能源互聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及其在貴州電網(wǎng)的發(fā)展(一)：現(xiàn)狀分析

談竹奎，程樂峰，李正佳，高華

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550003；2.蘇州華天國科電力科技有限公司，江蘇 蘇州 215000；3.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，貴州 貴陽 550003）

0 引言

近十幾年來，隨著全球化石能源資源（如：煤炭、石油、天然氣等）的大規(guī)模開發(fā)和利用以及能源結(jié)構(gòu)的不斷轉(zhuǎn)型和調(diào)整，給這些不可再生能源資源的使用帶來了極大挑戰(zhàn)，同時由此引起的環(huán)境問題也變得日益嚴重，人類嚴重依賴于能源的發(fā)展和生存方式正面臨著嚴峻考驗。在此背景下，這將迫使人類社會迅速過渡到一個全新的能源體制和工業(yè)發(fā)展模式。

據(jù)統(tǒng)計[1]，自從20世紀60年代，石油首次超過煤炭成為世界第一大能源，并在1973年占比達到峰值，而在經(jīng)歷了20世紀七八十年代兩次全球石油危機之后，石油的比重逐漸下降，天然氣的比重反而不斷攀升，煤炭的比重則有所回升。據(jù)文獻[1]和[2]研究統(tǒng)計，對于煤炭、石油和天然氣三大化石能源而言，它們分別為8915億噸、2382億噸和186萬億立方米的探明可采儲量（數(shù)據(jù)截止到2013年），折合標準煤共計1.2萬億噸，這其中煤炭占52.0%、石油占27.8%、天然氣占20.2%，且它們將分別可開采113年、53年和55年（依據(jù)目前世界的平均開采強度計算）。常規(guī)化石能源不僅資源量十分有限，而且發(fā)展還很不平衡。對比之下，全球水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等清潔能源資源則非常豐富。這里提到的清潔能源主要包括：水能、風(fēng)能、太陽能、核能、海洋能、生物能等，其資源豐富，開發(fā)潛力巨大，對于緩解全球能源危機將發(fā)揮重要的作用。人類對于清潔、綠色、可再生能源資源的開發(fā)技術(shù)正不斷成熟，而其中相關(guān)核心技術(shù)的突破將大幅提升全球經(jīng)濟的發(fā)展水平和速度，因此，可以預(yù)見的是，緩解未來全球能源危機的關(guān)鍵之道就是大力開發(fā)分布式可再生新能源。

面對全球能源發(fā)展危機，2011年美國著名學(xué)者杰里米·里夫金在其著作《The Third Industrial Revolution》[3]中首次提到了“能源互聯(lián)網(wǎng)”的理念，其認為能源互聯(lián)網(wǎng)是以能源技術(shù)和信息技術(shù)深度結(jié)合的一種新的能源利用體系（new energy utilization system），在未來可實現(xiàn)分布式可再生能源的大規(guī)模接入和共享[4-5]。此外，里夫金認為能源互聯(lián)網(wǎng)作為一種新的能源利用體系將成為第三次工業(yè)革命（The third industrial evolution）發(fā)展的核心技術(shù)，這種核心技術(shù)將以信息通信技術(shù)（ICT）和分布式可再生能源技術(shù)為主要特征，從而引領(lǐng)第三次工業(yè)革命走向成功，并給人類社會帶來極其深遠的影響。這種影響伴隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將從根本上改變?nèi)藗兩詈凸ぷ鞯姆椒矫婷?。貴州省地處我國西南腹地，各類分布式可再生能源資源都較為豐富，基于所建設(shè)的全國首個國家級大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)將具有很大的潛力。

基于此，本文作為姊妹篇中的第一篇，對能源互聯(lián)網(wǎng)及其在貴州電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了深入研究，包括對能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想、政策、理論、關(guān)鍵技術(shù)、相關(guān)項目建設(shè)等。本文以能源互聯(lián)網(wǎng)為背景，通過對其研究現(xiàn)狀的分析指明其在貴州電網(wǎng)發(fā)展的可行性，為姊妹篇中的下一篇關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)在貴州電網(wǎng)發(fā)展的前瞻性分析奠定堅實研究基礎(chǔ)。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 能源發(fā)展歷程

世界的工業(yè)發(fā)展依次經(jīng)歷了工業(yè)1.0（機械化）、工業(yè)2.0（電氣化）和工業(yè)3.0（信息化），再到如今的工業(yè)1.0（網(wǎng)絡(luò)化），未來將進入工業(yè)5.0時代，即平行化[6]。在現(xiàn)今的工業(yè)4.0時代中，信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)之間高度融合，形成了具有代表性的信息-物理融合系統(tǒng)（cyber-physical systems），即CPS。未來將進入工業(yè)5.0，即平行化時代，信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合程度將進一步加深，此時人與社會因素也需要納入進來，形成具有代表性的信息-物理-社會融合系統(tǒng)（cyber-physical-social systems），即 CPSS。從CPS到CPSS，人類經(jīng)工業(yè)4.0時代進入到全新的工業(yè)5.0時代，虛擬的人工平行系統(tǒng)將作為主要核心設(shè)備出現(xiàn)，引領(lǐng)工業(yè)運行模式進入平行化時代。能源系統(tǒng)的發(fā)展歷程與工業(yè)技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合，伴隨著工業(yè)系統(tǒng)從工業(yè)1.0進入到如今的工業(yè)5.0，能源系統(tǒng)也從最初的能源1.0時代進入到了如今的能源4.0時代。為此，文獻[6]進一步對世界能源體系的發(fā)展做了較為全面的概括。

