能源互联网概念和发展分析

能源互联网概念和发展分析人类的生存和发展离不开能源，其推动着经济发展和社会进步，每一次工业革命都伴随着能源类型的变化和能源使用方式的革新。

目前，第三次工业革命正在世界范围内发生，而能源互联网是第三次工业革命的核心之一。

以深入融合可再生能源与互联网信息技术为主要特征的能源互联网是未来能源行业发展的方向，将成为开启能源革命的重要战略支点[1-3]。

目前，对能源互联网的概念及特征有多种理解及认知，为了辨识能源互联网的概念与特征，有效推进能源互联网实质性发展，有必要深入辨析能源互联网的概念、辨识能源互联网的特征。

本文首先调研分析了能源互联网的发展过程，提出到目前为止能源互联网大致经过3个发展阶段；进而，从3个角度对比剖析能源互联网的基本内涵，提出了能源互联网的定义；最后，给出了能源互联网的4层组成构架与两大分类，进一步对能源互联网进行特征辨识。

1 能源互联网发展历程1.1 能源互联网概念孕育及提出阶段能源互联网概念孕育及提出阶段始于20世纪70年代。

巴克敏斯特·富勒首先提出“全球能源互联网战略”。

1986年，彼得·迈森创立了Global Ener gy Network Institute（GENI-全球能源网络学会），旨在通过国与国之间的电力输电线路充分利用全球丰富的可再生能源[4]。

20世纪80年代，清华大学前校长高景德提出了现代电力系统是一个深度融合的系统，其将深度融合计算机技术、通信技术、控制技术与电力电子技术。

能源互联网概念孕育及提出阶段仅提出了能源互联网的初步概念及愿景，缺少对能源互联网内涵、结构、特征和形态等方面的探讨。

1.2 能源互联网系统结构及功能研究阶段2004年3月11日，《经济学人》发表了《建设能源互联网》[5]，首次提出了基于互联网特点及技术建设智能化、自动化、自愈化的能源互联网。

这是能源互联网系统结构及功能研究阶段的起点，标志着现代能源互联网研究的开始。

2008年，德国联邦政府发起E-Energy项目，致力于建设高效的能源系统，主要通过ICT技术实现能源的生产、传输、转换、应用和储能全环节的智能化，德国成为首个实践能源互联网的国家[6-7]。

2008年，美国北卡州立大学启动“未来可再生电能传输与管理系统”项目，研究高效智能化的配电系统，可有效支撑高渗透率分布式可再生能源的接入以及分布式储能的并网，并将其称为能源互联网[8-10]。

2010年，日本开始实施“数字电网”计划，通过该计划的实施试图建立一种新型能源网[11-12]，能源网络中各种设备可以通过IP来实现信息和能量的传递。

2010年，瑞士联邦政府能源办公室和产业部门发起Vision of Future Energy Networks，重点研究多能源传输系统的利用和分布式能源的转换和存储[13-14]。

2011年，美国学者杰里米·里夫金提出能源互联网是第三次工业革命的核心之一[15]，使得能源互联网的概念广泛传播，并在世界范围内产生深远影响；其在2014年出版的《零边际成本社会》[16]对能源互联网进行了更加系统和全面的论述。

2012年8月，长沙举办了首届中国能源互联网发展战略论坛，会上探讨能源互联网的初步概念及内涵[17]，之后国内学者专家对能源互联网的概念、形态进行了深入拓展。

2014年，刘振亚提出建设“全球能源互联网”（即智能电网+特高压+清洁能源）的理论构想，实施清洁替代和电能替代的发展思路[18-19]。

随着党的十八大提出能源革命战略，能源与互联网正不断实现深度融合，极大地促进了国内能源互联网的发展。

2015年4月，以“能源互联网：前沿科学问题与关键技术”为主题的香山科学会议召开，率先成立了能源互联网的专业研究机构——清华大学能源互联网创新研究院，在国内外产生重要影响。

2015年6月，国家能源局开展“国家能源互联网行动计划战略研究”，项目围绕能源互联网的形态特征与体系架构、关键技术和技术标准、与智能电网的相互关系、商业模式与市场机制等方向展开。

能源互联网系统结构及功能研究阶段对能源互联网的系统结构、内涵特征、关键技术等方面进行了深入研究，但缺少能源互联网工程实践。

1.3 能源互联网实质性推进阶段2016年2月，国家能源互联网的纲领性文件《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，以下简称“指导意见”）正式发布[20]。

指导意见明确提出了能源互联网的发展路线图，标志着能源互联网在中国进入实质性推进阶段。

2016年3月，国家“十三五”规划纲要正式发布[21]，明确提出“建设“源-网-荷-储”协调发展、集成互补的能源互联网”。

2016年4月，《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》正式发布[22]，为中国能源互联网的发展制定了具体的行动计划。

2017年6月，首批55个能源互联网示范项目正式公布，此举标志着能源互联网试点建设工作正式启动，将推动能源互联网实质性发展。

2 能源互联网概念辨析2.1 源于互联网理念发展而来的能源互联网源于互联网理念发展而来的能源互联网主要借鉴互联网开放对等的理念及体系架构，对能源系统的关键设备、形态架构、运行方式及发展理念等进行深刻变革。

