本文關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 35 卷 第 14 期 2015 年 7 月 20 日

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國(guó) 電 機(jī) 工 程 學(xué) Proceedings of the CSEE

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Vol.35 No.14 Jul. 20, 2015 ?2015 Chin.Soc.for Elec.Eng. 3495 中圖分類號(hào)：TM 73

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.14.003

文章編號(hào)：0258-8013 (2015) 14-3495-08

能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究
楊方，白翠粉，張義斌
(國(guó)網(wǎng)能源研究院，北京市 昌平區(qū) 102209)

Research on the Value and Implementation Framework of Energy Internet
YANG Fang, BAI Cuifen, ZHANG Yibin
(State Grid Energy Research Institute, Changping District, Beijing 102209, China) ABSTRACT: Energy internet contains the revolution of information communication technology on the creation method of value in energy system. This paper discussed the basic concept of energy internet from a value perspective. Starting from the source of value under internet thinking, user needs oriented value propositions of energy internet were proposed. To achieve these value propositions, the basic architecture and possible ways of energy internet were put forward from three aspects: energy fusion to enhance sustainable supply capacity, information fusion to transform energy development mode and business fusion to innovate in industrial ecology. KEY WORDS: energy internet; implementation framework; value; user need; fusion 摘要： 能源互聯(lián)網(wǎng)蘊(yùn)含著信息通信發(fā)展對(duì)能源系統(tǒng)價(jià)值創(chuàng)造 方式的深刻變革。從價(jià)值角度探討能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念， 從互聯(lián)網(wǎng)思維下新的價(jià)值來(lái)源入手，提出以用戶需求為導(dǎo) 向的能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值主張， 進(jìn)而重點(diǎn)從能源融合提升可持續(xù) 供應(yīng)能力， 信息融合轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式， 業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新產(chǎn)業(yè) 生態(tài)三個(gè)層面提出能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值實(shí)現(xiàn)的基本架構(gòu)和可能 途徑。 關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)架構(gòu)；價(jià)值；用戶需求；融合

針對(duì)用戶側(cè)分布式可再生能源、電動(dòng)汽車等智能終 端大量接入產(chǎn)生的設(shè)備即插即用、能量信息雙向流 動(dòng)等需求，借鑒互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放對(duì)等的理念及體系架 構(gòu)，對(duì)電網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備、形態(tài)架構(gòu)、運(yùn)行方式及發(fā) 展理念等進(jìn)行深刻變革。里夫金提出了人們可分散 自由生產(chǎn)可再生能源并共享的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展愿 景[1]。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展理念下，能源互聯(lián)網(wǎng)的核心設(shè) 備是電力路由器，它起著與信息網(wǎng)中路由器類似的 關(guān)鍵作用，多位學(xué)者就電力路由器開(kāi)展了研究。美 國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)研制了基于電力電子技術(shù) 和信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力流和信息流融合的能源路由 器(energy router)裝置[2-3]。 日本早稻田大學(xué)和 VPEC 公司聯(lián)合研制了集群電網(wǎng)電力路由器，根據(jù)蓄電池 的剩余電量改變輸出電力的頻率。東京大學(xué)研發(fā)的 數(shù)字電網(wǎng)電力路由器可根據(jù)“IP 地址”識(shí)別電源及 區(qū)域電網(wǎng)[4]。 美國(guó)克萊門森大學(xué) Corzine 教授[5]則借 鑒互聯(lián)網(wǎng)中傳輸信息包的方式研制了傳輸能量包 (energy packet)的電路。 清華大學(xué)信息技術(shù)研究院的 研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)是以大電網(wǎng)為主干網(wǎng)，以 微網(wǎng)和分布式能源等能量自治單元為局域網(wǎng)的新 型信息能源融合廣域網(wǎng)[6-8]。 另外， 中國(guó)電力科學(xué)研 究院[9]、國(guó)防科技大學(xué)[10]等研究團(tuán)隊(duì)均基于互聯(lián)網(wǎng) 思維對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了研究。 2）源于大電網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)。主要 針對(duì)電網(wǎng)在配置范圍、調(diào)控能力、雙向互動(dòng)等方面 存在的局限性，利用信息通信技術(shù)與能源電力技術(shù) 的融合，全面提升電網(wǎng)性能，促進(jìn)清潔能源大規(guī)模 利用。德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部與環(huán)境部提出 E-Energy 促進(jìn)計(jì)劃，基于面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)使得電網(wǎng)和信息 網(wǎng)深度融合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)從最初大型發(fā)電廠統(tǒng)一供電 的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际桨l(fā)電主導(dǎo)的供電方式[11]。劉