世界能源體系從最開始的能源1.0時代、能源2.0時代、能源3.0時代發(fā)展進入到如今的能源4.0時代，未來將進入到能源5.0時代，其中[6]：能源1.0是自然能源階段；能源2.0時代，在工業(yè)1.0技術(shù)的推動下，蒸汽機將化石能源轉(zhuǎn)化為熱能和機械能，這是該時代的主要標志；能源3.0時代是電氣化時代；能源4.0時代則是如今的能源互聯(lián)網(wǎng)時代，這是由于大量的分布式電源（distributed generation, DG）、可再生能源資源和電動汽車（electric vehicle, EV）接入能源系統(tǒng)中來，使得能源3.0時代在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進一步驅(qū)動下進入到了能源4.0時代，即能源互聯(lián)網(wǎng)時代。在能源互聯(lián)網(wǎng)時代的基礎(chǔ)上，以工業(yè)4.0和工業(yè)5.0核心技術(shù)為驅(qū)動，并借助于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)發(fā)展，能源5.0時代將是一個平行能源時代，此時平行理論與平行技術(shù)得到了大量應(yīng)用，能源系統(tǒng)將不再是各自孤立的，而是平行化的、虛實互動平行運行的。

由此可見，能源系統(tǒng)的發(fā)展歷程是以工業(yè)技術(shù)的發(fā)展作為驅(qū)動的。如今全球能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正經(jīng)歷深刻變革，大規(guī)?；茉吹拈_發(fā)和利用對環(huán)境造成了嚴重危害。如何利用工業(yè)技術(shù)開發(fā)綠色、清潔、可再生的分布式能源資源將成為能源互聯(lián)網(wǎng)時代（即能源4.0時代）的核心命題。借助于分布式可再生能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并結(jié)合智能電網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展和構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)（甚至全球能源互聯(lián)網(wǎng)）將是能源4.0的核心要義。

能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程中，在其最初構(gòu)想中認為能源系統(tǒng)發(fā)展的最高優(yōu)選方案應(yīng)該是全球能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略[7]，這個構(gòu)想是由巴克敏斯特·福樂在20世紀70年代提出的；在這之后，彼得·邁森創(chuàng)立了全球能源網(wǎng)絡(luò)學(xué)會，推動了電力傳輸網(wǎng)絡(luò)連接以及可再生能源的使用[7]。這些愿景為能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了初步設(shè)想。2004年，美國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志發(fā)表了題為“Building the Energy Internet”的文章[8]，認為未來電網(wǎng)應(yīng)該是可實現(xiàn)分布式電源和儲能設(shè)備大規(guī)模接入的數(shù)字電網(wǎng)[9]，這引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，可看作是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的開端。2008年，美國國家科學(xué)基金資助了FREEDM項目[10]，歷時5～10年，該項目成立了位于美國北卡州立大學(xué)的FREEDM研究中心，并提出了可實現(xiàn)大規(guī)模分布式電源（DG）接入和即插即用（plug-and-play）的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案。

同年，提出了“E-Energy”項目計劃，并根據(jù)該計劃最終實施了 6個能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目[9]。德國“E-Energy ”項目的特點是[9]信息通信技術(shù)（information and communication technology，ICT）和能源系統(tǒng)的融合，在確保電力系統(tǒng)運行效率和安全性的同時，兼顧了對環(huán)境的友好性。在這一階段，日本也提出了發(fā)展數(shù)字電網(wǎng)（Digital Grid）的理念[11]，其目的在于提高高比例可再生能源資源的消納率，并能夠減少大面積的連鎖故障發(fā)生[9]，從而使子電網(wǎng)內(nèi)的可再生能源不會影響大電網(wǎng)的運維安全。真正引起能源互聯(lián)網(wǎng)研究熱潮的事件是2011年杰里米·里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)概念[3]，為人們構(gòu)想了一種未來發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的美好愿景，這必將引領(lǐng)第三次工業(yè)革命向前大跨步發(fā)展。

1.2 主要國家能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展構(gòu)想及現(xiàn)狀分析

