發(fā)展智慧能源提高能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

／國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司科技處處長(zhǎng) 孫嘉彌 ／

發(fā)展智慧能源提高能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

／國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司科技處處長(zhǎng) 孫嘉彌 ／

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征。

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的背景

第一、發(fā)展智慧能源是在能源的清潔化、低碳化已經(jīng)成為全球共識(shí)的情況下產(chǎn)生的。2015年德國(guó)光伏出力瞬時(shí)最大值達(dá)到系統(tǒng)負(fù)荷74%，風(fēng)電太陽能發(fā)電新增裝機(jī)容量連續(xù)最高，成為我們發(fā)展智慧能源樂觀背景。

第二、我國(guó)能源資源逆向分布比較特殊，能源利用率比較低，綜合能源利用效率約36%，單位GDP能耗是世界平均水平的1.8倍，73%的能耗來自于工業(yè)企業(yè)。

此外我國(guó)的能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生重大的變化，現(xiàn)在看起來隨著光伏風(fēng)電等新能源的快速發(fā)展，將逐步改變我國(guó)以煤為主的主導(dǎo)能源傳統(tǒng)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。電力由于具有高效快速的傳輸特質(zhì)，使其成為互聯(lián)互通的能源接口，而且隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，能源結(jié)構(gòu)也將發(fā)生重大變化，居民商業(yè)用電發(fā)生劇烈的提升，電動(dòng)汽車的推廣，交通用電占比也將提升30%，我國(guó)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的變化。

在能源生產(chǎn)領(lǐng)域，制約光伏行業(yè)大規(guī)模發(fā)展的主要原因是成本還比較高，而據(jù)國(guó)際能源署的預(yù)測(cè)，光伏組件在未來將穩(wěn)步下降，為調(diào)整能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)提供了支撐。

能源互聯(lián)網(wǎng)也在顛覆人類的生存模式，互聯(lián)網(wǎng)從本質(zhì)上還是一個(gè)提高效率的工具，是通過技術(shù)手段解決信息不對(duì)稱的一些問題，互聯(lián)網(wǎng)在重塑傳統(tǒng)行業(yè)的過程中也在一步一步改變我們的行為模式和生活方式。

相對(duì)于零售業(yè)、媒體業(yè)、醫(yī)療業(yè)和制造業(yè)這些領(lǐng)域，能源行業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化程度還比較低，所以通過實(shí)施能源互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略將給能源領(lǐng)域帶來極大地發(fā)展。

以能源革命為契機(jī)的新一輪改革正在進(jìn)行，中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議專門研究了安全戰(zhàn)略，習(xí)近平提出的“四個(gè)革命，一個(gè)合作”將成為能源領(lǐng)域發(fā)展的長(zhǎng)期戰(zhàn)略。

2015年3月15日，十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議上，李克強(qiáng)總理在政府報(bào)告中也提出落實(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃。3月15日中共中央下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》，放開新增配售電廠，符合條件的5類企業(yè)未來可以開展售電業(yè)務(wù)。

能源互聯(lián)網(wǎng)定義及典型特征

關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)有幾種典型的理解，狹義的理解認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)上是智能電網(wǎng)的延伸，廣義就有很大的內(nèi)涵，第一是能源的系統(tǒng)，而且強(qiáng)調(diào)協(xié)同優(yōu)化，同時(shí)是扁平化系統(tǒng)，通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)供能、輸能、用能等各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)，打破能源產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)的供需界限，此外是開放式系統(tǒng)，是能量流、信息流、價(jià)值流三流自由交互衍生出一個(gè)特定的形態(tài)。

事實(shí)上，歐美各國(guó)都已經(jīng)對(duì)智慧能源的發(fā)展進(jìn)行了探索。美國(guó)從2005年就開始部署智慧能源網(wǎng)的研究；英國(guó)2007年投入100億英鎊建立能源技術(shù)研究院，支持智慧能源網(wǎng)的研究，以提高能源綜合利用效率；瑞士致力于研究能源互聯(lián)網(wǎng)能量集站。

