自2015年7月國務院《關于積極推進“互聯(lián)網+”行動的指導意見》以來，能源互聯(lián)網的產業(yè)發(fā)展也已快5周年。本文嘗試總結了信息流改造能源流理念下，我國能源互聯(lián)網初級階段的先行先試的現狀，并從價值層-信息層-物理層等方面，提出幾點經驗建議，以為我國能源互聯(lián)網下一步的健康發(fā)展提供參考。
作者供職于清華大學能源互聯(lián)網創(chuàng)新研究院
能源行業(yè)的創(chuàng)新與新舊動能轉換，關系到人類社會的發(fā)展之道。當前，能源供給側的清潔替代、能源消費側的電能替代，以及網側能源技術的更新優(yōu)化，以形成電為中心、清潔為主導的能源格局，是我國能源轉型的未來趨勢。
同時，以數字化為代表的科技革命和產業(yè)革命，正加速著能源行業(yè)的數字化轉型。以能源、信息雙向流動為特點的新型價值鏈和產業(yè)鏈——“互聯(lián)網+智慧能源”(簡稱：能源互聯(lián)網)的創(chuàng)新業(yè)態(tài)正在形成。
屆時，能源系統(tǒng)可以根據市場能源價格，提前靈活開啟設備或儲存電能;能源系統(tǒng)可以源隨荷動，也可以荷隨源動;不同時空的能源系統(tǒng)之間的能流可以你來我往，互補共濟;電動汽車可以兼職儲能設備，向電網反送電、輔助削峰填谷;數據中心不光消費能源，其大量的余熱也可以用來供暖;智慧路燈將承載十八般武藝，成為車路系統(tǒng)與城市大腦的重要載體;能源互聯(lián)網插座將全面滲透家家戶戶，承載消費末端的電力感知、計量、交易;分布式能源、儲能及電力現貨市場高度發(fā)展，泛在的產消者將成就能源系統(tǒng)的需求側響應和能源增值服務……
那時，人人都可以是能源互聯(lián)網的直接參與者，能源可以像商品一樣自由交易?？傊?，能源的供給會更加多樣、能源的消費會更加精準，可再生能源消費比例會大大提高，系統(tǒng)能源利用效率、可靠性和韌性會大大增強，能源系統(tǒng)的經濟性和環(huán)境社會效益也會明顯改善。
圖1 能源互聯(lián)網泛在之墻的破解示意
能源互聯(lián)網的“新陳代謝”價值生態(tài)
能源互聯(lián)網，給冷、熱、電、氣等能源的商品化提供了廣闊的舞臺，其業(yè)態(tài)也已涵蓋傳統(tǒng)電力、輸電配電、石油石化、電動汽車、新能源、城市燃氣、信息通信等諸多行業(yè)，并呈現出“共建、共享、共治、共贏”的能源互聯(lián)網生態(tài)。
2019年，我國首本《能源互聯(lián)網發(fā)展白皮書》，從國家層面系統(tǒng)梳理我國能源互聯(lián)網的評價指標體系以及產業(yè)生態(tài)現狀;同年，國家自然科學基金也在電工學科突出了“能源互聯(lián)網”及其相關方向的科學研究;同時，我國首批能源互聯(lián)網示范項目進行了第一輪驗收，一些項目在能源互聯(lián)網的物理層、信息層和價值層實踐可圈可點。2020年，全國共計300余支能源互聯(lián)網相關股票的總市值已近4萬億元。
2016到2019年，包括多能互補集成優(yōu)化、新能源微電網、增量配電網以及綜合能源系統(tǒng)在內的能源互聯(lián)網相關示范項目引起業(yè)界的廣泛關注。
能源互聯(lián)網相關示范項目的建設，除了物理層關鍵技術的重大突破外，也體現了信息流改造能源流的賦能生態(tài)，釋放了信息物理融合的數字化價值，促進了能源互聯(lián)網的先行先試，不僅帶動了能源互聯(lián)網相關領域的積極探索，也促進了能源互聯(lián)網相關企業(yè)的廣泛參與，能源互聯(lián)網的神秘面紗已被揭開。
能源互聯(lián)網落地的七大建議
我國能源互聯(lián)網相關技術及產業(yè)目前還處于初級階段，也是能源互聯(lián)網初步發(fā)展的5周年，但能源互聯(lián)網璀璨星空的實現需要不斷地迭代，能源互聯(lián)網“互聯(lián)網+”的系統(tǒng)化思維及技術要求能源互聯(lián)網的參與者需要全面、扎實的專業(yè)技術和創(chuàng)新知識。
在我國能源互聯(lián)網信息流改造能源流的現有實踐中，除了上述積極的成效外，也暴露出當前能源互聯(lián)網“新陳代謝”價值生態(tài)構建過程的一些不足。為此，應進一步總結凝練，吸取經驗，切中肯綮，以促進能源互聯(lián)網“璀璨星空”的早日實現。因此，筆者提出以下建議，為下一步能源互聯(lián)網的落地實踐及理論發(fā)展提供參考。
深化能源互聯(lián)網的市場體制改革，培育技術優(yōu)化到實際落地的健康生態(tài)。