1.2.1 歐盟

近年來，歐盟尤其是德法英等發(fā)達國家正在大力部署新能源戰(zhàn)略、推進新能源項目。早在1983年，歐共體就發(fā)布了第一個“技術(shù)研發(fā)框架計劃（The First Framework Programme for Research and Technological Development）”，稱為FP1。在1984-2013年間，歐盟已經(jīng)將這一科技研發(fā)框架計劃由FP1至FP6推進到了FP7，其中FP7投資規(guī)模更是達到了501.82億歐元[12]。FP7執(zhí)行周期為2007-2013年，以新能源作為優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域，包括[12]：基于可再生能源的發(fā)電、供熱和制冷，CO2捕獲與封存技術(shù)，潔凈煤技術(shù)，電-氣耦合的多能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能源政策研究等。此外，歐盟在2008年還推出了“SET規(guī)劃”，即歐洲戰(zhàn)略性能源技術(shù)規(guī)劃。同年12月，作為歐盟主要成員國，德國發(fā)起了一個技術(shù)創(chuàng)新促進計劃，即以ICT技術(shù)為基礎(chǔ)著力構(gòu)建未來以能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的能源系統(tǒng)。2011年，歐盟又啟動了全新的“FINSENY項目”，即未來智能能源互聯(lián)網(wǎng)項目，其目標是通過構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)的ICT平臺支撐配電系統(tǒng)的智能化建設(shè)和創(chuàng)新性服務(wù)拓展，最終構(gòu)建一個基于歐洲智能能源基礎(chǔ)設(shè)施的未來能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺。

基于ICT技術(shù)，德國和瑞士相繼發(fā)起了未來能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)研究和測試工作。如前所述，德國在未來能源互聯(lián)網(wǎng)的研究工作中率先啟動了“E-Energy”項目，該項目旨在通過上述能源互聯(lián)網(wǎng)ICT技術(shù)構(gòu)建一個未來的高效能源系統(tǒng)。如今，“E-Energy”項目已開展了6個示范項目建設(shè)，包括：E-DeMa項目（Rhine Ruhr Area）、Meregio項目（Karlsruhe-Stuttgart Area）、Mannheim 示范城市項目（Rhein-Neckar城市圈）、RegMod項目（Harz Area）、Smart Watts項目（Aachen Area）和eTelligence項目（Cuxhaven Area）。這些項目各有側(cè)重，并分別由6個技術(shù)聯(lián)盟來具體負責(zé)，旨在開展大規(guī)模清潔能源消納、節(jié)能、雙向互動等方面的示范工作。除了德國，瑞士發(fā)起了“Vision of Future Energy Networks （VFEN）” 項 目，VFEN項目旨在開發(fā)仿真模型和軟件平臺來研究多能源耦合系統(tǒng)的綜合利用和分布式能源的轉(zhuǎn)換與存儲，其中亟待開發(fā)的核心設(shè)備是能源路由器（energy router），可實現(xiàn)不同形式能源載體的輸入、輸出、轉(zhuǎn)換和存儲等。其中，瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)相繼提出了“能源路由器”“能源連接器”“互聯(lián)網(wǎng)Energy Hub”“微電網(wǎng)多能流模型”等概念，進一步豐富了能源互聯(lián)網(wǎng)的概念和模型，奠定了多能流計算和電力最優(yōu)調(diào)度的基礎(chǔ)?？偟膩碚f，歐盟在能源互聯(lián)網(wǎng)這一新興領(lǐng)域正穩(wěn)步推進，提出了許多新穎的戰(zhàn)略規(guī)劃，并實施了許多具有代表性的能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目。

1.2.2 美國

在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，相比其他國家，美國起步很早。2008年，美國國家科學(xué)基金項目提出并啟動了“FREEDM項目”，即未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)項目[10]，旨在深入開展配電系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)研究。FREEDM項目歷時若干年，旨在建立具有智能的革命性電網(wǎng)架構(gòu)來消納大規(guī)模分布式能源[7]，期間所提出的能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特點是[1，7]：通過固態(tài)變壓器實現(xiàn)可再生能源的即插即用（plug-and-play）、故障快速檢測和處理、配電網(wǎng)智能化管理等，并且由固態(tài)變壓器的輸入端口實現(xiàn)直流負荷和DG接入中壓配電網(wǎng)（其仍然通過交流方式實現(xiàn)電能傳輸）。此外，2011年，來自美國的著名經(jīng)濟學(xué)家里夫金提出了一個全新的“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念[3]，并認為能源互聯(lián)網(wǎng)將是推動第三次工業(yè)革命發(fā)展的核心技術(shù)。里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)概念是基于分布式可再生能源技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源共享網(wǎng)絡(luò)，是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)造的一種新的能源分配模式。與此同時，他還提出了未來支撐新經(jīng)濟發(fā)展的缺一不可的五大支柱，包括：可再生能源、分布式發(fā)電、分布式能源、能源互聯(lián)和零排放交通運輸?？偟膩碚f，美國在能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展快速，其提出的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略將進一步加深能源和信息的深度融合。

