能源互聯網

美國學者杰里米?里夫金(Jeremy Rifkin)于2012年在其著作《第三次工業革命》中預言，以Renewable Energy和Information Technology的深度融合為特征，一種新的能源使用系統即將出現。他將他設想的新能源系統命名為“能源互聯網(IoE)”，它基于“可再生能源、分布式、開放共享的網絡，即能源互聯網”，其目標是解決化石燃料的逐漸枯竭和帶來的環境污染問題。

能源互聯網是讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現在在網絡上分享信息一樣的網絡。綜合運用先進的電力電子技術，信息技術和智能管理技術，將大量由分布式能量采集裝置，分布式能量儲存裝置和各種類型負載構成的新型電力網絡、石油網絡、天然氣網絡等能源節點互聯起來，以實現能量雙向流動的能量對等交換與共享網絡。

2014年，我國在2014年的時候提出能源生產與消費革命的長期戰略，同時試圖以電力系統為核心來主導全球能源互聯網。2016年2月，國家發展改革委、國家能源局、工信部聯合制定發布《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》。2016年3月，國家電網獨家建立了全球能源互聯網發展合作組織，是我國在能源領域發起的第一個國際組織，是國際上第一個全球能源互聯網的合作與協調組織。2017年8月，中國首批能源互聯網示范項目中的55個已經啟動，中國的能源互聯網已進入應用階段。

能源互聯網兩兩互聯

(1)數據互聯:互聯網+

能源物聯，通過數據互聯有效管理能源系統中各種資源

能源管理，利用大數據、物聯網等技術為用戶提供更便捷的服務

實現能源行業去中心化，形成自由交易的能源互聯網市場

(2)物理互聯:能源系統的類互聯網化

電、熱、冷、氣、油等多能互聯，提高能源使用效率和可再生能源消納能力

電力自由跨區傳輸，實現全球能源高效配置

開放對等接入，實現各種負荷〈電動車、分布式能源等)即插即用

杰里米?里夫金在《第三次工業革命》一書中研究了技術和科學變化對能源的影響。發電單元、電信設備、控制方案、電源、存儲技術、網絡安全、計算機、物聯網，促進了能源互聯網的發展。它將能源系統和信息通信技術相結合。同時能源互聯網越來越多地應用于各種領域，如建筑能源管理系統、電動汽車、分布式發電和一些其他的工業應用。在能源互聯網中，電力系統作為能源系統的關鍵組成部分，其利用先進的傳感器、數字控制器等設備，通過互聯網進行信息的交互。這些通信設備能夠接收提供本地分析和控制的信息、接收分析命令、發送原始數據或發送指令。電網與能源管理系統之間的雙向通信能夠監控發電單元。因此，將能源互聯網與電力系統相結合能夠解決電網的運行障礙問題

利用能源互聯網會具有以下優勢：1)在不擴張現有的電力基礎設施而擴大能源互聯網容量的情況下可以應對負荷需求的不斷增長；2)通過對能源互聯網中分布式新能源管理可以減少電網中斷的頻率和持續時間；3)通過互聯網自身的可持續性確保能源安全；4)利用清潔能源可以減少對自然環境的影響^[1]。

建設能源互聯網的過程實際上是傳統能源經濟改革的過程，它不僅包括覆蓋能源系統和改變能源消費，同時也是在技術和管理上與互聯網高度融合的綜合智慧能源網絡。為能源互聯網主要包含三部分：能源能量系統、能源信息系統和能源業務系統

(1)能源能量系統

能源能量系統遵循能源系統與電力電子技術深度融合要求，建設以“高精尖”為基本特征的智能電網。始終堅持新型智能電網技術功能形態轉型，提高電網安全可控，保證多能高效、即插即用，是傳統能源和新型能源深度融合，實現能源自由互聯共享的前提和多能源網融合的連接紐帶。

(2)能源信息系統

能源信息系統包括了在能源服務流程中產生的一切信息以及對信息進行挖掘分析、交互存儲的過程。建設能源互聯網的過程是信息系統對能源系統的改造過程，強調信息技術應用在能源領域的優勢和特點，如對能源系統的協調、分布式能源協同控制；光照、風電等狀態監控、預測控制；對用戶用電、購電等復合特性的數據挖掘和分析等。以收集能源數據為基礎，分析能源數據為核心，實現能源智慧物聯。