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征。

互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源也叫能源互聯(lián)網(wǎng)，它的體系是以電力網(wǎng)為主導(dǎo)，能源主干網(wǎng)、能源區(qū)域網(wǎng)，在堅(jiān)持能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)下，以電力為主導(dǎo)，主要解決能源空間不平衡，以能源的調(diào)配為主要任務(wù)，以能源的存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換為輔助手段，解決問題。

能源互聯(lián)網(wǎng)可以在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行架構(gòu)，智能電網(wǎng)主要是從電網(wǎng)的智能化角度，強(qiáng)調(diào)深度融合。

能源互聯(lián)網(wǎng)的特征，首先多效互補(bǔ)、高效轉(zhuǎn)化是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心。其次智慧能源網(wǎng)中間的各類能源轉(zhuǎn)換是高效的，通過高效轉(zhuǎn)化大幅提高能源利用的綜合效率。

高度融合的信息物理系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的載體，能源互聯(lián)網(wǎng)是通過能源技術(shù)與信息技術(shù)的高度融合，逐漸形成以電力為紐帶，涵蓋供電、供熱、供暖、供氣為系統(tǒng)的綜合網(wǎng)絡(luò)，是信息物理系統(tǒng)，以保證智慧能源的智慧性、可靠性、安全性。智慧能源的信息物理系統(tǒng)所涉及的類型多、數(shù)量大，且覆蓋能源的生產(chǎn)、輸送、消費(fèi)和存儲(chǔ)各個(gè)領(lǐng)域。

平等多邊的交易體系是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)推售，一就是建立零售商、小型用戶和代理商的多邊交易和電子交易平臺(tái)；第二是建立推廣能量的金融交易；第三是能源服務(wù)商提供個(gè)性化的能源價(jià)格菜單；第四是建立能源競(jìng)價(jià)平臺(tái)。

關(guān)于推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)至少應(yīng)該有以下幾方面的意義，一是促進(jìn)綠色低碳的能源發(fā)展，是發(fā)展分布式可再生能源發(fā)展的重要手段；二是推動(dòng)能源裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手；三是推動(dòng)中國(guó)能源技術(shù)、裝備、標(biāo)準(zhǔn)和模式走出去的重要途徑；四是推動(dòng)能源體制改革，特別是供給側(cè)改革的一個(gè)重要突破點(diǎn)。

能源互聯(lián)網(wǎng)也是貫徹黨的十八大，包括三中、四中、五中全會(huì)精神，包括李克強(qiáng)總理在國(guó)家能源委第一次會(huì)議上的模式和要求的重要途徑；另外也是為了適應(yīng)引領(lǐng)新常態(tài)，以改革創(chuàng)新為核心，以互聯(lián)網(wǎng)+為手段，智能為基礎(chǔ)，主要是推進(jìn)能源信息的深度融合。

“十三五”期間發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，可以開展以下幾方面的工作：一是示范項(xiàng)目，著重多源協(xié)同和低碳清潔供能。二是兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，主要是直流電網(wǎng)技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)。三是構(gòu)建三大運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，競(jìng)爭(zhēng)開放能源交易平臺(tái)，用能響應(yīng)平臺(tái)，提高大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析和監(jiān)測(cè)服務(wù)的能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

基本原則四點(diǎn)：基礎(chǔ)開放大眾創(chuàng)新；探索創(chuàng)新示范現(xiàn)行；市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)；深化改革推動(dòng)革命。著力點(diǎn)就是要著力提升用能體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)清潔能源消納，另外就是提高用能效率。

主要的目標(biāo)提出分階段實(shí)施，2016～2018年，著力推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范工作：建成一批不同類型、不同規(guī)模的試點(diǎn)示范項(xiàng)目；攻克一批重大核心技術(shù)和核心裝備；能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；初步建立能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)機(jī)制和市場(chǎng)體系；初步建成能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；形成一批重點(diǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和催生一批能源金融、第三方綜合能源服務(wù)等新興業(yè)態(tài)；培育一批有競(jìng)爭(zhēng)力的新興市場(chǎng)主體；探索一批可持續(xù)、可推廣的發(fā)展模式；積累一批重要的改革試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