1.2.3 日韓

日本近年來提出了發(fā)展“數(shù)字電網(wǎng)（Digital Grid）”的戰(zhàn)略規(guī)劃[11]?！癉igital Grid”的概念由Abe首次提出，旨在通過將同步電網(wǎng)分為幾個異步的子網(wǎng)，而各個子網(wǎng)通過數(shù)字電網(wǎng)路由器相互連接以實現(xiàn)對電網(wǎng)潮流的直接調(diào)控，使各個子網(wǎng)內(nèi)的可再生能源不會影響到整個大電網(wǎng)，從而最終減少大面積的連鎖故障和實現(xiàn)高滲透可再生能源的消納。在“Digital Grid”理念中，對電網(wǎng)內(nèi)各種形式的能量的處理將都可被記錄，包括位置、時間、發(fā)電類型和價格等[7]。2017年，韓國提出了“亞洲超級電網(wǎng)”的理念[13]，并討論其在經(jīng)濟及技術(shù)層面上建設(shè)的可行性，這個所謂的“亞洲超級電網(wǎng)”已成為韓國總統(tǒng)直屬的北方經(jīng)濟委員會重要議題，其將是一個浩大的跨國工程，并將覆蓋了中日韓蒙俄五國，可在未來自然災(zāi)害情況下實現(xiàn)各國電力間的互相調(diào)度。為此，2016年3月份，中日韓俄四國國家電網(wǎng)公司共同在北京簽署了《東北亞電力聯(lián)網(wǎng)合作備忘錄》?！皝喼蕹夒娋W(wǎng)”在面臨自然災(zāi)害時可實現(xiàn)東北亞主要國家能源供應(yīng)的共享，是推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要一環(huán)，對于提高地區(qū)供電穩(wěn)定性將具有重要意義。

1.2.4 中國

中國電科院早在2010年就對電網(wǎng)未來形態(tài)進行了研究，并提出了“靈活配電系統(tǒng)”的理念[14]。2011年起，國內(nèi)掀起了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究高潮。2013年，北京市科委和中國電科院等單位合作提交了“能源互聯(lián)網(wǎng)初步調(diào)研報告”。2014年7月，國網(wǎng)公司劉振亞董事長首次提出了“全球能源互聯(lián)網(wǎng)（Global Energy Interconnection）”的概念，并在其著作《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》[1]中作了“全球能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備研究框架”的論述。該著作中提出構(gòu)建“九橫九縱”骨干網(wǎng)架聯(lián)接的全球能源互聯(lián)網(wǎng)需以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以開發(fā)綠色、清潔的可再生能源為主，實施“兩個替代”[1]，即能源開發(fā)的“清潔替代”、能源消費的“電能替代”，最終實現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)和利用清潔能源，并構(gòu)建以清潔能源為主導(dǎo)地位的全球能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。這是應(yīng)對全球能源安全、環(huán)境污染、氣候變化嚴峻挑戰(zhàn)的治本之策。隨后，2015年，國務(wù)院政府工作報告中首次提出了制定“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，旨在推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合。

2015年，隨著我國首個“中國能源互聯(lián)網(wǎng)學(xué)術(shù)與創(chuàng)新聯(lián)盟”倡議的提出，國內(nèi)迎來了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究熱潮[15]。2016年，《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》的發(fā)布則進一步明確了我國發(fā)展自身能源互聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃和目標，旨在重點建設(shè)規(guī)?；投嘣哪茉椿ヂ?lián)網(wǎng)系統(tǒng)，初步形成能源互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)體系，并構(gòu)建比較完善的技術(shù)體系和標準，逐步推進成果的國際化。由此可見，加快推進我國能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，對能源互聯(lián)網(wǎng)進行深入研究勢在必行。為此，國家科技部“863”課題相繼推出了能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究和示范工程建設(shè)；中國電科院和國網(wǎng)、南網(wǎng)公司也相繼啟動了能源互聯(lián)網(wǎng)前瞻性項目，對能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和架構(gòu)進行了深入研究，提出了我國的未來能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)框架。此外，我國眾多高校專家學(xué)者百家爭鳴，從能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念與體系、未來發(fā)展模式[16]、技術(shù)形態(tài)、商業(yè)模式、關(guān)鍵技術(shù)等多個方面進行了詳細論述和研究。

1.3 國內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)政策研究

1.3.1 國外

自從能源互聯(lián)網(wǎng)的概念被提出以來，各國相繼推出了相關(guān)的能源政策，為能源互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展提供了重要機遇。其中，歐美發(fā)達國家中，美國早在2005年就通過了《2005國家能源政策法案》[17]，鋪開了多種能源協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局。2006年，歐盟發(fā)布了《能源政策綠皮書》[18]，鼓勵倡導(dǎo)能源的可持續(xù)利用，從政策上推動了能源技術(shù)的發(fā)展。2017年，瑞士全面公投通過了《能源戰(zhàn)略2050》，英國則提出了《清潔能源增長戰(zhàn)略》，德國修訂了《可再生能源法》，旨在進一步提高可再生能源在電力、交通的利用率，推動多種形式的綠色能源協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建綠色、高效、安全的能源系統(tǒng)，這為能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展提供了新的機遇。此外，歐盟也制定了相關(guān)政策，如Directive 2011/83/EU法令[19]，可有效保障能源消費者的權(quán)利，充分體現(xiàn)出消費者在能源市場中的重要性。

