(guī)律，符合“3E”評判標準；同時，能夠大幅度地提高能源效率，根本解決發(fā)電系統(tǒng)的“三性”問題。
2.1遵循客觀規(guī)律，符合“3E”評判標準
一個新生事物是否能夠具有長久生命力并被認可，必須符合歷史唯物主義和辯證唯物主義發(fā)展規(guī)律。在此提出“3E”標準來進行判斷，即效率（Efficiency）、經濟（Economy）和環(huán)保（Environmental）。效率指給定投入，對經濟資源能帶來最大可能性的滿足程度的利用，即要達到高效率；經濟是生產或生活上的節(jié)約、節(jié)儉，用最少的投入獲取最大的收益，即要符合經濟性；環(huán)保指能夠降低對環(huán)境的污染，提高環(huán)境質量，即要符合環(huán)境友好。“3E”標準說明事物只有同時符合高效率、經濟性、環(huán)保性3個標準，才是符合歷史唯物主義和辯證唯物主義發(fā)展規(guī)律的，才能具有長久的生命力。
能源互聯(lián)網通過利用大數據與云計算技術，將電力系統(tǒng)硬資產與軟資產相融合，能夠極大提高電力資產的應用效率，符合高效率的標準；支持傳統(tǒng)發(fā)電機組、分布式能源的友好接入和智能管理，建立信息共享平臺和虛擬電量銀行，創(chuàng)新能源、金融服務營銷體系，能夠大幅度降低生產成本、提高經濟效益，符合經濟性的標準；同時，提供多種清潔、低碳的能源產品，符合環(huán)保性的標準。因此，能源互聯(lián)網能夠提高效率、降低成本、減少排放，完全符合“3E”標準，是能源體系進一步發(fā)展的必由之路。
2.2大幅度提高能源效率
發(fā)電系統(tǒng)的廠房、設備資產通常被稱為硬資產，我國現有的發(fā)電系統(tǒng)硬資產已經具備相當規(guī)模。到2014年底，發(fā)電裝機容量達到1.36×109kW，居世界第一。但是，發(fā)電產品單一、轉換效率低下，一直影響著發(fā)電系統(tǒng)的整體能效。而我國大型燃煤電站已經全部采用 DCS控制系統(tǒng)，配置了SIS和MIS系統(tǒng)，并通過數據網絡與發(fā)電集團總部聯(lián)接，形成龐大的發(fā)電系統(tǒng)軟資產。但是目前各發(fā)電集團對于軟資產的開發(fā)利用十分有限，功能單一、效率低下。
如果能將軟資產結合應用，通過數據分析與計算，提高決策能力、提升管理效率，將極大提高發(fā)電機組能效。同時，信息技術、發(fā)電技術融合而形成的智能管理，將能更合理地調度發(fā)電機組，提高發(fā)電機組利用小時數，減少能源浪費，提高能源效率。另外，分布式能源的友好接入，冷源、熱源、電力、水力等多種能源的供應，能大幅度提高能源的轉換效率。因此，能源互聯(lián)網是提高能源效率的必要手段。
2.3根本解決發(fā)電系統(tǒng)“三性”問題
發(fā)電系統(tǒng)在發(fā)展過程中，始終有“三性”問題未能解決，特別是新的電力體制改革后，發(fā)電行業(yè)即將形成完全競爭市場，解決“三性”問題對于發(fā)電企業(yè)而言成為重中之重。一是“為民性”，即如何實現以客戶為中心，隨時隨地為客戶服務；二是“開放性”，即發(fā)電企業(yè)與客戶信息不對稱、不開放，難以有效傳遞；三是“互動性”，也可稱為“參與性”，即發(fā)電企業(yè)與客戶之間的互動不通、溝通不暢、參與不強。
“三性”問題主要是發(fā)電企業(yè)與客戶之間的信息交流、溝通服務存在障礙，其關鍵在于沒有一個交流和溝通的平臺。基于大數據與云計算的能源互聯(lián)網，融合協(xié)調了發(fā)電系統(tǒng)中的硬資產與軟資產，可以開發(fā)出信息共享平臺以及虛擬電量銀行，通過共享平臺使得企業(yè)與客戶之間能夠進行信息的充分交流與溝通，虛擬電量銀行讓客戶及時了解企業(yè)的生產經營狀況，從而可以及時了解、互聯(lián)互動、相互選擇，真正實現按需營銷、供需共贏、提高能效的目標，從根本上解決“三性”問題。
