2.3.1　能源物联网基本概念

1. 能源互联网的基本定义

能源互联网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，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。在全球新一轮科技革命和产业变革中，互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合，正在推动能源互联网新技术、新模式和新业态的兴起。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。

能源互联网技术是综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。

美国学者杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）于2011年在其著作《第三次工业革命》中预言，以新能源技术和信息技术的深入结合为特征，一种新的能源利用体系即将出现，他将他所设想的这一新的能源体系命名为能源互联网（Energy Internet）。随后，随着中国政府的重视，杰里米·里夫金及其能源互联网概念在中国得到了广泛传播。2014年，中国提出了能源生产与消费革命的长期战略，并以电力系统为核心试图主导全球能源互联网的布局。2016年3月，全球能源互联网发展合作组织成立，由国家电网独家发起成立，是中国在能源领域发起成立的首个国际组织，也是全球能源互联网的首个合作协调组织。

物联是基础。能源互联网用先进的传感器、控制和软件应用程序，将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来，形成了能源互联网的物联基础。大数据分析、机器学习和预测是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑。能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等，进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习，打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率，需求和供应将可以进行随时的动态调整。

伴随着美国未来学家杰里米·里夫金《第三次工业革命》一书的出版，能源互联网领域的概念在国内逐渐被炒热。杰里米·里夫金在他的新书中阐述了这样一种观点，在经历第一次工业革命和第二次工业革命之后，第三次工业革命将是互联网对能源行业带来的冲击，即把互联网技术与可再生能源相结合，在能源开采、配送和利用上从传统的集中式转变为智能化的分散式，从而将全球的电网变为能源共享网络。

能源互联网将有助于形成一个巨大的能源资产市场（Market place），实现能源资产的全生命周期管理。通过这个市场可有效整合产业链上下游各方，形成供需互动和交易，也可以让更多的低风险资本进入能源投资开发领域，并有效控制新能源投资的风险。

能源互联网还将实时匹配供需信息，整合分散需求，形成能源交易和需求响应。当每一个家庭都变成能源的消费者和供应者的时候，无时无刻不在交易电力，比如屋顶分布式光伏电站发电、当为电动汽车充放电的时候。

2. 国内能源互联网发展历程

2015年9月26日，中国国家主席习近平在纽约联合国总部出席联合国发展峰会，发表题为《谋共同永续发展　做合作共赢伙伴》的重要讲话。在讲话中，习近平宣布：中国倡议探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。

2016年2月，国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合制定《关于推进“互联网＋”智慧能源发展的指导意见》。《意见》提出，能源互联网建设近中期将分为两个阶段推进，先期开展试点示范，后续进行推广应用，并明确了十大重点任务。《意见》明确了能源互联网建设目标：2016—2018年，着力推进能源互联网试点示范工作，建成一批不同类型、不同规模的试点示范项目；2019—2025年，着力推进能源互联网多元化、规模化发展，初步建成能源互联网产业体系，形成较为完备的技术及标准体系并推动实现国际化。

2017年9月26日，在全球能源互联网推动下，中国与周边国家能源互联互通初具规模。下一步，中国将稳步推进国内能源互联网建设，优化电网布局，提高国内能源资源优化配置能力，加快能源互联网示范项目建设，积极研究提出配套政策措施，为能源互联网新模式、新业态发展预留充足发展空间。

2017年7月，为落实《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）和国务院第138次常务会议的部署，有效促进能源和信息深度融合，推动能源领域结构性改革，国家能源局以《国家能源局关于组织实施“互联网＋”智慧能源（能源互联网）示范项目的通知》（国能科技[2016]200号）公开组织申报“互联网＋”智慧能源（能源互联网）示范项目。

2017年7月，国家能源局正式公布包括北京延庆能源互联网综合示范区、崇明能源互联网综合示范项目等在内的首批55个“互联网＋”智慧能源（能源互联网）示范项目，其中城市能源互联网综合示范项目12个、园区能源互联网综合示范项目12个、其他及跨地区多能协同示范项目5个、基于电动汽车的能源互联网示范项目6个、基于灵活性资源的能源互联网示范项目2个、基于绿色能源灵活交易的能源互联网示范项目3个、基于行业融合的能源互联网示范项目4个、能源大数据与第三方服务示范项目8个、智能化能源基础设施示范项目3个。

3. 能源互联网的基本功能

能源是现代社会赖以生存和发展的基础。为了应对能源危机，各国积极研究新能源技术，特别是太阳能、风能、生物能等可再生能源。可再生能源具有取之不竭、清洁环保等特点，受到世界各国的高度重视。可再生能源存在地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和不可控等特点，传统电力网络的集中统一的管理方式难以适应可再生能源大规模利用的要求。对于可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集，就地存储，就地使用”。

但分布式发电并网并不能从根本上改变分布式发电在高渗透率情况下对上一级电网电能质量、故障检测、故障隔离的影响，也难以实现可再生能源的最大化利用，只有实现可再生能源发电信息的共享，以信息流控制能量流，实现可再生能源所发电能的高效传输与共享，才能克服可再生能源不稳定的问题，实现可再生能源的真正有效利用。