0 引言
當(dāng)前世界范圍內(nèi)信息通信、新能源、智能電網(wǎng) 等技術(shù)快速發(fā)展，給能源、制造、交通等多個(gè)領(lǐng)域 帶來(lái)深刻影響。能源互聯(lián)網(wǎng)被視為信息通信技術(shù)與 能源技術(shù)融合的產(chǎn)物，將為轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方式、實(shí) 現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供可能的解決方案，引起了國(guó)內(nèi)外 學(xué)者的廣泛關(guān)注。當(dāng)前對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究正在興 起，技術(shù)方案百花齊放，概念理解尚未達(dá)成統(tǒng)一， 可以按照緣起和特點(diǎn)分為 3 類。 1）源于互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)。主要

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信息及 增值服務(wù) 智能優(yōu)化控制系統(tǒng) 互聯(lián)信息網(wǎng)絡(luò) 廣泛互聯(lián)的 電力輸送系統(tǒng) 能源利用 設(shè)備 分布式 集中式 能源系統(tǒng) 電源基地 能量獲取系統(tǒng) 水 煤 風(fēng) 光 氣 油 核 其他

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振亞提出以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，以輸送清潔能 源為主導(dǎo)，全球互聯(lián)泛在的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的全球能 源互聯(lián)網(wǎng)理念[12]。 趙俊華等[13-14]提出了基于信息物 理融合系統(tǒng)(cyber-physical system， CPS)的電網(wǎng)、 信 息網(wǎng)融合的基本理論和方法，討論了模型的建立、 分析和控制等問(wèn)題。 3）源于多種能源綜合優(yōu)化發(fā)展而來(lái)的能源互 聯(lián)網(wǎng)。主要強(qiáng)調(diào)多種能源網(wǎng)絡(luò)的高度耦合。瑞典聯(lián) 邦 理 工 學(xué) 院 Favre-Perrod 等 提 出 了 能 量 集 線 器 (energy hub)的概念，能夠?qū)崿F(xiàn)電能、天然氣、熱能 等多種能源相互轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)
[15]

多元化服務(wù) 商業(yè)模式 市場(chǎng)交易 動(dòng)力 熱 冷 電 光 其他

信息流 電力流 其他類能源流

圖1 Fig. 1

能源互聯(lián)網(wǎng)基本概念示意圖 Basic concepts of energy internet

。 董朝陽(yáng)教授將能源
[16]

制系統(tǒng)構(gòu)成 “云” ， 由多元業(yè)務(wù)和商業(yè)模式構(gòu)成 “服 務(wù)” ，端–網(wǎng)–云–服務(wù)形成有機(jī)、開(kāi)放的平臺(tái)系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)電力流、信息流及多種能源流的深度融合、雙 向互動(dòng)。 能源互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)有： 1）在智能電網(wǎng)基礎(chǔ)上納入各種電源和負(fù)荷轉(zhuǎn) 化設(shè)備，具有集中式與分布式相結(jié)合、系統(tǒng)優(yōu)化與 局部自治相得益彰的互聯(lián)、分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過(guò) 推動(dòng)網(wǎng)–源–荷的深度互動(dòng)，并促進(jìn)多種能源形式的 優(yōu)化梯級(jí)利用，最大程度上支撐清潔能源的發(fā)展。 2）互聯(lián)網(wǎng)及信息通信相關(guān)技術(shù)與能源融合， 通過(guò)互聯(lián)互通、開(kāi)放共享的信息網(wǎng)絡(luò)和功能平臺(tái)， 提升能源系統(tǒng)智能化水平，推動(dòng)新價(jià)值創(chuàng)造。 3）互聯(lián)網(wǎng)理念滲透下形成能源生態(tài)系統(tǒng)，用 戶將依托設(shè)備級(jí)無(wú)縫接入、系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化配置、能源 信息的雙向互動(dòng)，滿足對(duì)能源提供和多元使用者的 身份訴求，并孕育發(fā)展新商業(yè)模式。

互聯(lián)網(wǎng)視為電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)和信 息網(wǎng)絡(luò) 4 個(gè)緊密耦合而成的網(wǎng)絡(luò) 。 武建東提出了
[17]

包含水、電、氣甚至熱力的智能能源網(wǎng) 成的泛能網(wǎng)
[18]