2.1.1 互联网能源互联网能源（internet of energy）概念来自于BDI initiative2008年发布的报告《internet of energy：ICT for energy markets of the futur e》[6]，致力于建设高效的能源系统，主要是通过ICT技术实现能源的生产、传输、转换、应用和储能全环节的智能化。

互联网能源是一种全新的能源生态系统，其将互联网技术和新能源技术相融合，为消费者提供低成本、优质的能源服务，同时，消费者可以获得更自主的权利。

2.1.2 未来可再生电能传输与管理系统2008年，美国北卡州立大学正式启动了“未来可再生电能传输与管理系统（future renewable electric energy delivery and management system，F REEDM）”项目。

该项目主要研究高效智能化的配电系统，可有效支撑高渗透率分布式可再生能源的接入以及分布式储能的并网，并将其称为能源互联网[8-10]。

2.1.3 智慧能源2009年，国际学术界和以IBM为代表的产业界指出，互联互通的科技将改变整个人类世界的运行方式，未来要“构建一个更有智慧的地球（smarter pl anet）”。

2016年，进而提出智慧能源（smart energy）等理念[23]。

智慧能源就是不断创新和变革能源生产、传输、转换、消费的全过程，构建符合生态文明和可持续发展需求的能源体制、能源技术和能源市场，从而实现能源系统的智慧化。

2.1.4 “互联网+”智慧能源2015年7月，《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发[2015]40号）正式发布，首次提出“互联网+”智慧能源的概念。

2016年2月，《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》正式发布[20]，提出能源互联网是“互联网+”智慧能源的简称，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。

2.2 源于大电网理念发展而来的能源互联网源于大电网理念发展而来的能源互联网主要针对电网在配置范围、调控能力、双向互动等方面存在的局限性，利用信息通信技术与能源电力技术的深度融合，全面提升电网性能。

2.2.1 全球能源网络20世纪70年代，巴克敏斯特·富勒在World game simulation大会提出，“全球能源互联网战略”。

1986年，彼得·迈森创立Global Energy Network Institute，旨在通过国与国之间的电力输电线路充分利用全球丰富的可再生能源。

2.2.2 全球能源互联网国家电网公司原董事长刘振亚指出，只有树立全球能源观，构建全球能源互联网，统筹全球能源资源开发、配置和利用，才能保障能源的安全、清洁、高效和可持续供应[18-19]。

2.3 源于多种能源综合利用理念发展而来的能源互联网源于多种能源综合利用理念发展而来的能源互联网主要强调多种能源之间的相互替代和综合优化，依托信息网络实现多个能源系统之间的高度耦合。

2.3.1 能源4.0文献[24]指出，能源革命是工业革命得以发生的客观基础，能源4.0是与第四次工业革命（工业4.0）相适应的概念，是将各种能源进行互补融合，建立智能化、离网的多能系统，是通过互联网技术实现能源系统的智能化。

2.3.2 未来能源网络由瑞士联邦政府发起的未来能源网络项目，旨在研究多能系统和分布式能源的利用，并开发了多能系统仿真分析模型和软件工具[13-14]。

未来能源网络项目指出能源转换和存储由混合能源路由器（hybrid energy hub）集成设备实现，而不同能源的传输是由能源互联器（energy interconnector）实现。

2.4 对比分析表1对上述内容进行了对比分析，由于全球能源消费、供应、资源与生态环境发展矛盾，各国政府、产业界、学术界基于各自的立场，通过不同的概念描述了未来能源发展形态。

本文以“指导意见”给出的定义为基础，融合和概括表1中能源互联网各种概念，结合“十九大”精神，尝试给出一个能源互联网定义，即能源互联网是一种互联网理念、技术与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的新型生态化能源系统，其以可再生能源优先、以电力为基础，通过多种能源协同、供给与消费协同、集中式与分布式协同，大众广泛参与，实现物质流、能量流、信息流、业务流、资金流的优化配置，促进能源系统更高质量、更有效率、更加公平、更可持续发展[25-27]。

其中互联网技术包括云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等先进信息通信技术，互联网理念即系统性思维和以用户为本。

能源互联网通过系统性、整体性、协同性的思维方式来规划、建设、运营能源设施并以用户为本的理念来提供能源服务，思路和理念的转变是实现能源互联网的基础。

“生态化”包含2个方面的含义。

一方面，能源互联网优先采用可再生能源以及终端节能设备，并通过多种能源协同、供给与消费协同、集中式与分布式协同的方式，提高整个系统的能源利用效率、能源供给安全性、经济性和灵活性，同时促进可再生能源消纳，另外还要实现能源系统的基础设施同楼宇、交通等城乡市政基础设施在空间、外观等方面的融合，从而实现环境友好、清洁绿色的能源系统；另一方面，能源互联网要通过体制机制形成大众广泛参与、充分竞争的能源建设、运营、交易、研发、金融体系，从而实现开放、平等、共建、共享的能源系统。

在能源互联生态网络中，环境保护的需求将获得最大限度的尊重，经济效益将成为能源生产和消费行为的巨大驱动力和制动力，庞大的能源供应商和消费者群体都能够以商业化平台为基础，互济互助，因地制宜，自主创新，形成能源的高效利用。