1.3.2 國內(nèi)

近年來，我國政府對能源領(lǐng)域的重視程度和支持力度不斷提升。2014年6月7日，國務(wù)院辦公廳以國辦發(fā)〔2014〕31號印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014—2020年）》，指出了我國發(fā)展天然氣、可再生能源等清潔能源的發(fā)展戰(zhàn)略，提出未來我國應(yīng)進一步降低煤炭等化石能源的消費比重，以推動我國能源結(jié)構(gòu)的持續(xù)優(yōu)化和改革。2015年年初，國務(wù)院政府工作報告中首次提及“互聯(lián)網(wǎng)+”概念，提出互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等與現(xiàn)代制造業(yè)有機結(jié)合，以促進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，打造具有國際影響力的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。同年6月30日，中國發(fā)布《強化應(yīng)對氣候變化行動-中國國家自主貢獻》報告，提出到2030年實現(xiàn)碳排放強度比2005年降低60%～65%的目標。7月13日，國家能源局發(fā)布《關(guān)于推進分布式可再生能源微電網(wǎng)示范項目建設(shè)的指導(dǎo)意見》，鼓勵綜合利用風(fēng)能、太陽能等各類分布式能源多能互補的特點，建立以波動性分布式可再生能源為主體的發(fā)、輸、配、儲、用一體化局域電力系統(tǒng)。國務(wù)院7月份印發(fā)的《國務(wù)院關(guān)于積極推進“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》則進一步強調(diào)了“互聯(lián)網(wǎng)+”在各領(lǐng)域的深度融合，尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新成果與經(jīng)濟社會各領(lǐng)域的深度融合，進一步促進社會發(fā)展。該指導(dǎo)意見中首次提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的理念，建議逐步建成開放共享的能源網(wǎng)絡(luò)。

為實現(xiàn)2020 年和 2030 年非化石能源分別占一次能源消費比重15%和20%的目標，2016年，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，明確了2016年至2020年我國可再生能源發(fā)展的指導(dǎo)思想，是“十三五”時期我國可再生能源發(fā)展的重要指南。2018年，國家能源局則印發(fā)了《2018年能源工作指導(dǎo)意見》，該指導(dǎo)意見規(guī)劃了全年能源工作，對推動新時代能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，提高能源發(fā)展質(zhì)量和效率，增強能源安全保障能力和水平，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

總的來說，隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，世界各國正在積極部署能源互聯(lián)網(wǎng)項目，并頒布了相應(yīng)的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略和政策，這些政策在一定程度上促進了能源市場改革與推進，對于加快消費智能化、推薦能源消費革命、多主體靈活參與、倡導(dǎo)人與自然和諧共處、鼓勵人類積極參與能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)等具有重要意義。

1.4 國內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論研究

隨著里夫金在《第三次工業(yè)革命》中提出的能源互聯(lián)網(wǎng)概念[3]，國內(nèi)外眾多機構(gòu)和專家學(xué)者根據(jù)自身需求和已有條件開展了大量能源互聯(lián)網(wǎng)理論研究工作。這些原創(chuàng)性工作對能源互聯(lián)網(wǎng)進行了不同視角的詳細論述，形成了多個能源互聯(lián)網(wǎng)研究子領(lǐng)域。2012年開始，2012年開始，國內(nèi)外開展了一系列關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)的討論和初步研究，總結(jié)如下。

一是能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下海量分布式設(shè)備接入的研究，研究工作主要圍繞：① 海量分布式設(shè)備接入對配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、繼電保護和可靠性等方便的影響分析；② 海量分布式設(shè)備接入下的系統(tǒng)規(guī)劃問題研究；③ 海量分布式設(shè)備接入下的系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化問題研究。其中，研究重點包括海量分布式設(shè)備統(tǒng)一身份識別、即插即用平臺和協(xié)議、高比例分布式可再生能源和儲能設(shè)備接入下的智能配電網(wǎng)或智能微電網(wǎng)的綜合能量管理、電壓控制與無功優(yōu)化等。

二是天然氣網(wǎng)絡(luò)與電力系統(tǒng)融合的研究。其中研究重點集中于電-氣-熱-冷多能協(xié)同調(diào)度、多能源耦合、能源局域網(wǎng)，電-氣互聯(lián)系統(tǒng)分散多目標優(yōu)化，電-氣互聯(lián)系統(tǒng)可靠性評估等。以澳大利亞為例，該國于2009年成立了AEMO機構(gòu)，即國家能源市場運營機構(gòu)[20]，該機構(gòu)合并了國內(nèi)的電力系統(tǒng)和天然氣網(wǎng)絡(luò)兩大運營機構(gòu)，旨在電力和天然氣兩大網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)規(guī)劃和運營管理?？偟膩碚f，目前針對電-氣互聯(lián)耦合網(wǎng)絡(luò)的研究鮮見報道。

