能源互联网发展历程及概念评述

一、国外能源互联网发展历程

20世纪80年代Richard Buckminster Fuller提出了世界电能网络(world electrical energy grid)的构想。1986年Peter Meisen创立了全球能源网络学会(Global Energy Network Institute，GENI)。这里的互联主要是指物理网络(grid或network)的连接，还没有引入互联网理念和技术。此时互联网的发展刚刚起步，处于向能源网学习阶段。

2003年美加8⋅14大停电后，《The Economist》于2004年发表了《Building the Energy Internet》。该文提出要借鉴互联网自愈和即插即用的特点，建设能源互联网(energy internet)，将传统电网转变为智能、响应和自愈的数字网络，支持分布式发电和储能设备的接入，减少大停电及其影响。

2008年，美国国家科学基金资助FREEDM项目，历时5∼10年，项目成立了FREEDM研究中心，提出建设能源互联网(energy internet)。同年德国联邦经济技术部与环境部发起E-Energy项目，历时4年，实施了能源互联网(internet of energy)的6个示范项目。

2011年里夫金出版《第三次工业革命》，提出能源互联网(energy internet)是第三次工业革命的核心之一，使得能源互联网被更多人关注，产生了较大影响。在此之前，里夫金就参与了欧洲部分国家的能源规划。2014年里夫金出版《零边际成本社会》，进一步阐述了能源互联网的作用。

二、国内能源互联网发展历程

2012年中文版《第三次工业革命》出版，国内关于能源互联网的讨论也是从这年开始升温。2012年8月由中国科学院学院咨询评议工作委员会等举办，国防科技大学承办的首届中国能源互联网发展战略论坛在长沙举行。

2013年9月18日，国家能源局委托江苏低碳研究院开展中国能源互联网发展战略研究。9月25日中国科学院学部举办“可再生能源互联网”科学与技术前沿论坛。12月5日国家电网提出未来的智能电网，是网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的“能源互联网”。

2014年6月由中国宏观经济信息网等主办的智慧城市与能源互联网发展国际高峰论坛在辽宁大连举办。6月中国电科院启动了“能源互联网技术架构”方面的基础性前瞻性项目研究。7月国家电网提出建设全球能源互联网构想，并于2015年2月3日发布《全球能源互联网》一书。2014年9月东方电子在烟台举办“2014能源互联网技术论坛”。由中国工程科技发展战略研究院编著的《2015中国战略性新兴产业发展报告》将能源互联网列入中国战略性新兴产业。关于能源互联网的研究也在增加。

2015年1月，智慧能源国际峰会举办，主题为“开启能源互联网新时代”。4月能源局组织召开能源互联网工作会议，提出制定国家能源互联网行动计划，并成立中国能源互联网联盟。4月21—23日，由清华大学发起的香山科学会议“能源互联网：前沿科学问题与关键技术”学术讨论会在北京召开，来自25家单位的50余位能源电力、信息技术、科技管理领域的海内外专家学者参加了会议。4月24日清华大学能源互联网创新研究院揭牌，成为我国第一个能源互联网创新研究科研机构。产业界也已经开始了具体的行动，比如远景能源的“格林威治”云平台、阿里云“智慧光伏云iSolarCloud”、华为的智能光伏电站、阳光动力的绿能宝等。

能源互联网概念评述一、概述能源互联网目前还没有被广泛认可的定义，不同组织提出了不同的概念和名称，各有侧重，根据其特点可以大致将现有概念分为3类，如表1所示。

表1 现有能源互联网概念分类

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1）侧重全球电力互联，以国家电网全球能源互联网为代表，主要特点是电力网络在空间上的扩大，将不同区域电网互联，实现不同区域不同类型新能源的跨区消纳。

2）侧重多种能源综合，以综合能源系统和新奥泛能网为代表，主要特点是电、热、冷、气、交通等不同能源系统之间互联，一方面通过能源综合开发利用提高能效，另一方面通过将电能转换为热、冷、天然气、电动汽车储能等实现可再生能源的消纳。

3）侧重能源信息融合，以美国FREEDM、德国E-Energy、日本Digital Grid 和里夫金EnergyInternet为代表，主要特点是利用电力电子、信息通信和互联网等技术进行能量的控制和信息的实时共享，实现能源共享和供需匹配，从而消纳可再生能源。

二、国网全球能源互联网

2014年7月，IEEE电力与能源协会年会在美国华盛顿特区举行，国家电网公司董事长刘振亚提出构建全球能源互联网的构想。全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架(通道)、以输送清洁能源为主、全球互联的坚强智能电网，符合2个替代(清洁替代和电能替代)的需求。全球能源互联网由跨洲、跨国骨干网架和各国各电压等级电网构成，连接“一极一道”(北极、赤道)等大型能源基地以及各种分布式电源，能够将水能、风能、太阳能、海洋能等可再生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，具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征。

三、综合能源系统

综合能源系统有不同名称，包括混合能源系统、多能源系统、能源集成等，强调多种能源的综合开发利用，涵盖电、热、冷、气、电气化交通等多个能源系统，可以在规划、运行中实现不同能源系统的优势互补，有助于可再生能源的大规模接入和高效利用，提高能效降低费用。但不同能源耦合使系统复杂性增加，如不妥善管理，系统间的耦合级联事故风险可能会增大。综合能源系统已经得到多国关注，在欧洲发展迅速，以北欧国家为代表的供暖、燃气和电力系统的互动日益显著，瑞士在Energy Hub概念的提出和应用方面走在世界前列，英国在多类型能源系统方面取得了诸多研究成果。

