一、什么是能源互联网?
全球再生能源联网的概念最早在20 世纪70年代由巴克敏斯特˙福乐(Rid Buckminster Fuller)在世界游戏模拟(WorldGame simulation)大会上提出的,他认为“全球能源互联网战略”是能源最高优选的。
1986年彼得˙迈森(Peter Meisen,1976年加利福尼亚州大学硕士研究生毕业,获应用力学与工程科学学位)创立了全球能源网络学会(Global Energy Network Institute,GENI),该学会是研究和教育的非盈利性组织,特别关注国家与大陆之间的电力传输网络连接,强调利用丰富的再生能源资源,利用季节性变化、气候变化和日照变化等的差异收集再生能源,以供全球使用。
2011年杰里米˙里夫金(Jeremy Rifkin)出版了一本名为《第三次工业革命—新经济模式如何改变世界》的书。书中观点指出,第三次工业革命由信息技术推动全球化,首先要解决人类赖以生存的能源问题。联网的再生能源共享,如何实现储存和共享,并且每家每户都能够参与再生能源生产中来是全书探讨的第一个主题。将能源的生产、制造、存储、运输实现互联网化,这是解决能源危机最行之有效的方法,全球化的能源进程始终与第三次工业革命相辅相成、相互渗透。
书中提出了第三次工业革命的核心有五根支撑的柱子,它们之间是相互关联的:
(1) 能源朝向可再生能源发展;
(2)陆上构筑物区块都转换成绿色微型电站,就地收集再生能源发电;
(3) 每栋构筑物区块及基础设施均可使用氢和其他存储技术,以存储间歇式能源;
(4)利用互联技术将陆上构筑物区块微电网连接到能源互联网,其作用类似信息互联网(数以百万计的构筑物能够就地生产出少量的再生能源,可将多余部分销售给电网回收,通过联网而与其他地区分享);
(5)将电力或氢输送到插电式汽车及燃料电池汽车,这种绿色能源可以在各地区之间购买和销售。
可见,能源互联网是充分利用可再生能源的有效方式:就地收集、就地存储、就地使用。在兼容传统电网的基础上,可以充分、广泛和有效地利用分布式再生能源,满足用户多样化电力需求的一种新型能源体系结构。就是说,化石燃料逐步消失,人类将这样逐步利用能源网络。
因此,可以给能源互联网下个定义:能源互联网是通过先进的电力电子技术、信息技术和智能能量管理技术,将大量的由分布式能量采集装置和分布式能量储存装置构成的新型电力网络节点互联起来,实现能量和信息双向流动的能量对等交换与共享网络。
杰里米˙里夫金只是根据能源发展总结了前人的工作而成书,在之前,关于分布式能源或区域性能源的说法很多,讨论也已经持续很久了。
虽然里夫金不是能源互联网的最早提出者,但是他却是一个重要的推动者。

二、能源互联网的本质?
清华大学信息技术研究院研究员曹军威认为:
能源互联网是以互联网思维和理念来变革能源基础设施。如果说电网智能化还是在传统电网架构上通过信息化和智能化的手段,解决设备利用率、安全可靠性、电能质量以及可再生能源接入等问题,能源互联网的根本不同在于采用互联网理念、方法和技术实现能源基础设施架构本身的重大变革,使得能量的开放互联与交换分享可以跟互联网信息分享一样便捷。能源互联网区别于传统能源基础设施的本质特征包括:开放、互联、对等、分享。
1)开放:互联网实现信息的随时随地接入与获取,主要取决于开放式的体系结构。能源互联网要实现开放性,需要可再生能源、储能以及用能装置的“即插即用”。能源互联网的发展要借鉴互联网的发展方式,走标准先行、应用驱动、进一步带动产业和市场发展的道路。
2)互联:互联网中局域网与广域网的本质不同在于广域网必须解决规模化开放互联的问题,这就需要简洁易行的标准协议作为基础。能源局域网内部可以进行多种能源形式的转换,可以进行风光储用的协调,但广域互联必须是建立在局域消纳的基础之上,形成简捷高效的能量交换方式,才可能实现大规模互联,而互联的广泛性最终会带来资源配置的广泛性。
3)对等:同传统电网自顶向下的树状结构相比,能源互联网的形成是自下而上能量自治单元之间的对等互联。任意单元之间的连接是逻辑上的,真正连接必须建立在分散交换和路由的基础之上,优势在于连接是动态互为备用的,在保证冗余和可靠性的同时不降低系统的利用率。
4)分享:分布、分散与分享也是能源互联网的主要特征。能源互联网借鉴互联网应用中社交网络的信息分享机制,其中的能量交换与路由也都是就近实时动态进行的,以分散式的局部最优实现全局能量管理的调度优化。能源互联网是为了适应分布式可再生能源的接入、对集中式电网的有益补充,符合电网发展集中与分布相结合的大趋势。
三、能源互联网与智能电网
新浪财经讯 由新浪财经主办的“2014新浪财经能源论坛”于2014年10月18日在北京海航万豪酒店召开。本届论坛主题:未来能源之路——互联与变革。张义斌在对话中阐述了国家电网的“能源互联网”概念,其认为应是“以电为中心的能源互联网途径”,并表示,国家电网还在学习之中。
我们讨论的这个主题概念叫做“能源互联网”,而且我觉得光伏这块是能源互联网重要的一环,但是我不知道各位有没有考虑过这个概念,对这个概念是否认同?包括这个概念的含义你觉得应该包括哪些方面?这个问题想问一下张所长,因为张所长很早就承担国家能源局智能电网相关的课题,全称我不记得了,但是是有关智能电网的,我想听一听张所长对智能或者能源互联网这个概念您是如何认识的?包括国家电网的董事长刘振亚也在说能源互联网,到底能源互联网是什么,张所长能不能说一下您怎么看这个概念?