3能源互聯(lián)網的發(fā)展模式
從當前能源互聯(lián)網的研究、實踐來看，普遍認為有3種模式。其一是全球能源互聯(lián)網，根據能源互聯(lián)網的概念及“3E”標準來判斷，全球能源互聯(lián)網并不完全符合效率性、經濟性、環(huán)保性的標準，對信息技術的高端運用也不夠多，可以認為是全球電網的物理互聯(lián)。本文認為，能源互聯(lián)網以下述2種模式為主。
3.1基于大數據和云計算的能源互聯(lián)網模式
現有發(fā)電集團一般由基層發(fā)電企業(yè)和集團總部構成。發(fā)電企業(yè)，包括傳統(tǒng)能源、新能源企業(yè)，擁有巨額投資的發(fā)電設備等硬資產，通過DCS、MIS等控制系統(tǒng)，將硬資產聯(lián)接成系列化模塊，產生巨大的生產、經營、技術數據，構成源頭生成、數據采集、互聯(lián)互通的數據模式和數據結構，這些集成的數據結構又通過互聯(lián)網與集團總部相連。但是，這些海量的基礎數據，僅僅用于數據生成和生產監(jiān)視，造成大量信息數據的浪費；同時硬資產的應用效率低下，造成能源效率水平較低，難以實現和創(chuàng)造新的價值。能源企業(yè)（包括電網公司）都存在這樣的問題。
如何對這些硬資產、軟資產加以分析、利用，通過軟資產管理提高能源效率，實現向客戶開放、向市場開放，創(chuàng)造新的生產模式、營銷模式，創(chuàng)造出新的價值，是能源互聯(lián)網要解決的關鍵問題?；诖髷祿驮朴嬎愕哪茉椿ヂ?lián)網模式，將通過數據分析，為發(fā)電集團提供決策依據，提高管理和生產效率，降低能耗水平；為發(fā)電企業(yè)和用電客戶提供一個廣闊的、開放的信息平臺，使雙方能夠在平臺上共享各種信息；建設虛擬電廠和電量銀行，通過企業(yè)與客戶互相選擇，提供網絡營銷和金融服務，提高發(fā)電機組利用小時，提升能效與效益，改變生產模式，產生新業(yè)態(tài)。
如圖1所示，基于大數據和云計算的能源互聯(lián)網，由政府、發(fā)電集團總部、基層發(fā)電企業(yè)、客戶四大主體和信息平臺、虛擬電廠、決策體系三大信息系統(tǒng)構成，而構成整個網絡系統(tǒng)的基礎是大數據與云計算的應用。發(fā)電企業(yè)的軟資產經過大數據分析與云計算，通過互聯(lián)網形成信息平臺和虛擬電廠。信息平臺可以為客戶提供電力生產、經營信息，供客戶了解不同區(qū)域、不同時段的電量水平、發(fā)電能力、電力價格等供給信息；同時，客戶將當地電網負荷、電網運行方式、競價準則、輔助服務等市場需求信息反饋至信息平臺，從而形成發(fā)電市場供給與需求的信息共享平臺。信息共享平臺又將市場供需情況提供給政府，作為政府制定各項政策的參考，用以引導發(fā)電集團和監(jiān)管用電客戶。虛擬電廠是將電廠的建設、生產、運營等情況進行網絡實時模擬，并且可以通過網絡進行遠程監(jiān)控、操作、維護、維修；同時，虛擬電廠通過模擬生產出來的電量，可以經網絡向客戶提供，由客戶通過網絡進行預訂、選購，必要時可以存儲在虛擬電廠之中，當需要時在現實生產中提取，形成虛擬電量銀行。信息平臺、虛擬電廠通過與政府、客戶的共享、互動，形成一套完整的決策體系，供集團總部用于管理決策，用以指導發(fā)電企業(yè)生產、發(fā)展及管理。