图1 综合能源系统

四、新奥泛能网

新奥集团提出的泛能网是将信息网、能源网和物质网融合而成的智能协同网。能源的综合梯级利用是泛能网的基础，泛能网的本质是利用“互信息”对系统的测量、控制和调制来提升整个能量系统的系统能效。新奥在廊坊兴建了能源生态城，目标是为实现能源综合利用的最优化、最大化，包含微藻养殖、煤气化、生物燃气、三联供系统、地源热泵系统、储电、储冷热系统、CNG储气、水处理系统、光伏发电、储冰系统、智能大厦等项目。

五、美国FREEDM

FREEDM全称为未来可再生电力能源传输与管理系统(future renewable electric energy deliveryand management systems)，2008年得到美国国家科学基金会资助，研究中心设在美国北卡州立大学。FREEDM项目提出能源互联网(energy internet)的出发点是类比于互联网将原有集中式转变为分布式，改造电力系统实现分布式能源的接入和即插即用。FREEDM的理念是在电力电子、高速数字通信和分布控制技术的支撑下，建立具有智能的革命性电网构架来消纳大量分布式能源。类比于互联网，FREEDM系统的三大特色技术为：配电系统“即插即用”接口、能源路由器和基于开放标准的FREEDM操作系统。

六、德国E-Energy

E-Energy项目于2008年由德国联邦经济技术部与环境部发起，为期4年。E-Energy的特点是信息通信技术和能源系统的融合，通过智能监视、控制和调节电力系统，提高电力供应的效率和环境兼容性，确保供应安全。E-Energy一共有六大示范项目，分别是库克斯港eTelligence项目、莱茵鲁尔地区E-DeMa项目、卡尔斯鲁厄和斯图加特地区Meregio项目、莱茵—内卡城市圈“曼海姆示范城市”项目、哈茨地区RegMod项目和亚琛SmartWatts项目。六大项目各有侧重，其主要特点是利用ICT技术，建立能源市场允许各类型用户参与，通过供需双方实时数据共享，实现能源动态匹配和交易。

七、日本Digital Grid

数字电网(digital grid)概念由Abe提出，其出发点是为了减少大面积的连锁故障和实现高渗透可再生能源的消纳，核心是将同步电网分为几个异步的子电网，子电网之间通过数字电网路由器连接，通过数字电网控制器直接调控潮流，使子电网内的可再生能源不会影响大电网。数字电网路由器和控制器都会被分配惟一的IP地址，使用类似于互联网的IP协议。能量的各种处理都可以被记录，包括位置、时间、发电类型、价格等。

八、里夫金Energy internet

2011年，美国学者杰瑞米⋅里夫金在其著作《第三次工业革命》中将能源互联网(energy internet)作为第三次工业革命的核心之一，并在《零边际成本社会》中进一步阐释。和前面偏向于技术的概念不同，里夫金是从社会经济和工业革命的高度提出能源互联网概念。里夫金的能源互联网是以新能源和互联网技术为基础，可以将能源的边际成本降为零，实现能源的共享，从而构建出一个全新的能源体制和工业模式，进而形成第三次工业革命。

该能源互联网有五大支柱：1）支持由化石能源向可再生能源转变；2）支持大规模分布式电源的接入，实现能源的分散式生产；3）支持大规模氢储能及其他储能设备的接入；4）利用互联网技术改造电力系统，实现能源共享；5）支持向电气化交通的转型。这五大支柱必须齐头并进，一起发展才有可能实现能源互联网的基础设施和应用基础，并以此为支撑推动第三次工业革命。

九、总 结

必须指出，上述分类是为了突出不同概念的主要特点，实际上每个概念可能同时涉及多种特点，并且其内涵也在不断发展。全球能源互联网、综合能源系统和泛能网的运行离不开信息通信技术的运用；综合能源系统有不同层次，也包括跨国网络，比如欧洲的天然气和电力耦合网络；德国E-Energy也有项目涉及水、电、气、热等多种能源类型，里夫金也强调氢储和电动汽车。进一步分析，FREEDM、E-Energy、Digital Grid 和里夫金能源互联网之间也有所区别，FREEDM更侧重一次能流的控制和配网层面，E-Energy更侧重ICT技术的应用和用户的参与实现供需平衡，Digital Grid侧重异步电网互联和IP技术应用，而里夫金则从经济社会高度强调能源共享和边际成本下降。能源互联网是能源和互联网深度融合的产物，具有全新的思维理念、深刻的科学问题和广阔的应用空间，其内涵有待进一步挖掘和概括，这也是目前产业界和学术界关注的热点，各种不同意见与观点也不断交叉碰撞。

应该说，能源互联网这个名词概念是在智能电网发展过程中提出的，虽然借鉴了互联网的部分理念，但对互联网最新的技术和理念的应用前景缺乏深入的认识和分析。现有概念强调了不同侧面，相比理想的能源互联网概念，还存在差距。全球能源互联网、FREEDM、E-Energy和Digital Grid主要关注电力系统，对能源的综合利用强调不足。综合能源系统、泛能网强调了不同能源间的相互转化和互补，但对大量用户和各种参与者加入的能源市场和创新创业关注不足。里夫金的概念则偏于宏观层面，对具体的关键科学技术和实现方法缺乏深入理解。此外互联网强调以用户为中心，相关技术的引入有更深刻的意义和超越能源本身的影响，涉及技术、商业、金融、社会等各层面，可能颠覆能源传统的生产、传输、消费方式，影响人们的生活工作方式。