张义斌:这个命题从学术界来说也是一个目前正在研究的,我来回答也不一定很合适,到目前为止我们也试图来找到一个大家共识比较多的概念,但是比较遗憾,我们做了一些综述研究,不仅国内、国外大家都有不同的提法,核心的理念我想都是将能源和信息这两者紧密的结合,涉及到能源领域的方方面面。包括今天里夫金先生也提出比较狭义的能源互联网的概念,国内和国外有很多研究机构的专家学者也在一些学术层面提出了一些概念,很多包含像分布式能源,或者更多内涵的分布式能源系统的概念。刚才我也给大家展示了我所理解的以电为中心的能源互联网的途径,那个概念也是我在给国家能源局做智能能源体系课题中间我们提出的一个思路。至于国家电网公司也提出包括全球能源互联网的构想,我想这是对于未来的全球能源可持续供应的这样一个解决的思路,我自己也在学习的过程中间。
我们说能源互联网也好,智能电网也好等等,还是我们的市场也好,这里都有他的技术问题、有他的市场体制等等问题,我们建设能源互联网到底和垄断是什么关系,电网这样一个垄断从经济学定义上是否完备,电网这些设施本身所具有的一些自然垄断属性等等,是不是就是作为阻碍我们市场形成的这样一个基本的东西,我觉得这个是需要系统客观的来看待。
我更希望是从一个技术的视角来看,你最终都是要对电力流和信息流进行有效的管理。我现在的这些电网的基础设施,或者基于此我们说的能源互联网,他都是一个基础平台,类似于我们现在比较火的阿里巴巴[微博],他就相当于是一个平台,你在这个平台上可以进行自由的买卖,我想在现在这样一个市场化的大方向下这个是没有问题的,当然他也需要很多的制度,包括电价等等一些政策,来进行这样的支撑,有相应的政策配套体系来完成。当然要想做到这个,我相信在座的大家可能的来看这个问题的话,这个事情好像作为一个企业是不能够完全来左右的。

四、能源互联网与微电网
中国微电网的价值机遇
里夫金在《第三次工业革命》中提出“能源互联网”的概念:电力输送网络将变成智能型能源网络,使数以百万计的自助生产能源的人们能够通过网络的方式分享彼此的剩余能源。根据我们的研究,未来的能源互联网仿佛一个生命体:特高压输电网是主动脉,智能化大电网是血管,微电网则是不可或缺的毛细末梢,使电网能够大量消纳可再生分布式能源,从而促进绿色能源的高效利用。中国的微电网应以能源互联网的发展为导向,以“坚强智能电网”的建设为依托,鼓励用户参与和综合利用能源为手段,实现能源供应的高效率、多元化目标。
微电网为何成为明星
从海外经验看,2003年美国和加拿大都曾发生大规模的停电事故,高达300亿美元的经济损失引发了人们对大电网安全性的深刻反思。同时,以欧盟为代表的地区出于环保考虑,分布式风能、光伏发电系统越来越多,但这类可再生能源的发电输出难以准确预测,反而对电网的可靠运行产生威胁。
电力用户的基本需求,依然是希望享受更高的供电质量和可靠性,且与绿色低碳的清洁能源二者得兼。
为应对这些挑战,微电网作为一种解决方案应运而生。相对传统大电网,微电网是一组分布式微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元,具备安全、可靠、高效、经济等特点,因而作为最佳的实用型解决方案受到各国关注。2012到2016年间,全球微电网市场投资年复合增长率将达到25.7%。
电力用户的开支约半数来自制冷与加热。微电网的一个突出优势是可以充分利用可再生能源以及能源的梯级利用技术进行冷热电一体化生产、计划和调度,帮助用户选择更经济的电源。例如GE公司与综合能源公司PowerStream合作的微电网试点项目,利用微电网提供电能的同时,还能进行照明、空调系统运转、制冷和电动汽车充电。此外,它还可以自行在微电网和大电网之间切换,自动选择更加省钱的电源。
中国需要怎样的微电网
世界各国的能源发展动因不同,对微电网的研究侧重点各异。在中国,发展微电网的最大动力是充分利用可再生能源满足未来能源多元需求,最大化接纳分布式电源,提高能效。中国已经启动的100座新能源示范城市申报将促进微电网快速发展。我们也希望通过长期跟踪和研究国内外微电网的发展,对中国建设微电网的路线图提出建议。