2019～2025年，著力促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)多元化、規(guī)?；l(fā)展，初步建成能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系，成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)重要驅(qū)動(dòng)力；形成較為完備的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系并推動(dòng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際化，引領(lǐng)世界能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。也向各地發(fā)改委，央企及社會(huì)廣泛征集試點(diǎn)項(xiàng)目，目前報(bào)上來有幾百個(gè)，我們正在組織第三方機(jī)構(gòu)組織評(píng)審，應(yīng)該年底之前會(huì)有結(jié)果。 在《指導(dǎo)意見》里提出了發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)十大重點(diǎn)任務(wù)，包括能源生產(chǎn)消費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施智能化；建設(shè)多能協(xié)同綜合能源網(wǎng)絡(luò)；能源與信息通信基礎(chǔ)設(shè)施深度融合；開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系；儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車應(yīng)用新模式；智慧用能和增值服務(wù)新模式，綠色能源靈活交易市場(chǎng)模式；能源大數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用；關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。這十大任務(wù)基本上涵蓋了能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施、價(jià)值實(shí)現(xiàn)和保障手段，我們認(rèn)為是切實(shí)可行的。

“十三五”期間發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，可以開展以下幾方面的工作：一是示范項(xiàng)目，著重多源協(xié)同和低碳清潔供能。二是兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，主要是直流電網(wǎng)技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)。三是構(gòu)建三大運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，競(jìng)爭(zhēng)開放能源交易平臺(tái)，用能響應(yīng)平臺(tái)，提高大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)分析和監(jiān)測(cè)服務(wù)的能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

示范項(xiàng)目有多源協(xié)同優(yōu)化、低碳能源供應(yīng)，還有高效配送多類能源，著力提升供能系統(tǒng)效率。另外搭建基于互聯(lián)網(wǎng)的信息平臺(tái)，包括機(jī)制創(chuàng)新、智能響應(yīng)、發(fā)配類型。

以海淀北區(qū)智慧低碳新區(qū)的微網(wǎng)為例說明多源協(xié)同的能源互聯(lián)網(wǎng)，這里提高了能源生產(chǎn)的綠色化，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，在消費(fèi)側(cè)通過需求響應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)27%的峰值負(fù)荷削減，效果是很明顯的。

通過多源協(xié)同的能源互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)電力投資也是有非常積極的影響。基于當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷特征，按照傳統(tǒng)的規(guī)劃需要變電站13座，容量是1700兆伏安，而通過能源互聯(lián)網(wǎng)，新規(guī)劃只需要變電站10座，容量也大大降低，有效地減少了電網(wǎng)的投資。此類多元協(xié)同的智慧能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，可以有效地推廣到新型城鎮(zhèn)、商業(yè)住宅區(qū)、新農(nóng)村建設(shè)，可以帶來顯著的智慧建設(shè)。它的價(jià)值包括可以提高利用率，節(jié)約配電網(wǎng)的基礎(chǔ)投資20%，可以顯著地提高能源整體效率。

能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

首先是直流電網(wǎng)，有助于實(shí)現(xiàn)更好的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和雙向電力潮流以及對(duì)新參與者的開放性。建設(shè)直流電網(wǎng)需要發(fā)展多端柔性直流輸電技術(shù)，以中壓直流電網(wǎng)高效匯聚新能源。

建設(shè)直流電網(wǎng)還需要建設(shè)城市園區(qū)的直流配網(wǎng)，提升配送容量與運(yùn)行的可靠性，可以有效地解決城市配網(wǎng)的瓶頸問題。正常狀態(tài)下可以解決負(fù)荷不平衡，故障狀態(tài)下在不增加容量的情況下可以提升局部供電能力，減少短時(shí)的供電終端，提高供電的可靠性。美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室，最早就建立了直流配電的DEMO，認(rèn)為可以提高6%～26%的配電項(xiàng)目。

關(guān)鍵技術(shù)之二就是儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展與差異化應(yīng)用。儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展還是取決于技術(shù)成本將會(huì)實(shí)現(xiàn)怎樣的突破。大家可以看特斯拉在內(nèi)華達(dá)州已經(jīng)設(shè)立了這樣一個(gè)計(jì)劃，2020年成本降低50%，此外電動(dòng)汽車大力推廣也將極大地促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展。開發(fā)應(yīng)用電廠能量存儲(chǔ)單元，提高調(diào)節(jié)風(fēng)電能力。