。新奧集

團(tuán)提出由基礎(chǔ)能源網(wǎng)、傳感控制網(wǎng)和智慧互聯(lián)網(wǎng)組 。 從已有的研究成果可以看出，能源互聯(lián)網(wǎng)的范 疇有廣義和狹義之分。廣義上，能源互聯(lián)網(wǎng)涵蓋電 力系統(tǒng)、 油氣管網(wǎng)、 能源運(yùn)輸物流網(wǎng)絡(luò)等網(wǎng)絡(luò)集合； 狹義上，能源互聯(lián)網(wǎng)涵蓋智能電網(wǎng)、發(fā)電設(shè)備設(shè)施 及分布式能源系統(tǒng)。雖然范疇上有所差異，但其本 質(zhì)上均蘊(yùn)含著信息通信技術(shù)與能源系統(tǒng)深度融合 而引起的能源系統(tǒng)價(jià)值創(chuàng)造方式的深刻變化。以互 聯(lián)網(wǎng)為代表的信息通信網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展，并衍生出了 互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)， “互聯(lián)網(wǎng)+”全面興起。以分散、 共享、扁平、高效、透明、開(kāi)放等為代表的互聯(lián)網(wǎng) 思維背后蘊(yùn)含著新的基于信息網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī) 律的變化。本文將以價(jià)值為主線在狹義能源互聯(lián)網(wǎng) 的范疇內(nèi)進(jìn)行研究和探討，首先從互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)下價(jià) 值創(chuàng)造方式的變化入手，分析用戶需求視角下能源 互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值主張，進(jìn)而提出能源互聯(lián)網(wǎng)從能源融 合、信息融合和業(yè)務(wù)融合三個(gè)層面實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造的 基本架構(gòu)和可能途徑。 態(tài)

2 能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值分析
2.1 互聯(lián)網(wǎng)思維下的新價(jià)值來(lái)源 與傳統(tǒng)工業(yè)經(jīng)濟(jì)相比，互聯(lián)網(wǎng)及其經(jīng)濟(jì)業(yè)
[19-20]

有兩個(gè)顯著變化：1）從迂回經(jīng)濟(jì)向直接經(jīng)

濟(jì)回歸�；ヂ�(lián)網(wǎng)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中供需雙方實(shí)現(xiàn)信息 透明、數(shù)據(jù)共享，提高了資源配置效率、降低了交 易成本。2）從有限的滿足人的選擇向持續(xù)鎖定人 的需求轉(zhuǎn)變�；诖髷�(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)用戶需求，實(shí)現(xiàn)從原 有的單一單次服務(wù)向持續(xù)滿足并激發(fā)新需求轉(zhuǎn)變， 大幅提升滿足用戶需求的程度。 因此，從用戶需求角度看，新的價(jià)值將來(lái)源于 兩個(gè)方面：1）新業(yè)務(wù)和商業(yè)模式創(chuàng)造的市場(chǎng)價(jià)值， 源于信息資源促進(jìn)物理與虛擬融合，提升對(duì)人需求 的滿足程度；2）新的生產(chǎn)、管理和交易方式創(chuàng)造 的效率價(jià)值，源于智能化提升生產(chǎn)效率、去中介化

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念和特點(diǎn)
從價(jià)值創(chuàng)造的角度看，能源互聯(lián)網(wǎng)是以智能電 網(wǎng)為基礎(chǔ)，連接各類發(fā)電設(shè)施、各類用電終端及分 布式能源系統(tǒng)的智能化、互動(dòng)化的能源網(wǎng)絡(luò)，并融 合互聯(lián)網(wǎng)理念形成能源電力新型業(yè)態(tài)。其基本概念 示意圖如圖 1 所示。 與互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)類似，能源互聯(lián)網(wǎng)將由能源獲取 系統(tǒng)和利用設(shè)備構(gòu)成“端” ，由分布式和集中式能 源輸送配置網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成“網(wǎng)” ，由信息網(wǎng)絡(luò)及智能控

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楊方等：能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究

