能源互联网基本概念

能源互联网作为一个跨领域的前沿概念，其内涵在不断发展，难以给出所有人都认可的标准定义。事实上也没有必要给出确切的定义，就像智能电网概念一样，至今没有标准定义，但其核心内涵已经得到了学术界、产业界和社会的初步共识和认可。尽管难以给出定义，但仍有必要明确能源互联网的发展目标、理念、特征和基本架构，这对于促进相关学科和产业的发展具有重要意义。

一、发展目标能源互联网的发展目标可以归纳为以下三点。

1）能源市场化：作为抓手，打破行业壁垒，推进能源市场化，促进能源领域的创新创业，重塑能源行业。基于信息互联网，能源互联网可以为各种参与者和大量用户提供开放平台，降低进入成本，便捷对接供需双方，使设备、能量、服务的交易更加便捷高效，实现多方共赢，激活大众的创业热情和创新能力，为能源革命提供持续动力。

2）能源高效化：能源互联网实现了多类能源的开放互联和调度优化，为能源的综合开发、梯级利用和能源共享提供了条件，可以大幅度提高能源的综合使用效率。

3）能源绿色化：能源互联网可以通过多种能源的耦合互补、各类储能的应用、需求侧响应等，支撑高渗透率可再生能源的接入和消纳。

二、主要理念能源互联网在传统能源网基础上引入了互联网理念，具有以下新的内涵。

1）开放。开放是能源互联网的核心理念，内涵丰富，主要体现在以下几点：多类型能源的开放互联、各种设备与系统的开放对等接入、各种参与者和终端用户的开放参与、开放的能源市场和交易平台、开放的能源创新创业环境、开放的能源互联网生态圈、开放的数据与标准等。

2）互联。互联是开放的重要表现，为能源的共享和交易提供平台，连接供需，是能源互联网创造价值的基础。互联包括多种能源形式、多类能源系统、多异构设备、各类参与者等的互联。

3）以用户为中心。以用户为中心是能源互联网在商业上取得成功的关键。用户的认可和广泛参与，才能有效推动能源互联网在能源生产、运行、管理、消费、交易、服务等各环节创造价值。以用户为中心强调提供极致的用户体验，不但满足用户不同品位的便捷用能需求，还要满足用户便捷生产和交易能源的需求。

4）分布式。分布式是推动能源互联网发展的重要动力。光伏等新能源适合分布式，用户也将成为分布式的能源产消者。在分布式条件下，为保证能源产消的即插即用和能量时时处处平衡，这对分布式优化和控制提出了高要求。

5）共享。共享是能源互联网的精神，物理设备的开放互联如果缺少了共享的机制，也就无法形成有效的能源市场和良好的创新创业环境。

6）对等。对等是能源互联网的形态之一，能源互联网需要打破垄断，去中心化，不同参与者之间处于对等的位置，在此基础上进行对等的交易。能源的生产和消费也是对等的，不再是单向的生产跟踪消费模式，而是双向甚至多边的。

三、主要特征能源互联网的关键特征是互联网理念和技术的深度融入，至少表现为以下几点特征。

1）支撑多类型能源的开放互联，提高能源综合使用效率。

2）支撑高渗透可再生能源的接入和消纳。

3）支撑能量自由传输和用户广泛接入的自由多边互联网架构。

5）集中和分布相结合的自组织网络架构。

6）支撑众筹众创的能源互联网市场和金融。

7）支撑能源运行、维护、交易、金融等大数据分析。

四、基本架构能源互联网的基本架构如图２所示，大致可分为“能源系统的类互联网化”和“互联网＋”两层：前者指能量系统，是互联网思维对现有能源系统的改造；后者指信息系统，是信息互联网在能源系统的融入。具体介绍在下文展开，并讨论相关的前沿问题。

