清华大学出版社

清华大学  曾嵘 1  引言 能源是人类生存和发展的重要基石，是社会经济运行的动力和基础。每一次工业革命都离不开能源类型和使用方式的革新，推动着人类社会的发展和进步。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，是未来能源行业发展的方向。 发展能源互联网将从根本上改变对传统能源利用模式的依赖，推动传统产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业转变，是对人类社会生活方式的一次根本性革命。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出，“将推进能源与信息等领域新技术深度融合，统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设，建设‘源-网-荷-储’协调发展、集成互补的能源互联网”。当前我国正处在能源革命的关键时期，国家能源局《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》的发布，将在能源技术、生产、供应等多个环节激发“链式变革”，是推动我国能源革命的必然选择。 2  能源互联网的发展动态与现状 能源互联网作为当前国内外一个全新的研究热点，多个国家的科研机构已经开展了初步的研究工作，以力图在此次技术革命中占领先机，并取得一定成果。 2.1  国外能源互联网的发展动态与现状 2004年The Economist发表了Building the Energy Internet，首次提出建设能源互联网，通过借鉴互联网自愈和即插即用的特点，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，以减少大停电及其影响。此后国际上针对能源互联网进行了广泛的研究，着力研究下一代能源系统。2011年，美国学者杰里米•里夫金在其著作《第三次工业革命》中提出能源互联网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。下面对欧盟、美国、日本等提出的能源互联网构想和相关项目进行介绍、分析。 2008年12月德国联邦经济和技术部发起了一个技术创新促进计划，以信息通信技术(Information and Communication Technology，ICT)为基础构建未来能源系统，着手开发和测试能源互联网的核心技术。之后，德国联邦政府发起E-Energy，并将其作为国家性的“灯塔项目”，旨在推动基于ICT技术的高效能源系统项目, 致力于能源的生产、输送、消费和储能各个环节之间的智能化。 2011年欧洲启动了未来智能能源互联网(Future Internet for Smart Energy，FINSENY)项目，该项目的核心在于构建未来能源互联网的ICT平台，支撑配电系统的智能化；通过分析智能能源场景，识别ICT需求，开发参考架构并准备欧洲范围内的试验，最终形成欧洲智能能源基础设施的未来能源互联网ICT平台。 Vision of Future Energy Networks项目由瑞士联邦政府能源办公室和产业部门共同发起，其重点是研究多能源传输系统的利用和分布式能源的转换和存储，开发相应的系统仿真分析模型和软件工具。该项目提出未来能源互联网包含两个元素，一是通过混合能源路由器(hybrid energy hub)集成能源转换和存储设备；二是通过能源内部互联器(energy interconnector)实现不同能源的组合传输。 2008年，美国国家科学基金项目在北卡州立大学启动“未来可再生电能传输与管理系统”(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management System， FREEDM)，并建立了FREEDM系统研究院，由17个科研院所和30余个工业伙伴共同参与。该项目重点研究适应高渗透率分布式可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统，并称之为能源互联网(energy internet)。FREEDM项目的核心在于将电力电子技术和信息技术引入电力系统，效仿通信网络中路由器的概念，提出能源路由器的概念并实施初步开发，以希望在未来的配电网层面构建能源互联网，实现分布对等的系统控制与交互。 2010年，日本启动“智能能源共同体”计划，开展能源和智能电网等领域的研究。2011年，日本开始推广“数字电网”计划，该计划是基于互联网的启发，构建一种基于各种电网设备的IP来实现信息和能量传递的新型能源网。通过提供异步连接、协调局域网内部   以及不同局域网系统的数字电网路由器，并将其与现有电网及互联网相连，通过相当于    互联网地址的“IP地址”识别发电设备及用电设备在内的装置，由此进行统筹管理与能量调度。 由上，尽管各方认知方式的侧重点有所不同，但都是将互联网技术运用到能源系统，把一个集中式、单向的、生产者控制的能源系统，转变成大量分布式辅以较少集中式的新能源与更多的消费者互动的能源系统，以提高可再生能源的比重，实现多元能源的有效互联和高效利用。 2.2  国内能源互联网的发展动态与现状 早在20世纪80年代，清华大学前校长高景德便提出了CCCP（现代电力系统是计算机、通信、控制与电力系统以及电力电子技术的深度融合）的概念。近年来，国内快速发展的智能电网也不断强调信息技术与现代电网的紧密结合。2012年8月首届中国能源互联网发展战略论坛在长沙举行，对能源互联网概念进行了初步介绍。2013年12月，北京市科委组织“第三次工业革命”和“能源互联网”专家研讨会。2014年2月，国家能源局委托江苏现代低碳技术研究院开展“能源互联网战略研究”课题。2014年6月，中国电力科学研究院牵头承担国家电网公司基础前瞻性项目“能源互联网技术架构研究”，着力构建未来能源互联网架构，搭建相应的能源互联网研究平台。中国科学院学部开展 “我国新一代能源系统战略研究”课题，提出了新一代能源系统的理念。 随着党的十八大提出能源革命战略、2015年政府工作报告推出“互联网+”行动计划，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，国家能源局首次召开能源互联网工作会议。2015年4月，由清华大学发起并组织，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在北京香山饭店召开，为我国能源互联网的发展建言献策，在国内外产生了重要影响。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”，并将其作为国家“互联网+”行动计划的重要载体，由清华大学牵头承担其中能源互联网的形态特征、关键技术和技术标准、商业模式、效益评价等5个重点课题。2016年2月，国家发改委、能源局、工信部联合发布国家能源互联网纲领性文件《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出了能源互联网的路线图， 明确了推进能源互联网发展的指导思想、基本原则、重点任务和组织实施。2016年3月，国家“十三五”规划纲要明确提出“将推进能源与信息等领域新技术深度融合，统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设，建设‘源-网-荷-储’协调发展、集成互补的能源互联网”。2016年4月，国家发改委、能源局正式发布《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》，为未来我国能源互联网技术的发展制定了行动计划。目前，中电联（中国电力企业联合会）牵头并组织清华大学等高校和科研机构正在开展国家能源互联网系统标准的制定。 此外，清华大学、国防科技大学、华北电力大学、天津大学、中国电力科学研究院等高校与科研机构，从能源互联网的基本概念及形态、发展模式及路径、技术框架及拓扑、关键技术分析等方面展开了广泛的研究。 从目前的情况来看，能源互联网已经受到了国内各级政府和研究机构的高度重视，能源互联网的理念与技术也已在国内引起了越来越广泛的关注，正逐渐由以基础性研究为主的概念阶段向以应用性研究为主的起步阶段转变。