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降低交易成本，本質(zhì)上是對(duì)人需求滿足過(guò)程的效率 的提升。 2.2 能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值主張 能源是人類生存和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基礎(chǔ)。能源互聯(lián) 網(wǎng)將改變能源系統(tǒng)價(jià)值創(chuàng)造方式，形成豐富的價(jià)值 主張。本文將從滿足用能需求的程度、滿足用能需 求過(guò)程的效率這兩個(gè)新的價(jià)值維度出發(fā)，分析能源 互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值主張。 基于人類使用能源的演進(jìn)歷程 [21-22] ，從充足 性、便捷性、清潔性、選擇性、擴(kuò)展性建立五層次 分析維度對(duì)用能需求滿足程度進(jìn)行展望，進(jìn)而提出 這一維度下的能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值主張，如表 1 所示。 結(jié)合當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行和發(fā)展的實(shí)際，從能源 利用效率、資產(chǎn)利用效率和市場(chǎng)配置效率 3 個(gè)方面 對(duì)滿足用能需求過(guò)程中的效率提升空間進(jìn)行展望，
表1 Tab. 1 用能需求滿足程度下的能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值主張 Value proposition of energy internet under energy demand satisfaction degree
分析 價(jià)值來(lái)源 維度 充 滿足人口增長(zhǎng)、 經(jīng)濟(jì)發(fā)展和 提升能源可持續(xù)供應(yīng)能力： 推動(dòng)能源 足 性 生活水平提升帶來(lái)的能源 供應(yīng)多元化， 提高可再生能源利用程 消費(fèi)需求增長(zhǎng) 度， 釋放消費(fèi)側(cè)可調(diào)節(jié)能力 提高民生服務(wù)水平： 支持各類智能終 技術(shù)進(jìn)步下， 大量用能和供 端、 電動(dòng)汽車、 電源等設(shè)備接入， 提供 便 能新設(shè)備和系統(tǒng)出現(xiàn)并廣 捷 性 泛應(yīng)用， 需要提供即插即 支撐經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)： 滿足智能生產(chǎn)、 用、 安全可靠的交互系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型對(duì)能源供 應(yīng)的要求， 促進(jìn)節(jié)能設(shè)備改造和應(yīng)用 促進(jìn)減排環(huán)保： 促進(jìn)各類清潔能源高 清 減少能源開(kāi)發(fā)、 配置、 利用 效開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)化利用， 支持各類綠色用能 潔 過(guò)程對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞、 對(duì) 設(shè)備的推廣利用， 引導(dǎo)綠色用能行為 性 氣候變化的影響 和習(xí)慣 提高民生服務(wù)水平： 基于信息開(kāi)放、 基于能源商品屬性， 多元化 透明共享的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)提供專業(yè) 選 主體根據(jù)市場(chǎng)機(jī)制自主 擇 性 選擇能源交易、 服務(wù)和使用 支撐經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)： 提升能源資源的 行為 優(yōu)化配置水平， 推動(dòng)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展 方式轉(zhuǎn)變 提高民生服務(wù)水平： 基于開(kāi)放共享的 作為公共基礎(chǔ)設(shè)施的重要 大數(shù)據(jù)平臺(tái)提供跨行業(yè)服務(wù)， 支持智 擴(kuò) 展 性 組成部分， 與信息、 交通、 慧城市建設(shè)和城鎮(zhèn)化發(fā)展 制造、 城市管理等系統(tǒng)互 聯(lián)， 提供更加靈活、 高效、 便捷的整體服務(wù)方案 支撐經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)： 發(fā)揮公共基礎(chǔ)設(shè) 施整體效率， 整合跨領(lǐng)域資源培育新 型服務(wù)業(yè)及高端產(chǎn)業(yè) 化、 體系化的中介服務(wù) 定制化、 網(wǎng)絡(luò)化、 個(gè)性化服務(wù) 能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值主張

進(jìn)而分析這一維度下能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值主張，如 表 2 所示。
表2 Tab. 2 滿足用能需求過(guò)程的效率下能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值主張 Value proposition of energy internet under energy demand meeting efficiency
分析 價(jià)值來(lái)源 維度 能源 建立各能源系統(tǒng)之間、 能源系統(tǒng)內(nèi)部 推動(dòng)能源節(jié)約型社會(huì)建設(shè) 利用 網(wǎng)–源–荷之間有機(jī)、 高效的互動(dòng)機(jī) 效率 制， 釋放節(jié)能和能效提升的價(jià)值空間 資產(chǎn) 利用 效率 利用信息通信技術(shù)提升對(duì)物理系統(tǒng) 的可控性和可觀性， 轉(zhuǎn)變?cè)幸晕锢?系統(tǒng)建設(shè)冗余換取運(yùn)行安全穩(wěn)定裕 度的發(fā)展模式 市場(chǎng) 配置 效率 建立反映能源商品屬性并考慮外部 性成本的能源價(jià)格及市場(chǎng)交易機(jī)制， 釋放市場(chǎng)對(duì)配置能源資源的優(yōu)化調(diào) 節(jié)效益 支撐經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí) 推動(dòng)能源節(jié)約型社會(huì)建設(shè) 支撐經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí) 提升能源可持續(xù)供應(yīng)能力 提升能源系統(tǒng)發(fā)展質(zhì)量 能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值主張