關(guān)鍵技術(shù)之三是著力建設(shè)三大平臺(tái)，能源交易平臺(tái)、能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、用能響應(yīng)平臺(tái)，能源大數(shù)據(jù)平臺(tái)。首先運(yùn)營(yíng)平臺(tái)就是建設(shè)能源交易體系和發(fā)電售電雙側(cè)的焦點(diǎn)體系；中期任務(wù)是完善內(nèi)容；遠(yuǎn)期就是要融會(huì)貫通，主要包括標(biāo)準(zhǔn)化能量當(dāng)量交易，打破不同要素間的市場(chǎng)壁壘。

建設(shè)能源交易平臺(tái)可以通過建立能源淘寶實(shí)現(xiàn)，以降低市場(chǎng)門檻為市場(chǎng)主體，鼓勵(lì)能源領(lǐng)域的萬眾創(chuàng)新。能源淘寶具有幾個(gè)典型特征，一是零售商多樣化，二是終端用戶多樣化，三是商業(yè)模式多樣化。

建設(shè)能源交易平臺(tái)可以通過建立能源交易所實(shí)現(xiàn)，以建設(shè)全國(guó)性、區(qū)域性能源交易的集散平臺(tái)。廣東交易平臺(tái)就是個(gè)試點(diǎn)，2015年3月1日正式上線運(yùn)行，用戶185個(gè)，發(fā)電廠31個(gè)。二是基于智能終端與價(jià)格響應(yīng)的用能響應(yīng)平臺(tái)，用戶享用資源可以參與容量市場(chǎng)、能量市場(chǎng)、備用市場(chǎng)和調(diào)頻市場(chǎng)，需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)總額約7億美元，約44.8億人民幣，并且逐年增長(zhǎng)，絕大部分收益來自于容量市場(chǎng)。建設(shè)用能響應(yīng)平臺(tái)需要推廣生態(tài)化的用能響應(yīng)，沐光而行、隨風(fēng)而動(dòng)，以用戶側(cè)的柔性應(yīng)對(duì)新能源的劇烈波動(dòng)，用戶根據(jù)價(jià)格信號(hào)，隨風(fēng)電出力。

其次是建設(shè)能源監(jiān)控分析運(yùn)維的大數(shù)據(jù)平臺(tái)。有三方面內(nèi)容，一方面是基于大數(shù)據(jù)的能效監(jiān)控、基于大數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)創(chuàng)新和基于大數(shù)據(jù)的精細(xì)化管理；二是能源大數(shù)據(jù)重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景；三是智慧能源系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)傳感與采集，以數(shù)據(jù)支撐能源監(jiān)管工作的有效開展等等。

智能風(fēng)機(jī)的建設(shè)可以實(shí)現(xiàn)主軸承滾動(dòng)機(jī)疲勞狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。包括輪轂和主軸連接螺栓疲勞狀況的實(shí)時(shí)檢測(cè)；包括風(fēng)壓、風(fēng)速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)由中央云平臺(tái)實(shí)施交流。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和基于數(shù)據(jù)運(yùn)維，可以使風(fēng)機(jī)自學(xué)習(xí)，自優(yōu)化成為可能，可以提高4%～15%的發(fā)電量。

另外就是智能光伏的建設(shè)，是建設(shè)能源大數(shù)據(jù)的利用方向。通過5點(diǎn)4段的PR值優(yōu)化體系，可以使大型地面電站發(fā)電量提升5%，運(yùn)維效率提升50%，保障安全、促進(jìn)融資。通過光伏電站全生命周期的數(shù)據(jù)與監(jiān)控，從而保證電站系統(tǒng)的安全和可靠性，保證電站25年的使用壽命。

（根據(jù)國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司科技處處長(zhǎng)孫嘉彌在“2016中國(guó)風(fēng)電電氣裝備技術(shù)高峰論壇”的講話整理。）