(3)能源業務系統

能源業務系統是一種為滿足終端客戶能源需求的多樣性，提供能源生產、運輸、存儲、交易與消費的綜合服務方式，包括了能源交易過程中的能源服務和新型能源運營模式，涉及到能源產業投資、能源商務服務、終端居民能源消費服務、金融保險等多能源運營服務。能源互聯網的特點是能夠根據消費者需求，在大數據技術支持下，對自身結構和內部流程進行不斷的進化升級，并于消費者保持實時交互與反饋，實現能源互聯網可持續發展。因此，在能源消費過程中，不再是消費者單一的被動的接受，而是消費者與能源網絡的雙向互動^[2]。

(1)可再生：能源互聯網中的重要能源是可再生能源。利用這種能源發電是波動和間歇的，大規模并網會影響電網的穩定性，這會促進傳統能源網轉換為能源互聯網。

(2)分布式：可再生能源具有分散特點，如果要最大可能地采集和利用可再生能源，就地建立可以采、儲、用的能源網絡是很有必要的。這些分布范圍廣、規模小的微型能源網絡是能源互聯網的一個個節點。

(3)開放性：對等、層次結構少、正反向流動是能源互聯網開放性的體現，這些使得能源互聯網成為一個可以共享能源的網絡。

(4)智能化：IoE上能源的發、輸、變、配、用應具有相當的智能化^[3]。

(1) 美國FREEDM能源管理系統。

FREEDM系統是美國北卡羅來納州立大學提出的未來可再生的能源輸送和信息化管理的系統。經過對該能源管理系統的進一步深入研究和開發，它現己發展成為一套具有物聯網早期自動化功能的物聯網能源管理系統。FREEDM對基于云的互聯網大數據處理和物聯網大數據優化技術相結合的技術研究現在已經處于世界互聯網能源技術研究的最前沿。自FREEDM建立以來，基于FREDNP3.0的物聯網信息數據傳輸與自動化控制能源管理系統一直都是物聯網FREEDM核心技術研究方向。當前，該能源管理系統己經發展成為具有將雙向個人反饋信息真接發送到物聯網的云能源管理系統，并同時實現自我數據優化和管理雙向個人的反饋信息過程的自動化功能。上述云管理系統取決于三項物聯網關鍵技術：物聯網通用的能源信息交互控制技術、云能源信息數據傳輸分析和控制技術、對用戶和物聯網能源需求狀況進行動態分析監控技術。

(2)德國E—Energy

2008年，德國的經濟科學技術部和德國環境保護部共同地啟動了德國能源技術創新互聯網計劃(e—energy)，旨在研究如何建立基于智能ICT互聯網技術的未來德國能源互聯剛系統。隨嵩。德國電子公司能源互聯剛計劃的進一步深入發展，從ICT互聯網技術與整個現有德國電力系統的集成應用角度出發，提出了一個基于德國的能源H聯網的系統概念。這尤其重要地體現在：該互聯網系統能夠使用一種更加智能的ICT互聯網技術來自動優化對用戶的電氣負載的管理：最新的德國電子能源測量設備將通過數據收集分析用戶的需求和電氣負載數據，以提供一個更智能的E—Energy系統的網絡需求和節點使用所需的數據信息。E—Energy德國能源互聯網系統將基于大型的網絡節點通過數據自動收集分析了解用戶的需求和使用電習慣和其他數據：該能源管理系統還將通過收集和分析預測到可能影響該國家和地區消費電力能源供應的習慣和大數據相關信息，并將其與系統的消費電力和其發電系統的信息一起，一方面發送到系統的能源和消費電力ICT網關，另一方面發送到系統控制能源的供應商，輸送機和發電系統的運營商向雙方都提供節能減排計劃和并行優化的消費電力能源使用計劃，使他們都能夠更好地滿足不斷深化日益增長的節能能源合作和并行優化的供求關系。

(3)日本數字電網

2011年，東京電力與來自日本的國有公用事業東京電力公司、日立橫濱研究實驗室、日本電力公司等共同建立了強大的日本數字電網聯盟。通過利用日本的數字電網路由器，可以為日本數字電網系統中的發電基礎設施、儲能交換裝置、電力交換裝置等數字電網的基礎設施分配IP地址?；贗P地址，所有的數字電網能源信息傳輸設備都是可以被發送方的網絡系統識別和傳輸組織使用，比如高速互聯網能源設備。主要的內容包括：第一是數字電網能源信息路由器的研究與技術開發，其主要的功能是用于實現數字電網與高速互聯網的能源信息連接，主要是用于收集和解決發送方系統和電力傳輸組織有關能源交易的信息；第二是數字智能電剛匹配高速能源信息路由器的研究與技術開發，以及其主要的功能；第三是將系統的性能優化和決策信息鏈接下載到每一個云系統，每一個智能電網匹配高速互聯網能源的信息互聯網路由器的能源信息鏈接上，每一個能源信息路由器向發送方的電力流提供發送方的能源信息，以及控制電力給發送方傳輸信息的組織發送方帶來的能源信息?？刂瓢l送方傳輸組織將根據控制電力發送方帶來的能源信息自動對該設備完成控制發送方的操作，并向發送方提供一些新能源的信息，然后將其發送到每個系統發送方的設備，完成能源信息的交換。該系統設備將自動完成控制用電系統信息化的行為，并由發送療通過云技術的操作將大量的信息和用電數據自動傳回控制發送方系統^[4]。