信息技术与可再生能源相结合的产物——能源互联网，为解决可再生能源的有效利用问题，提供了可行的技术方案。与目前开展的智能电网、分布式发电、微电网研究相比、能源互联网在概念、技术、方法上都有一定的独特之处。因此，研究能源互联网的特征及内涵，探讨实现能源互联网的各种关键技术，对于推动能源互联网的发展，并逐步使传统电网向能源互联网演化，具有重要理论意义和实用价值。

能源互联网可理解为综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。从政府管理者的视角来看，能源互联网是兼容传统电网的，可以充分、广泛和有效地利用分布式可再生能源的、满足用户多样化电力需求的一种新型能源体系结构；从运营者的视角来看，能源互联网是能够与消费者互动的、存在竞争的一个能源消费市场，只有提高能源服务质量，才能赢得市场竞争；从消费者的视角来看，能源互联网不仅具备传统电网所具备的供电功能，还为各类消费者提供了一个公共的能源交换与共享平台。

4. 能源互联网具备五大特征

1）可再生

可再生能源是能源互联网的主要能量供应来源。可再生能源发电具有间歇性、波动性，其大规模接入对电网的稳定性产生冲击，从而促使传统的能源网络转型为能源互联网。

2）分布式

由于可再生能源的分散特性，为了最大效率地收集和使用可再生能源，需要建立就地收集、存储和使用能源的网络，这些能源网络单个规模小，分布范围广，每个微型能源网络构成能源互联网的一个节点。

3）互联性

大范围分布式的微型能源网络并不能全部保证自给自足，需要联起来进行能量交换才能平衡能量的供给与需求。能源互联网关注将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来，而传统电网更关注如何将这些要素“接进来”。

4）开放性

能源互联网应该是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络，发电装置、储能装置和负载能够“即插即用”，只要符合互操作标准，这种接入是自主的，从能量交换的角度看没有一个网络节点比其他节点更重要。

5）智能化

能源互联网中能源的产生、传输、转换和使用都应该具备一定的智能。

5. 能源互联网的关键技术

能源互联网与其他形式的电力系统相比，具有4个关键技术。

1）可再生能源高渗透率

能源互联网中将接入大量各类分布式可再生能源发电系统，在可再生能源高渗透率的环境下，能源互联网的控制管理与传统电网之间存在很大不同，需要研究由此带来的一系列新的科学与技术问题。

2）非线性随机特性

分布式可再生能源是未来能源互联网的主体，但可再生能源具有很大的不确定性和不可控性，同时考虑实时电价、运行模式变化、用户侧响应、负载变化等因素的随机特性、能源互联网将呈现复杂的随机特性，其控制、优化和调度将面临更大挑战。

3）多源大数据特性

能源互联网工作在高度信息化的环境中，随着分布式电源并网，储能及需求侧响应的实施，包括气象信息、用户用电特征、储能状态等多种来源的海量信息。随着高级量测技术的普及和应用，能源互联网中具有量测功能的智能终端的数量将会大大增加，所产生的数据量也将急剧增大。

4）多尺度动态特性

能源互联网是一个物质、能量与信息深度耦合的系统，是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域、多层次关联，包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统。作为社会／信息／物理相互依存的超大规模复合网络，与传统电网相比，具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性，呈现出复杂的不同尺度的动态特性。

6. 全球能源互联网

全球能源互联网是集能源传输、资源配置、市场交易、信息交互、智能服务于一体的“物联网”，是共建共享、互联互通、开放兼容的“巨系统”，是创造巨大经济、社会、环境综合价值的和平发展平台。它是以特高压电网为骨干网架、全球互联的坚强智能电网，是清洁能源在全球范围大规模开发、配置、利用的基础平台，实质就是“特高压电网＋智能电网＋清洁能源”。特高压电网是关键，智能电网是基础，清洁能源是重点。

全球能源互联网作为世界最大的能源配置系统，能够将具有时区差、季节差的各大洲电网连接起来，解决长期困扰人类发展的能源和环境问题，保障能源安全、清洁、可持续供应，创造巨大的经济、社会、环境价值，让世界成为能源充足、天蓝地绿、亮亮堂堂、和平和谐的“地球村”。

构建全球能源互联网具有必然性，一方面，人类发展面临能源安全、环境污染和气候变化等挑战与制约；另一方面，世界能源的客观需求又在不断增加。2050年，世界能源需求预计将达300亿吨标准煤，比2016年增长近62%，人均能源需求预计增长16.8%。因此，只有实现能源的可持续供应，才能保障人类的生存与发展。构建全球能源互联网，加快“两个替代”（清洁替代、能源替代），正是能源持续供应的出路，只有实现清洁能源大规模开发、大范围配置和高效率利用，才能加快建设生态文明，满足经济社会发展的需求。

构建全球能源互联网具有可行性，一方面我国特高压工程实践已为构建全球能源互联网发挥了示范引领作用；另一方面，构建全球能源互联网既符合世界能源从高碳到低碳、从低效到高效、从局部平衡到大范围配置的发展趋势，又符合世界电网电压等级由低到高、联网规模从小到大、自动化水平由弱到强的发展趋势，并逐步发展成为互联大电网和坚强智能电网的发展规律。