三是電氣化交通與電力系統(tǒng)融合的研究。研究重點主要包括三個方面，即EV接入對電力系統(tǒng)的影響[21]、計及EV充放電的電力系統(tǒng)調(diào)度與控制方法[22]、EV充電設(shè)施規(guī)劃[23]。然而，現(xiàn)有研究工作大多站在電力系統(tǒng)一方，并未將EV所具備的行為特征充分考慮進來，因此無法有效地描述電氣化交通系統(tǒng)和電力系統(tǒng)之間的交互影響[21]。

四是能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理安全的研究。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，電力網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)之間具有相互依存的關(guān)系，它們構(gòu)成信息-物理深度融合系統(tǒng)（CPS）。因此，研究能源互聯(lián)網(wǎng)的信息-物理安全性是一個熱點研究領(lǐng)域。例如，文獻[24]和[25]較早開始研究了網(wǎng)絡(luò)攻擊過程的建模問題，提出了以攻擊樹 （attack tree） 作為攻擊過程的建模工具，以攻擊后的失負荷量作為攻擊后果的量化指標?？偟膩碚f，目前對于能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理安全的防護措施方面的研究仍少見報道。

五是能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的研究[26-28]。能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的研究是大能源思維與大數(shù)據(jù)思維的深度融合，為此，薛禹勝院士曾提出一種“沙盤推演”的方法用于探索二者之間的融合關(guān)系。能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力大數(shù)據(jù)來源于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等各個環(huán)節(jié)。因此，大力推進云計算、大數(shù)據(jù)分析等信息新技術(shù)必將激活能源互聯(lián)網(wǎng)中電力大數(shù)據(jù)所蘊含的價值，也必將釋放電力大數(shù)據(jù)的市場潛力，電力大數(shù)據(jù)的采集、管理、分析與服務(wù)行業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展機遇。國內(nèi)外許多學(xué)者針對能源互聯(lián)網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)技術(shù)開展了系統(tǒng)研究，初步取得了一些有益結(jié)果。

總的來說，目前國內(nèi)外眾多學(xué)者從能源互聯(lián)網(wǎng)的不同技術(shù)和經(jīng)濟層面出發(fā)，對能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵理論和技術(shù)進行了初步研究，包括信息和大數(shù)據(jù)技術(shù)[26-28]、多種異質(zhì)能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運行、多能互補系統(tǒng)協(xié)調(diào)規(guī)劃和優(yōu)化運行[15-16]、高比例可再生能源有效接入和及時消納、能源互聯(lián)網(wǎng)綜合能量管理、多能互補集成園區(qū)/微電網(wǎng)運行與規(guī)劃、市場交易機制[29]和輔助服務(wù)市場等方面進行了深入分析，在一定程度上極大地推動了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

1.5 國內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項目發(fā)展概況

1.5.1 國內(nèi)

一是北京延慶能源互聯(lián)網(wǎng)示范。該項目在八達嶺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設(shè)一座10 kV交直流混聯(lián)開閉站，通過三端口柔性直流環(huán)網(wǎng)控制裝置實現(xiàn)3條10 k V交流母線互聯(lián)，從而將周邊智能微電網(wǎng)群、光熱電站和園區(qū)光伏接入開閉站。該項目的最終目的是在八達嶺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設(shè)10 kV交直流混聯(lián)的城市能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程，以支持高滲透率分布式可再生能源的靈活接入、即插即用和充分消納，實現(xiàn)與智能微電網(wǎng)的有效協(xié)同調(diào)度與友好互動，提升能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置能力，提高用戶的電能質(zhì)量和供電可靠性。

二是基于配用電綜合通信平臺的電力用戶用電信息采集系統(tǒng)項目。該項目由遼寧省電力有限公司沈陽供電公司于2009年完成實施，主要研究從電力用戶用電信息采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c出發(fā)，以電力線寬帶、窄帶載波通信為現(xiàn)場采集通信技術(shù)的配用電綜合通信平臺方案，實現(xiàn)電力用戶用電信息采集的全覆蓋。

三是分布式電源智能監(jiān)控系統(tǒng)及電壓無功控制技術(shù)研究與開發(fā)項目。該項目由廣東電網(wǎng)公司佛山供電局于2014年申請立項，主要開展各種分布式電源大量（如光伏、儲能、風(fēng)電、小水電等）接入配電網(wǎng)后相關(guān)信息采集、信息展示以及分布式電源的綜合控制等相關(guān)技術(shù)的可行性研究。

四是適用于城市配網(wǎng)的廣域智能控制系統(tǒng)研究項目。該項目由云南電網(wǎng)公司于2014年申請立項，旨在研制出一套適用于城市配電網(wǎng)的快速智能控制系統(tǒng)，通過廣域差動或廣域縱聯(lián)保護技術(shù)準確定位、隔離故障，自適應(yīng)恢復(fù)供電。

五是基于配用電信息集成的供電可靠性提升技術(shù)綜合應(yīng)用研究項目。該項目由中國南方電網(wǎng)公司電網(wǎng)技術(shù)研究中心于2014年申請立項，主要提出了基于配用電信息集成的供電可靠性提升技術(shù)集成應(yīng)用體系。