綜合表 1、2，從用戶需求出發(fā)面向經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā) 展，能源互聯(lián)網(wǎng)可以提供包括提升能源供應(yīng)可持續(xù) 能力、提升民生服務(wù)水平、支撐經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、促 進(jìn)減排環(huán)保、推動(dòng)能源節(jié)約型社會(huì)建設(shè)以及提升能 源系統(tǒng)發(fā)展質(zhì)量等眾多價(jià)值主張，將對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社 會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、推動(dòng)能源革命發(fā)揮重要作用。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)途徑分析
3.1 價(jià)值實(shí)現(xiàn)基本途徑 體系架構(gòu)的變化、互聯(lián)網(wǎng)理念的滲透使能源互 聯(lián)網(wǎng)具有區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)方式。能源互 聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)與電網(wǎng)融合發(fā)展的趨勢(shì)， “融 合”將在價(jià)值實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，本文將從 實(shí)現(xiàn)多種能源的融合、實(shí)現(xiàn)信息與能源的融合、實(shí) 現(xiàn)多元業(yè)務(wù)的融合三個(gè)層面進(jìn)行分析。 3.2 實(shí)現(xiàn)多種能源融合 實(shí)現(xiàn)多種能源融合，即利用能源互聯(lián)網(wǎng)的高效 性和可控性，促進(jìn)多種清潔能源及化石能源以電力 為介質(zhì)的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)能源的集中與分散并存的 高效開(kāi)發(fā)、優(yōu)化配置和有效利用，更好地滿足人們 對(duì)能源供應(yīng)充足性、清潔性的基本需求，應(yīng)對(duì)氣候 變化和能源資源危機(jī)等問(wèn)題。 1）風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源 90%需要轉(zhuǎn)化 為電能才能利用，其波動(dòng)性和隨機(jī)性成為制約其大 范圍消納利用的瓶頸。能源互聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)的基 礎(chǔ)上將網(wǎng)絡(luò)范疇擴(kuò)展至各類能源發(fā)電裝置、各類能

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源使用裝置以及分布式能源系統(tǒng)，本質(zhì)上是將網(wǎng)– 源–荷視為系統(tǒng)的整體進(jìn)行總體效率優(yōu)化和運(yùn)行控 制，通過(guò)提高系統(tǒng)的控制自由度和可控性，實(shí)現(xiàn)供 應(yīng)與需求的精確匹配，提升對(duì)可再生能源的轉(zhuǎn)化利 用能力。 2）分布式能源系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組 成部分，將在系統(tǒng)局部為用戶提供一套能源品位與 用戶用能需求相匹配的整體解決方案，滿足用戶用 能便捷性的同時(shí)提高能源利用效率，并在一定程度 上增加了能源互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)節(jié)可控性。 以分布式電源為例，能源融合視角下，其將不 再是單純的電網(wǎng)服務(wù)對(duì)象，而作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的 基本元件，可以從規(guī)劃、運(yùn)行、市場(chǎng)交易等環(huán)節(jié)與 網(wǎng)、源、荷進(jìn)行一體化融合： 1）通過(guò)建立完善的數(shù)據(jù)交換和協(xié)作框架，將 分布式電源納入到配電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行框架； 2）建立配電能量管理系統(tǒng)，使分布式電源可 以即插即用，并與輸電系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，具備電壓、 頻率支撐和需求響應(yīng)功能。 3）基于安全、高速的信息處理及廣泛的傳感 網(wǎng)絡(luò)，規(guī)范的并網(wǎng)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)以電壓支撐、頻 率控制等角度調(diào)度和管理分布式電源。 4）設(shè)計(jì)市場(chǎng)機(jī)制，清楚界定容量成本、服務(wù) 成本，反映輸配電網(wǎng)對(duì)分布式電源的支撐作用。 3.3 實(shí)現(xiàn)信息與能源融合 實(shí)現(xiàn)信息與能源融合，即充分利用先進(jìn)的信息
數(shù)據(jù)獲取 控制 中心 信息網(wǎng) 物理網(wǎng)

通信技術(shù)、信息物理融合技術(shù)以及電力電子控制技 術(shù)，大幅提高電力系統(tǒng)的可控性和可觀性。通過(guò)將 電力系統(tǒng)物理實(shí)體數(shù)字化，一方面可以利用信息系 統(tǒng)、計(jì)算資源的高效率和低成本來(lái)提高物理系統(tǒng)的 運(yùn)行效率，產(chǎn)生“以軟代硬”效益，另一方面可以 建立實(shí)時(shí)反映電力成本和供需關(guān)系的交互媒介，產(chǎn) 生“市場(chǎng)配置”效益，從而推動(dòng)發(fā)展方式從原有計(jì) 劃、粗放、保守向市場(chǎng)、集約、高效方向轉(zhuǎn)變。 本文提出的信息與能源融合下能源互聯(lián)網(wǎng)的 運(yùn)行架構(gòu)，如圖 2 所示。信息與能源融合的實(shí)現(xiàn)途 徑是形成具有廣域感知、在線辨識(shí)、超實(shí)時(shí)仿真、 滾動(dòng)閉環(huán)控制功能的物理信息融合層，它并不以獨(dú) 立的物理形態(tài)存在，而是從功能上實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)與 物理系統(tǒng)的無(wú)縫銜接，控制單元之間的協(xié)同互動(dòng)。 包括 4 個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)： 1）系統(tǒng)范圍內(nèi)裝設(shè)海量信息采集和傳感設(shè)備， 采集基于同步時(shí)標(biāo)、包括電壓、電流、設(shè)備狀態(tài)等 在內(nèi)的節(jié)點(diǎn)信息，具備全狀態(tài)觀測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和 設(shè)備運(yùn)行工況的物理量信息，最大程度上降低系統(tǒng) 狀態(tài)和參數(shù)的不可觀性和隨機(jī)性。 2）經(jīng)由電力專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)， 按照信息的不同內(nèi)容和屬性將信息傳輸至分布在 全網(wǎng)各處的控制單元和控制中心，通信信息系統(tǒng)具 有高可靠性和安全性，并對(duì)傳輸延時(shí)和數(shù)據(jù)丟失具 有量化預(yù)測(cè)和建模能力。 3）控制單元，如能源路由器，是能源互聯(lián)網(wǎng)
數(shù)據(jù)管理 控制 中心 數(shù)據(jù)分析 控制 中心