基于大數據與云計算的能源互聯(lián)網，形成一種嶄新的互聯(lián)網經營模式，能夠充分利用目前發(fā)電企業(yè)龐大的軟資產，挖掘現有硬資產的巨大潛力，大幅度提高能源企業(yè)的能源效率，為能源企業(yè)創(chuàng)造新的價值。其顛覆了能源行業(yè)傳統(tǒng)的行業(yè)結構、市場環(huán)境、商業(yè)模式、技術體系和管理體制，利用互聯(lián)網理念，構建一個新型的信息物理社會能源融合的網絡，強調“自由多邊、廣泛參與、信息對稱、用戶體驗”的互聯(lián)網思維，通過改變能源生產、傳輸和消費模式，從根本上解決能源效率低下、電力市場競爭的問題，真正向客戶提供多元化的產品和服務，實現以客戶為中心的目的。同時，能有效避免出現盲目投資、資源浪費、效率低下和污染排放等問題，產生新的業(yè)態(tài)，創(chuàng)造新的商業(yè)模式，形成新的業(yè)務板塊。
3.2基于分布式能源的能源互聯(lián)網模式
基于大數據和云計算的能源互聯(lián)網模式可以稱為大型能源互聯(lián)網，與之相對應，以分布式能源為中心、實現多能源互供的能源供應體系是一種更加符合目前發(fā)電集團實際的微型能源互聯(lián)網模式。基于分布式能源的能源互聯(lián)網，是以分布式能源為核心，以電網、氣網、水網、熱網、冷網為架構，利用互聯(lián)網將能源技術與金融技術相融合，向客戶提供多元化產品的微型能源互聯(lián)網體系，作為大型能源互聯(lián)網的重要補充。分布式能源不是狹義上的天然氣冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，而是位于用戶側、將各種清潔能源和可再生能源轉化為用戶所需的二次能源和其他能源產品的一種生產形式。與傳統(tǒng)的集中發(fā)電相比，分布式能源具有安全、經濟、低碳、便捷4個主要特征，便捷包含便宜和方便2層意思?，F階段，分布式能源作為集中式發(fā)電和大電網的有效補充，可以利用與大電網互補互助的關系，來實現發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。
基于分布式能源的能源互聯(lián)網，主要應用于工業(yè)園區(qū)、智能樓宇、智能工廠等場所，能夠根據樓宇式和區(qū)域式能源負荷點的不同負荷特性來設計不同的服務產品，根據不同的負荷需求來構建中心能源站和中心能源系統(tǒng)。能源技術和金融技術服務的結合，以打包的方式通過互聯(lián)網向用戶提供最佳的能源產品組合及金融資金結算，從而使用戶體驗到節(jié)省、舒適的綜合性能源服務；這將成為分布式能源未來發(fā)展的必然趨勢，也是發(fā)電企業(yè)轉型升級的必要手段。
基于分布式能源的能源互聯(lián)網模式，通過多種能源供給組合，能夠大幅度提高能源轉換效率，可以大量節(jié)約能源、減少排放、提升效益，無論是對我國相對發(fā)達地區(qū)的經濟發(fā)展，還是對目前正在開展的城鎮(zhèn)化建設，都具有重要的現實意義和應用價值。隨著環(huán)保標準的日趨苛刻，化石燃料發(fā)電所占比重的進一步減少，基于分布式能源的微型能源互聯(lián)網將得到飛速發(fā)展。
4基于分布式能源的能源互聯(lián)網實踐
基于大數據與云計算的能源互聯(lián)網，是“互聯(lián)網+能源”的發(fā)展趨勢，是發(fā)電系統(tǒng)的未來目標。而當前，與發(fā)電集團結合更為緊密、更為實際的是基于分布式能源的能源互聯(lián)網，并已具備了一定的實踐基礎。
以中國華電集團為例，截至2015年12月，中國華電集團共投產10個分布式能源站，分布于北京、上海、廣東等區(qū)域，應用于工業(yè)園區(qū)、智能樓宇、新型城鎮(zhèn)等場所，裝機容量共計599.6MW，形成了冷、熱、電等多能供給的微型能源互聯(lián)網；另有1142MW的分布式能源站正在建設或待開工建設。