首先,由于城镇化、智能城市的建设使多样化、低成本、灵活可靠的用能需求以更快的速度增长,中国微电网应在城镇、园区中优先发展。其次,微电网建设应能协助用能需求大的企业通过大量可再生能源的综合利用降低用能成本,同时满足国家越来越严格的环境监管和大气治理政策。最后,微电网解决方案一定要体现经济性,使其在可接受成本内获得大范围应用。具体而言,中国重点发展的微电网应能实现三大效益:
第一,与电网紧密互联,实现电网与用户双赢。微电网可以充分利用电网的分时电价、可再生能源的“免费”优势、多种能源储存技术,发挥其优化调度功能,最大限度地降低用户的能源消耗总成本。接入微电网后,智能电网就能真正为用户提供电力安全双保险。电网故障后,微电网能实现孤岛运行模式,避免给用户带来损失。而电网用电需求激增时,微电网也可发挥调节作用,为电网送电。最后,微电网自带的发电设备能够提供电网所需的调频、调峰、电压支持能力,从而降低了电网的运行成本。
第二,满足综合供能需求,实现绿色成长。大企业、园区不仅需要降低用电成本、实现不间断供电,还希望用新技术满足供电的其它可靠性指标,解决综合能源需求,同时保证减排。微电网解决方案应面对这些企业需求,提升园区基础设施的硬实力,从而增加招商引资的吸引力,有利于地方经济与环境的和谐发展。
第三,保障电网安全运行的同时,提升可再生能源利用率。由于电网消纳问题,中国一直存在大量弃风现象,而微电网作为可控的电源/负荷系统,可就地消纳分布式的可再生能源发电。大电网将接入可观、可控的微电网,而不是成千上万难以直接调控的分布电源。此外,微电网能通过规划调度和内部多样化的能源组件实现可再生能源优化配置,既可实现用户在不同时间段内对冷热电的不同需求,也能保证能源综合利用的成本最小化和能源利用效率的最大化。
谁来引领创新应对挑战
实际上,社会、电网、用户对能源以及微电网发展的需求并不完全相同甚至相反:用户的最根本需求是综合能源消费支出的最小化;电网公司的需求是希望微电网对电网本身的规划、运行给予最大支持,并对电网安全、经济利益的影响最小化;全社会的诉求,则是能效和环保。
电力难以储存,供需平衡依靠实时完成。因此,建设能够平衡多方诉求的微电网,最主要的挑战是微电网的规划、日前计划和实时运行。在微电网发展中,中国电网企业应扮演引领者角色,它们从专业的规划设计、建设和运营人才到微电网核心技术的研发都具有先天优势。电网企业可从微电网规划、建设、运营一体化服务方面挖掘和获取高端价值。尤其是微电网规划设计,这一阶段既是微电网成功建设运营的关键,也是少有其他竞争对手的市场。在建设运营阶段,为实现微电网价值最大化,商业模式可以非常多样:电网公司可自己出资经营,也可与其他优势企业合资共同经营,或电网公司以专业服务的形式进行投资并参与运营。如果电网企业面对客户需求改变自身的保守形象,还将更进一步通过灵活利用微电网系统,成为能源管理服务专家。(来源:中国能源报作者:周勤、王靖、童华)
五、能源互联网离我们有多远?
编者注:
能源互联网概念越来越受到各行各业的高度关注,传统能源、新能源、IT界、国家电网、投资界、政府、科研部门,无不倾力研究。
当今能源领域许多热门的概念,也都可以由能源互联网串联起来,比如智能电网、微电网、微网、主动配电网、泛能网,新能源、可再生能源、分布式能源、分布式发电、需求相应、虚拟电厂、V2G、储能系统,柔性制造、电气智能化, O2O、P2P、新能源众筹、电商平台,互联网、物联网、大数据、云计算等等。
因此说,能源互联网并不神秘、并不遥远,它与我们每个业内人士都密切相关。同时,能源互联网又具有极大的内涵容量,既包括传统能源,又包括新能源;既包括智能电网,又包括微电网;一边连着能源,另一边连着信息技术,是未来重要的发展方向。
我们应该共同努力推动其蓬勃发展。
原标题:能源互联网离我们有多远?