控制單元 傳感器

控制單元 閉環(huán)控制流 電力流 信息流 傳統(tǒng)能源 發(fā)電系統(tǒng) 可再生能源 發(fā)電系統(tǒng) 微網(wǎng)

分布式 能源系統(tǒng)

智能終端

圖2 Fig. 2

信息與能源融合下能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行架構(gòu)圖

Architecture of energy internet under the fusion of energy with information

第 14 期

楊方等：能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究

3499

中進(jìn)行能量控制的智能裝置，兼具局部智能決策和 閉環(huán)控制功能，通過(guò)大功率電力電子控制技術(shù)對(duì)功 率方向、容量、質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，通過(guò)軟件密集 型嵌入式系統(tǒng)對(duì)控制策略進(jìn)行實(shí)時(shí)更新和智能決 策，軟件系統(tǒng)和控制策略的靈活性將使控制單元對(duì) 不同運(yùn)行工況和需求場(chǎng)景具有自適應(yīng)性。 4）控制中心與控制單元共同構(gòu)成分層式智能 決策體系，控制中心以海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云計(jì)算為基 礎(chǔ)，通過(guò)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)估計(jì)、多尺度負(fù)荷–發(fā)電預(yù)測(cè)、 擾動(dòng)識(shí)別、超實(shí)時(shí)仿真、在線參數(shù)辨識(shí)等功能實(shí)現(xiàn) 物理系統(tǒng)在數(shù)字環(huán)境下的同步鏡像運(yùn)行和控制決 策生成�？刂浦行膹娜到y(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行的角度為控制 單元提供模型、參數(shù)和輔助決策依據(jù)。 信息與物理融合所帶來(lái)“市場(chǎng)配置”效益還需 與商業(yè)模式創(chuàng)新相結(jié)合，將在后續(xù)章節(jié)中探討。其 帶來(lái)的“以軟代硬”效應(yīng)已經(jīng)開(kāi)始在部分裝置、環(huán) 節(jié)和系統(tǒng)局部顯現(xiàn)效果，智能電網(wǎng)在廣域觀測(cè)控 制、電力電子、信息物理系統(tǒng)、超實(shí)時(shí)仿真技術(shù)、 信息通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等方面提供了發(fā)展基礎(chǔ)。美國(guó) ONCOR 輸電公司利用動(dòng)態(tài)增容技術(shù)大幅提高已有 線路輸電能力，監(jiān)測(cè)線路在 83.5%~90.5%的輸送時(shí) 間內(nèi)都能達(dá)到 6%~14%的增容效果，對(duì)重要輸電阻 塞線路可額外增加 5%~10%的緩解效果
[23]