其中，已經投產的上海莘莊工業(yè)區(qū)分布式能源站一期建有2臺60MW級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組、溴化鋰機組、燃氣真空鍋爐，為莘莊工業(yè)區(qū)提供熱、電、冷等產品服務，能源綜合利用效率可達80%。該項目應用了中國華電集團研究開發(fā)的智能設計優(yōu)化工具和智能運行決策優(yōu)化系統(tǒng)（iDOS系統(tǒng)），實現了微型能源互聯(lián)網的理念。該項目解決了附近地區(qū)用電需求，為工業(yè)園區(qū)內的企業(yè)提供熱源、冷源，降低能源結構中的耗煤比重，減少環(huán)境污染，符合上海以環(huán)境友好方式利用資源、保護環(huán)境、調整能源結構、提高能源效率和走綠色可持續(xù)發(fā)展道路的要求。據計算，該項目每年可減少燃煤量41850t（發(fā)熱量按20910kJ／kg折算），SO2排放量約250t，煙塵排放量約4160t，NOx排放量約30.8t。項目的實施不僅節(jié)約了能源，同時有效地改善了該區(qū)域環(huán)境空氣質量，具有良好的社會效益和環(huán)境效益。
另外，中國華電集團正在建設的天津北辰新區(qū)分布式能源站，裝機容量為120MW。該能源站采用微電網供電模式，能夠為熱網提供熱水和采暖，為冷網提供冷源，為氣網提供天然氣，同時還能提供純凈水，并具有廢水處理的功能。與此同時，該能源站正在與相關單位合作，計劃將互聯(lián)網金融和相應的技術服務引入該分布式能源站中，創(chuàng)造出新的服務營銷模式。
中國華電集團近年來在基于分布式能源的能源互聯(lián)網的創(chuàng)新、實踐，是我國分布式微型能源互聯(lián)網發(fā)展的一個縮影，也是推動大型能源互聯(lián)網發(fā)展的接入口，將極大地促進我國能源互聯(lián)網的快速發(fā)展。
5結論與展望
近幾年來，我國生態(tài)環(huán)境愈加惡化，霧霾叢生、污染嚴重，能源與環(huán)境之間的矛盾日益突出，現有能源發(fā)展體系難以徹底解決這個問題。多個國家通過對能源發(fā)展體系的研究發(fā)現，以互聯(lián)網技術和能源技術相結合的能源互聯(lián)網，可以從根本上解決能源與環(huán)境的問題。能源互聯(lián)網的發(fā)展，將推動發(fā)電集團進一步適應供給側改革，成為服務于客戶的綜合能源供應商；同時有利于發(fā)電企業(yè)存量資產價值提升，將余熱、廢水和垃圾高效處理，形成服務社會、多元化能源供應的生態(tài)友好型公共企業(yè)。
本文通過解析能源互聯(lián)網的概念，分析了發(fā)展能源互聯(lián)網的可行性，并提出基于大數據與云計算以及基于分布式能源的2種能源互聯(lián)網模式。基于大數據與云計算的大型能源互聯(lián)網，是能源系統(tǒng)未來發(fā)展的目標，需要一個發(fā)展實現的過程；而基于分布式能源的微型能源互聯(lián)網，更加符合當前電力系統(tǒng)發(fā)展實際，已經在我國具有了一定的實踐基礎，將成為當下能源系統(tǒng)發(fā)展的重點。未來，能源互聯(lián)網將成為能源行業(yè)在“互聯(lián)網+”時代的必然趨勢，形成新增長、新創(chuàng)新、新業(yè)態(tài)。
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作者簡介：
鄧建玲（1965—），男，湖南郴州人，教授級高級工程師，主要研究方向為熱能動力工程、能源創(chuàng)新管理。