六是基于主動配電網(wǎng)的智能用電模式動態(tài)優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究項目。該項目由云南電網(wǎng)公司玉溪供電局于2014年申請立項，目前已驗收。主要研究主動配電網(wǎng)環(huán)境下智能用電模式和能效分析及其優(yōu)化技術(shù)，同時對智能用電、分布式可再生能源發(fā)電、儲能和電能質(zhì)量的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制進行研究，開發(fā)主動配電網(wǎng)的智能用電管理系統(tǒng)平臺，并將其應(yīng)用到示范工程。

七是面向能源互聯(lián)網(wǎng)的配網(wǎng)側(cè)/需求側(cè)綜合能源管理技術(shù)研究與示范項目。該項目由貴州電科院牽頭，是南網(wǎng)重點項目，旨在研究能源互聯(lián)網(wǎng)大環(huán)境下面向能源互聯(lián)網(wǎng)的配電側(cè)/需求側(cè)能量管理互動機制、能源USB（Universal Service Bus）軟硬件系統(tǒng)、基于能源互聯(lián)網(wǎng)的用戶需求側(cè)實時響應(yīng)優(yōu)化技術(shù)、用戶能量管理綜合系統(tǒng)等內(nèi)容，并在貴州大學(xué)搭建示范工程。

1.5.2 國外

德國正在實施能源互聯(lián)網(wǎng)第二階段示范項目——C-sells，其隸屬于在2016年12月正式啟動 的 SINTEG項 目（Smart Energy Showcases—Digital Agenda for the Energy Transition），是德國繼E-Energy六個示范項目后在能源互聯(lián)網(wǎng)方面的進一步探索。E-Energy是2008年德國聯(lián)邦經(jīng)濟與能源部在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上推出的一個為期4年的技術(shù)創(chuàng)新促進計劃[9]。它提出打造新型能源網(wǎng)絡(luò)，在整個能源供應(yīng)體系中實現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計算機控制和監(jiān)測的目標。文獻[30]中提到：歐盟已經(jīng)通過實施SAVE-II能效行動計劃以推動園區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)（PEI）的發(fā)展，相繼建立了包括德國科隆/波恩機場PEI、意大利都靈內(nèi)燃機冷熱電PEI、英國華為大學(xué)PEI、曼徹斯特機場冷熱電聯(lián)供PEI、Victorian時代賓館PEI、丹麥的Bornholm PEI等在內(nèi)的一大批示范工程；加拿大政府啟動的ICES（integrated community energy solutions）研究計劃，重點關(guān)注PEI技術(shù)在各類社區(qū)供能環(huán)節(jié)的應(yīng)用，特別強調(diào)各類分布式能源的集成利用和與社區(qū)公共設(shè)施（交通、醫(yī)療、通信等）的相互支撐；日本在新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）的資助下，分別在Aichi、Kyoto、Hachinohe、Kyotango、Shimizu和 Sendai等地建立了多項PEI示范工程；美國現(xiàn)已建成以天然氣分布式能源為主的PEI項目6000多處。美國政府將PEI的建設(shè)納入長期建設(shè)目標。

2 貴州電網(wǎng)發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的可行性分析

能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，以互聯(lián)網(wǎng)及其它前沿信息技術(shù)（如分布式可再生能源技術(shù)）為基礎(chǔ)[29]，以分布式可再生能源為主要一次能源，與天然氣網(wǎng)絡(luò)、電氣化交通網(wǎng)絡(luò)等其它系統(tǒng)緊密耦合而形成的新型能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)相比，二者既有相似之處，也存在重要區(qū)別[31]：首先是物理實體不同，能源互聯(lián)網(wǎng)的物理實體不僅包括電力系統(tǒng)，而且還包括電氣化交通系統(tǒng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、供冷供熱網(wǎng)絡(luò)等，而智能電網(wǎng)的物理實體則主要以電力系統(tǒng)為主[32]；二是能量的傳輸和使用方式不同，能源互聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)不同形式能量的相互轉(zhuǎn)化、傳輸、存儲和利用；三是分布式設(shè)備數(shù)量不同，能源互聯(lián)網(wǎng)可實現(xiàn)海量分布式設(shè)備的有效接入和即插即用，不僅可實現(xiàn)局部區(qū)域的能源有效消納，還可實現(xiàn)海量分布式設(shè)備的廣域協(xié)調(diào)控制；最后是信息系統(tǒng)主體不同，能源互聯(lián)網(wǎng)不同于智能電網(wǎng)以傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)作為信息系統(tǒng)的主體，而是以互聯(lián)網(wǎng)等開放式的信息網(wǎng)絡(luò)作為主體，可發(fā)揮更大作用。