遠(yuǎn)待發(fā)掘。從現(xiàn)有的元件級(jí)、環(huán)節(jié)內(nèi)、局部融合向 系統(tǒng)級(jí)、跨環(huán)節(jié)、全局協(xié)調(diào)優(yōu)化的發(fā)展過(guò)程將對(duì)電 力系統(tǒng)存量資產(chǎn)及增量方式帶來(lái)巨大的效率遞增 價(jià)值。 3.4 實(shí)現(xiàn)多元業(yè)務(wù)融合 能源互聯(lián)網(wǎng)已不是傳統(tǒng)意義上生產(chǎn)電能、傳輸 和分配給用戶使用的單向物理網(wǎng)絡(luò)，在互聯(lián)網(wǎng)理念 滲透下將在信息與物理融合的實(shí)體之上，形成連接 消費(fèi)者、生產(chǎn)者、制造商、運(yùn)維商等各方，通過(guò)業(yè) 務(wù)融合和商業(yè)模式創(chuàng)新持續(xù)滿足用戶需求、不斷創(chuàng) 造新需求的服務(wù)平臺(tái)層。源于用戶選擇性和擴(kuò)展性 的價(jià)值訴求將在這里實(shí)現(xiàn)，從根本上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)–源–荷 的深度互動(dòng)、 推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、 實(shí)現(xiàn)與交通、 制造、 信息、城市管理等領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展。 圖 3 給出了互聯(lián)網(wǎng)理念下能源互聯(lián)網(wǎng)向用戶提 供業(yè)務(wù)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。能源互聯(lián)網(wǎng)可以提供的業(yè) 務(wù)服務(wù)眾多，圖中僅以部分業(yè)務(wù)作為示例。服務(wù)平 臺(tái)層的形成和運(yùn)作有 3 個(gè)顯著特征： 1）在傳統(tǒng)供電服務(wù)入口處出現(xiàn)面向用戶不同 需求的新型業(yè)務(wù)，如電動(dòng)汽車充放電、家庭能效管 理、工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能、電網(wǎng)資產(chǎn)管理、分布式電源并 網(wǎng)、多網(wǎng)融合、虛擬電廠等。各業(yè)務(wù)是由多個(gè)模塊 化、專業(yè)化子服務(wù)構(gòu)成，如用戶行為分析、資源運(yùn) 行預(yù)測(cè)、融資服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析等，各子服務(wù)之間 可以面向用戶需求按照不同的商業(yè)模式進(jìn)行動(dòng)態(tài) 組合和優(yōu)化協(xié)同，由此形成了具有網(wǎng)絡(luò)化聚合效應(yīng) 的平臺(tái)服務(wù)層。 2）大量出現(xiàn)以用戶需求為導(dǎo)向、以創(chuàng)新服務(wù) 為盈利中心的中間服務(wù)商，服務(wù)商之間、服務(wù)商為
其他利益相關(guān)方

。靈活交

流輸電(FACTS)大量應(yīng)用帶來(lái)減少電網(wǎng)投資成本、 提高安全穩(wěn)定運(yùn)行水平的雙重效益，電氣距離較遠(yuǎn) 電源送出工程通過(guò)加裝可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置可直接 減少輸電線路建設(shè)規(guī)模
[24-26]

；受端系統(tǒng)通過(guò)加裝動(dòng)
[27-29]

態(tài)無(wú)功控制裝置可明顯提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定性

。

當(dāng)前，信息與能源融合的價(jià)值初現(xiàn)但規(guī)模和潛力還
價(jià)值流 信息流 經(jīng)濟(jì)安全 即插即用 電動(dòng)汽車充換電 充換電 服務(wù)網(wǎng) 絡(luò)平臺(tái) 電力市 場(chǎng)與輔 助服務(wù) 用戶 經(jīng)濟(jì)可靠 自由選擇

節(jié)能、 舒適性 能效管理

提高負(fù)荷 預(yù)測(cè)精確度

提高電網(wǎng) 運(yùn)行效率 電網(wǎng)分析

???

分布式電源接入 分布式 電源設(shè) 備維護(hù)

???
用能監(jiān) 測(cè)儀表 購(gòu)置

???
用能管理 方案 數(shù)據(jù) 分析

充換電 設(shè)施 建設(shè)

智能交 通 GPS 系統(tǒng) 數(shù)據(jù) 處理 軟件 開(kāi)發(fā) 用能監(jiān) 測(cè)儀表 安裝

用能 監(jiān)測(cè)

電網(wǎng)資產(chǎn) 管理

分布式電 太陽(yáng)能 源接入 資源預(yù)測(cè) 方案咨詢

用戶行 為分析

電網(wǎng)需 求響應(yīng) 分析

資源 整合 產(chǎn)業(yè) 孵化

能源互聯(lián)網(wǎng)本體

圖3 Fig. 3

互聯(lián)網(wǎng)理念下能源互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)服務(wù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)示意圖

Service architecture of energy internet under Internet concept

3500

中

國(guó)

電

機(jī)

工

程

學(xué)

報(bào)