展 望一、能源互联网的新内涵能源互联网应当包容现有的不同能源互联网概念和智能电网等概念，但具有更深刻的内涵。开放是能源互联网最核心的理念。因为开放而互联，互联产生价值，而创造新的价值是能源互联网的本质。和现有概念相比，能源互联网需要更加开放，实现更广大的互联，创造更多的价值：开放不同能源类型，实现多能源互联，提升能效和新能源比例；开放不同参与者，实现大量用户和参与者的进入，促进能源共享交易和创新创业；开放标准和接口，实现丰富应用的开发，形成能源互联网生态圈。

能源互联网以互联网理念和技术的深度融入为核心特征，能够支撑多类型能源的开放互联，支撑能量自由传输和用户的广泛深度参与的自由多边架构，支撑众筹众创的能源互联网市场和金融，支撑高渗透可再生能源的接入和消纳，支撑能源运行、维护、交易、金融等大数据分析，具有集中分布的多层级自组织网络架构等。

二、两个层面互联问题在技术形态上，能源互联网比智能电网有更多更开放的互联，主要解决以下2个层面的互联问题：

1.物理互联问题当前能源系统中，有些能源尚未互联，表现为：冷/热/电/气/交通等能源子系统相互割裂，综合能效低。能源互联网要实现多能互联，构建多能流系统。有些能源尚未联好，表现为：可再生能源存在弃风/光/水问题；分布式发电和微网，源及含源系统的即插即用问题尚未很好解决；电、热、冷等能量的传输和转换效率有待提高；用能不便捷，如能源WiFi尚不成熟；等等。能源互联网要解决以上问题，使能源的生产、转换、传输、使用更加绿色、高效、便捷、可靠。

2.数据互联问题只有物理互联是无法成为能源互联网的。实现供需对接，盘活和优化资源靠的是数据互联，即通过互联网，实现能源资源的数据化和透明化，并将数据开放给产消者，实现数据共享，如能源Uber，盘活闲置的能源资源。

3.能源互联网的两层架构互联网快速发展的背后是互联网理念以及相应的支撑技术。能源互联网以互联网理念和技术为基础，实现能源系统的快速发展。能源互联网的架构如图2所示，分为2层。

图 1 能源互联网的2 层架构

第1层是能源系统的类互联网化，表现为互联网理念对现有能源系统的改造，包括多能源开放互联、能量自由传输和开放对等接入，主要解决物理层面的互联问题。多能源开放互联打破现有电、热、冷、气、油、交通等能源子系统相对封闭的现状，实现多能源互补，可以提高能源使用效率和可再生能源消纳能力。能量自由传输表现为远距离低损耗(零损耗)大容量传输、双向传输、端对端传输、选择路径传输(能源路由)、无线能量传输(能源WiFi)等，从而可以更灵活地控制能量流动，实现源荷互动和能量优化传输，提高系统可靠性和稳定性。开放对等接入允许各种主动负荷(包括需求响应、分布式能源、电动汽车等)的即插即用，实现设备和系统的自动感知、识别和管理。

第2层是互联网+，即互联网理念和技术在能源系统的融入，包括能源物联、能源管理和能源互联网市场，主要解决数据互联问题。互联网+将形成能源互联网操作系统，有效管理能源互联网的各种资源，并提供开放接口支撑能源互联网丰富的应用。互联网为能源的运行、维护、交易和金融等提供开放的平台，支撑大量产消者的参与和对接。物联网、大数据、云计算、移动互联网等技术可以显著提高能源系统的感知、管理和运行水平，为用户提供更加专业、便捷、个性化的服务，保障能源互联网的可靠、高效、绿色和便捷。用互联网理念改造传统能源行业，实现能源行业去中心化，建设开放的能源市场，降低成本，促进能源领域的万众创新创业，产生新的商业模式和新业态，形成能源互联网生态圈。

四、能源互联网系统层面的基础科学问题能源互联网的发展有赖于若干关键基础科学问题和关键技术的突破，其中系统层面具有突破性的关键基础科学问题列举如下：

1.能量信息学基础理论揭示能量流与信息流的相互作用机理，提出基于能量信息学的类互联网能源网络架构，研究基于信息论与数据科学的能源网络优化决策理论与方法，为能源互联网提供理论基础。