因此，可以看出，能源互聯(lián)網(wǎng)將是智能電網(wǎng)的進一步發(fā)展和深化，代表著能源行業(yè)未來的發(fā)展方向，在當前日益增長的能源電力市場（涉及到多樣的利益主體參與）下[33]，發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)顯得意義重大。2016年，中國首個PPP模式的新能一體化車樁網(wǎng)產(chǎn)業(yè)運營公司——貴安新能電莊科技有限公司在貴州貴安新區(qū)簽約成立，這標志著中國能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域首個PPP模式誕生[34]，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的全新科研技術(shù)，旨在貴州建立起一個全國領(lǐng)先的充電設(shè)施建設(shè)標桿。2017年7月6日，國家能源局公布了首批55個“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目[35]，其中就包括貴州黔信數(shù)據(jù)有限公司承擔(dān)的“貴州省能源大數(shù)據(jù)管理云平臺”項目，將在今年年底前建成，這對于貴州電網(wǎng)深入發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)提供了重要的數(shù)據(jù)平臺基礎(chǔ)。此外，貴州省具備全國首個國家級大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)，進一步為能源互聯(lián)網(wǎng)在貴州的發(fā)展提供了堅實基礎(chǔ)。

2015年，貴州省能源局發(fā)布了《貴州省“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源專項行動計劃》，提出利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，促進能源產(chǎn)業(yè)低碳化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展，提升貴州能源產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排和生產(chǎn)優(yōu)化控制水平。該行動計劃總體目標是在2015-2018年實施8個重大示范項目，累計完成投資約2億元。建設(shè)完成貴州電力交易技術(shù)支持信息平臺、數(shù)字盤江工程、智慧能源信息綜合服務(wù)平臺、能源監(jiān)測預(yù)警與規(guī)劃管理系統(tǒng)與能源資源大數(shù)據(jù)工程、智慧礦山示范工程5個重點項目，開工建設(shè)貴州省分布式智能微電網(wǎng)、能源光纖到戶工程和新能源集控中心3個重點項目。其中，預(yù)計到2025年，分布式智能微電網(wǎng)建設(shè)投資15000萬元、能源光纖到戶工程投資7000萬元、新能源集控中心投資18000萬元。此外，2018年，貴州遵義市能源互聯(lián)網(wǎng)工程實訓(xùn)中心項目進行了公開招標，旨在大力發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)工程實踐項目培訓(xùn)。

總的來說，貴州省雖處在云貴高原東斜坡，但生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能、以煤為基礎(chǔ)的再生清潔能源、煤層氣、頁巖氣等分布式可再生能源資源均有一定的分布，部分能源資源還較豐富，具備相當大的開發(fā)潛力。近年來，貴州高度重視分布式可再生能源開發(fā)利用，強調(diào)把頁巖氣、煤層氣等分布式可再生能源作為發(fā)展重點。全省確定的“十三五”時期分布式可再生能源發(fā)展目標為風(fēng)電：“十三五”末裝機規(guī)模達600萬千瓦以上。光伏發(fā)電：“十三五”末裝機規(guī)模達200萬千瓦以上。因此，在貴州發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)將具有一定可行性，未來貴州電網(wǎng)所在的貴州省將重點推進能源生產(chǎn)管理智能化、建設(shè)分布式能源網(wǎng)絡(luò)、探索能源消費新模式和拓展電網(wǎng)通信融合業(yè)務(wù)。其中建設(shè)分布式能源網(wǎng)絡(luò)方面，將大力建設(shè)太陽能、風(fēng)能等多能源協(xié)調(diào)互補的能源互聯(lián)網(wǎng)，突破分布式發(fā)電、儲能、智能微網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)綠色能源智能化電力運行監(jiān)測、管理技術(shù)平臺，使電力設(shè)備和用電終端基于互聯(lián)網(wǎng)進行雙向通信和智能調(diào)控，實現(xiàn)分布式能源的即插即用，逐步建成開放共享的能源網(wǎng)絡(luò)?？梢灶A(yù)見地是，能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)未來在貴州將蓬勃發(fā)展，這對于建設(shè)“綠色貴州”“氣化貴州”具有重要意義。

3 結(jié)論

本文作為姊妹篇中的上篇，著重研究并分析了能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其在貴州電網(wǎng)的發(fā)展情況，對其在貴州電網(wǎng)發(fā)展的可行性進行了深入分析。當前，能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)處在能源革命發(fā)展的關(guān)鍵階段，發(fā)展綠色、清潔、可再生的能源資源是世界新能源格局演進的必然趨勢。對于貴州電網(wǎng)而言，可充分利用貴州自身地理優(yōu)勢及分布式可再生能源資源優(yōu)勢，大力建設(shè)分布式的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，充分利用本地風(fēng)能、太陽能、水能、煤層氣、頁巖氣等多種分布式可再生能源資源建設(shè)電、氣、冷、熱、儲等多種能源形式協(xié)調(diào)互補的能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分布式能源的即插即用，最終建設(shè)一個開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。本文通過對能源互聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及其在貴州電網(wǎng)的發(fā)展情況進行深入分析，可為姊妹篇的第二篇關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)在貴州電網(wǎng)發(fā)展的前瞻性分析打下堅實的調(diào)研基礎(chǔ)。