第 35 卷

用戶提供服務(wù)的商業(yè)模式將更加靈活多樣。服務(wù)商 的出現(xiàn)使原有分散的用戶資源集中化，形成具有一 定規(guī)模、互動(dòng)調(diào)節(jié)和博弈能力的市場(chǎng)參與主體。 3）用戶側(cè)可調(diào)資源通過(guò)服務(wù)商匯集參與電力 市場(chǎng)交易，既降低了用戶的用電成本，又提升了能 源互聯(lián)網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力。通過(guò)精準(zhǔn)、便捷、經(jīng)濟(jì)的滿 足用戶需求，用戶粘性和需求滿足度提升的過(guò)程將 進(jìn)一步催生新的用戶需求、增加用戶規(guī)模。由此形 成了通過(guò)業(yè)務(wù)融合和商業(yè)模式創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)資源整合和 產(chǎn)業(yè)培育的正向循環(huán)，創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。 為分析上述架構(gòu)下業(yè)務(wù)融合和價(jià)值實(shí)現(xiàn)的過(guò) 程特點(diǎn)，本文以家庭用戶滿足分布式太陽(yáng)能發(fā)電系 統(tǒng)使用的一站式服務(wù)為例進(jìn)行了場(chǎng)景設(shè)計(jì)。 方案設(shè)計(jì)：用戶到方案設(shè)計(jì)商提供的網(wǎng)站或 APP 提供個(gè)人關(guān)于住址、安裝條件、家庭平均用電 量、可靠性與成本接受程度等簡(jiǎn)單信息，并配選額 外要求(如必選設(shè)備供應(yīng)商)。方案設(shè)計(jì)商將從太陽(yáng) 能資源預(yù)測(cè)公司獲取基于地理信息系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)資 源評(píng)估和光伏模擬數(shù)據(jù)，并根據(jù)各類設(shè)備成本、性 能、運(yùn)維信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及電價(jià)信息，生成反映用戶 投入和產(chǎn)出關(guān)系的可選安裝方案及維修套餐。 安裝接入：用戶選擇確認(rèn)后，方案將轉(zhuǎn)化為訂 單和服務(wù)執(zhí)行表同步推送至服務(wù)鏈相關(guān)各企業(yè)，設(shè) 備商提供設(shè)備，運(yùn)維商提供上門安裝調(diào)試服務(wù)，配 電公司提供并網(wǎng)接入服務(wù)。 運(yùn)行服務(wù)：分布式光伏作為智能設(shè)備并網(wǎng)接入 后將被自動(dòng)識(shí)別和狀態(tài)感知，控制中心將其視為新 增控制單元，自動(dòng)更新系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)和分析模型， 按照分層決策的模式進(jìn)行自適應(yīng)控制�？刂撇呗杂� 虛擬運(yùn)營(yíng)商根據(jù)用戶行為分析與電力市場(chǎng)價(jià)格所 形成的結(jié)算協(xié)議決定。區(qū)域內(nèi)大量分布式用戶經(jīng)虛 擬運(yùn)營(yíng)商將所發(fā)電量出售給批發(fā)市場(chǎng)或指定用戶 獲取可觀的經(jīng)濟(jì)收益。 一站式服務(wù)將顯著提升用戶使用分布式電源 的體驗(yàn)，并通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制更好地滿足了用戶對(duì)經(jīng) 濟(jì)、綠色、可靠的電能供應(yīng)需求，分布式光伏市場(chǎng) 規(guī)模不斷擴(kuò)大，形成良性發(fā)展態(tài)勢(shì)。 當(dāng)前，世界各國(guó)都已開(kāi)始涌現(xiàn)以互聯(lián)網(wǎng)方式提 供上述各類服務(wù)的中間商，提供全球太陽(yáng)能資源評(píng) 估的 SolarGIS、提供基于大數(shù)據(jù)的用戶行為分析及 電網(wǎng)資產(chǎn)狀態(tài)評(píng)估的 C3 Energy Grid Analytics、提 供家庭能耗方案設(shè)計(jì)的 Opower、提供網(wǎng)上電力零 售的 Powershop 等等。隨著市場(chǎng)環(huán)境的改善，運(yùn)用

互聯(lián)網(wǎng)手段來(lái)整合各類服務(wù)的趨勢(shì)將更加明顯。借 鑒互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展規(guī)律，商業(yè)模式創(chuàng)新和業(yè)務(wù)融 合帶來(lái)的價(jià)值有望呈現(xiàn)指數(shù)型的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

4 結(jié)論
在互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的大背景下，能源互聯(lián) 網(wǎng)的出現(xiàn)蘊(yùn)含著信息通信發(fā)展對(duì)能源系統(tǒng)價(jià)值創(chuàng) 造方式的深刻變革。本文從互聯(lián)網(wǎng)思維下的價(jià)值來(lái) 源入手，分析了能源互聯(lián)網(wǎng)可以提供的價(jià)值主張， 初步探討了價(jià)值導(dǎo)向下能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)途徑和 發(fā)展重點(diǎn)等問(wèn)題。目前對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究仍處于 初級(jí)階段，多種能源融合的優(yōu)化和控制，信息物理 融合機(jī)制，業(yè)務(wù)融合發(fā)展模式等諸多問(wèn)題還待深入 研究。但可以看到的是，能源互聯(lián)網(wǎng)植根于更深層 次滿足用戶需求，其在產(chǎn)業(yè)鏈的培育和壯大上具有 不可估量的潛力，將創(chuàng)造巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

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中

國(guó)

電

機(jī)

工

程

學(xué)

報(bào)

第 35 卷

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(實(shí)習(xí)編輯

喬寶榆)



  本文關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值與實(shí)現(xiàn)架構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。