2.类互联网能源网络自组织理论与技术研究含信息属性的能源路由器、信息模型的分布式自动生成与自组织等技术，实现即插即用的能源网络，支撑高比例分布式可再生能源的对等接入和能量的开放互联与共享。

3.集中协同−分布自治的能量管理理论和技术将现有的集中式能量调度与管理体系变革为集中协同−分布自治的新模式，通过开放与对等的多能流能量管理技术实现多种能源形式的互联与共享，研制多能流能量管理系统及家族，提高分布式可再生能源利用率与系统整体能效。

4.信息−能量耦合系统的安全稳定性理论通过信息−能量耦合的统一建模，提出信息流与能量流混成计算与量化分析技术、联合安全评估技术等，构建信息−能量耦合系统的动力学模型与稳定性理论，提升能源系统的信息安全性。

5.基于数据科学的能源互联网管理与运行模式研究基于传感网和大数据的能源互联网态势感知技术，突破用户用能行为分析理论和方法，提出基于云计算和软件定义网络的能源互联网运维与控制等技术。

五、能源互联网的意义能源互联网作为当前学术界和产业界共同关注的焦点，可对传统能源行业产生颠覆性的影响，其发展意义归纳如下：

1）提高能效。通过多能互补融合和梯级利用，显著提高能源综合利用效率。

2）能源转型。促进高渗透率可再生能源的发展，实现能源绿色转型。

3）灵活便捷。提高能源行业资产的利用率和能源供给的灵活性，提高能源生产、传输、消费、管理、交易、金融的便捷性。

4）改造行业。改造能源行业传统的行业结构、市场环境、商业模式、技术体系与管理体制，改变能源的生产和消费模式，有助于促进能源体制改革，推进能源行业的市场化和金融化。

5）创新创业。去中心化后可促进众筹众创，形成巨大的创新创业空间，促进经济社会发展，有利于创新驱动战略的实施。

六、能源互联网的发展潜力在第三次工业革命的时代背景和国家能源革命、互联网+、创新驱动战略行动下，能源互联网具有巨大的发展潜力，将带动大批相关产业的发展。能源互联网的发展潜力来源于能源行业自身的巨大体量和发展空间，而目前大部分能源行业还没有被互联网所变革。

此外，我国快速且大规模开发建设的城镇、园区、绿色建筑、工业需求侧响应是推进能源互联局域网发展最急需、也是最佳的切入点，具备广阔的发展前景和机遇；我国目前有超过300个城市启动了智慧城市的规划和建设，为能源互联广域网的发展提供了综合的平台和政府支持；我国提倡建设的“一带一路”、亚洲基础设施投资银行、丝路基金等，为能源互联骨干网的发展提供了广阔的发展空间和国际市场。

能源互联网的发展也将带动许多新兴的能源市场，包括新能源、电动汽车、储能、微网、能源管理服务等，以及相关的产业，包括设备制造、通信、金融、软件等。

总 结

能源互联网的提出和发展具有深刻的环境、经济、社会、技术和政策驱动力，已经成为国内外学术界和产业界的关注焦点和创新前沿，近几年发展迅速。目前提出的不同能源互联网概念各有侧重，分别侧重全球电力互联、侧重多种能源耦合和侧重能源信息融合，但距离理想的能源互联网还有差距。能源互联网是能源和互联网深度融合的结果，能够包容现有的理念，但具有更深刻的内涵。开放是其核心理念，互联网理念和技术的深度融入是其核心特征，能源系统的类互联网化和互联网+是其基本架构。能源互联网将改变能源的生产、传输、消费方式和人们的生活工作方式，成为推动我国能源转型、提高能源利用效率、实现节能减排和可持续发展的重要途径，势必将对其他行业和整个社会产生深远影响。