隨著堅強智能電網和泛在電力物聯網的提出，進一步豐富能源互聯網的內涵，主要有以下幾個方面發展趨勢：

(1) 發電模式的改革。

目前能源互聯網提倡大型骨干電網和小于其規模的分布式發電廠相結合，大幅度增力¨以風能，太陽能、生物質能為代表的可再生能源生產電量的比重，將來可再壘i能源使用量會超過全部能源消耗的50%。而新能源本身地區、氣候等自然因素，滿足能源局域網、能源子網就地能源生產，存儲，使用，利用其與大型骨干網不同特性和不同需求，協調合作，既優化成本，提高效率，又減少環境污染，支持區域可持續發展，實現本地最優能源配置，滿足本地能源供需平衡

(2)微電網大規模的納入。

智能電網中大型骨干電網將在長時間內承擔重要角色，但是隨著能源互聯網加強智能化，信息化和共享化的建設。同時，微電網將分布在各個角落的分布式能源連接起來，各個微電網再通過能量路由器實現能源共享，優化配置。因此，不管清潔能源生產是集中式還是分布式的，都可以通過微網的方式連接起來，雙向交互，資源共享，高效可靠，不僅可以作為骨干大電網很好的輔助和補充，而且兩者有機協調增強整個能源互聯網的生命力。

(3)能源共享新模式的出現。

縱觀21世紀能源生產和消費方式的發展，傳統化石燃料因存儲數量有限導致消耗剩余量逐漸減少，而價格日益攀升，此刻，清潔能源進一步被新技術開發利用，可再生能源價格持續下降，越來越多的分布式可再生能源進入用戶的生活，傳統單一的消費者成為了既可以擔任生產者角色，也可以擔任消費者角色，催生著新的能源共享模式。如今，能源互聯網使得各地的人們可以在自己的家中搭建太陽板實現太陽能發電，所發電量一部分用于自己生活中空調、熱水器等用電以及電動汽車充電，如果還有剩余的部分就可以分享給其他人。還有一些小型電廠，發電裝置除了太陽能板，還有垂直風力渦輪機、生物質轉換裝置，小水電等。小型電廠通過裝置的傳感器，實時得知所發電量以及用戶電價的浮動，可以選擇合適的價格賣回給電網。以上能源共享新模式的出現，要求能源互聯網為能源綜合服務，供售業務提供更可靠，更高效的平臺支撐。

(4)新型能源互聯網的出現。

能源互聯網在這場能源革命中，不僅僅在源頭發電側能源種類上有所調整，還有更多新型通信技術帶來的能源運營模式的創新。今年，國家電網提出堅強智能電網和泛在電力物聯網作為實現能源互聯網的重要基礎設施，并且強調樞紐型作為能源互聯網的產業屬性，平臺型作為能源互聯網的網絡屬性，共享型作為能源互聯網的社會屬性，從能源匯集、轉換、傳輸、利用的樞紐作用，綜合能源配置平臺、新業態能源發展平臺價值開發到吸引更多社會市場主體參與能源互聯網建設，打造共贏的能源互聯網生態圈。同時，在5G、區塊鏈、人工智能等新技術的不斷推進，微型發電裝置，智能傳感器等新型用能、儲能產品和服務大量涌現，促使電力、交通、供熱等各個社會機能領域不斷交融滲透，一個全新的能源互聯網將會出現。

參考資料：

[1]楊雪晴.基于邊緣智能的能源互聯網新能源消納能力評估研究[D].黑龍江:黑龍江大學，2021.

[2]趙陽.基于投入產出分析的能源互聯網產業關聯及波及效應研究——以江蘇省為例[D].中國礦業大學，2021.

[3]孟維娜.能源互聯網背景下電化學儲能項目經濟評價體系構建與應用研究[D].江蘇:東南大學，2020.

[4]趙偉東.能源互聯網下多元能源互補梯級利用優化模型研究[D].華北電力大學，2020.

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