能源互聯(lián)網，在技術理論上具備優(yōu)良的技術經濟性，但是能源互聯(lián)網的理論計算往往基于諸多假設，包括隔墻售電的博弈、能源價格博弈、光伏指標競爭等體制機制的自由。同時，理論設計也不會涉及到實際落地過程中因政策變化帶來的資本變動及撤離、過高用戶容量或能源負荷的風險。進而，上述任一環(huán)節(jié)出現問題，能源互聯(lián)網多主體之間的博弈將失衡，就會導致項目回報率的降低、延誤甚至失敗。
因此，要因時制宜，從國家層面要創(chuàng)造能源互聯(lián)網技術優(yōu)化到實際落地的體制機制，企業(yè)層面則要深度把握放管服、新電改、電力現貨市場、碳市場等能源市場機制向好趨勢;因地制宜，要充分基于項目地資源稟賦、負荷特征及體制機制，做好能源互聯(lián)網落地前的頂層規(guī)劃和市場設計，才能推動能源互聯(lián)網項目的健康落地。
積極倡導能源互聯(lián)網的大眾參與，共筑能源互聯(lián)網共建共贏的創(chuàng)新沃土。
“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”是能源互聯(lián)網的指導方針。能源互聯(lián)網作為能源產業(yè)發(fā)展的新形態(tài)，能源互聯(lián)網具有集中式與分散式的架構特征，相關運營技術、商業(yè)模式還處于探索發(fā)展階段。
因此，能源互聯(lián)網的建設不光是國有企業(yè)或“重資產”的壟斷，也有“輕資產”和民營企業(yè)的積極參與，要辯證好物理層重資產和信息層數據增值服務的價值關系;同時，能源互聯(lián)網業(yè)態(tài)也不一定都是“大而全”的面面觀，也完全可以做到“小而精”的立竿見影，需要能源互聯(lián)網企業(yè)量體裁衣，區(qū)域級、城市級、園區(qū)級、樓宇級能源互聯(lián)網各有價值所在。
因此，需要解放思想，充分理解“互聯(lián)網+智慧能源”理念，探索多元化、面向用戶對象的能源互聯(lián)網場景范式及商業(yè)模式，創(chuàng)新能源互聯(lián)網“產學研用政金”共建共贏生態(tài)，積極鼓勵和倡導各類主體的廣泛參與和差異化競爭，切實有效提升大眾參與程度，進而搭建能源互聯(lián)網的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的健康生態(tài)。
抓好能源互聯(lián)網關鍵技術的集成優(yōu)化，釋放不同行業(yè)技術跨界融合潛能。
能源互聯(lián)網內涵與外延，涉及眾多能源獲取、傳輸、轉化、存儲與消費等相關技術的融合與交叉。
因此，首先要充分認識能源互聯(lián)網中不同能源設備的運行機制、能效水平及營運模式，避免簡單粗暴的“拿來主義”和“加減求和”。
其次，要基于總能系統(tǒng)“分配得當、各得其所、溫度對口、梯級利用”的方法論，并充分考慮能源互聯(lián)網各設備的運行約束，堅持集中式與分布式相結合，堅持設備容量、臺數和運行策略的協(xié)調優(yōu)化，做好多種異質能源與多類消費的多能互補、梯級利用、網絡耦合、多元互動。
最后，應基于多目標、多屬性的全局優(yōu)化及綜合評價方法，統(tǒng)籌協(xié)調，系統(tǒng)做好能源互聯(lián)網項目的頂層設計，進而讓理論成果盡可能地真正應用到實際工程的設計和運行，避免設備利用率低和不能靈活調度的詬病，進而充分釋放能源互聯(lián)網各元素“1+1+……+1>N”的優(yōu)化潛力，真正提升能源互聯(lián)網的能量-經濟-環(huán)境-社會效益。
以能源互聯(lián)網規(guī)劃與運維平臺為抓手，服務能源互聯(lián)網的設計與運維。
各能源互聯(lián)網企業(yè)應根據自身業(yè)務板塊，切實掌握能源互聯(lián)網及綜合能源用戶的需求，進而以能源互聯(lián)網規(guī)劃與運維平臺為抓手，通過數字化技術實現能源系統(tǒng)“源網荷儲”各環(huán)節(jié)能量流的貫通，打造信息物理“軟實力”，增強多主體用戶的互動粘性。
應切實做好能源互聯(lián)網規(guī)劃與運維平臺“分析、挖掘、調控”的可操控性，避免平臺僅停留在感知展示層面。
因此，需要在物理因果模型的創(chuàng)新基礎上，結合大數據的相關分析技術，優(yōu)選感知和操控變量，避免所有數據的冗余感知帶來的計算代價。
其次，也應創(chuàng)新冷熱電氣等能源系統(tǒng)的標準化能源樞紐快速建模方法、短中長期負荷預測與功率預測技術、系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化調控方法及策略和邊緣計算技術。
最后，合理構建基于集中式與分布式的能源系統(tǒng)規(guī)劃與運維平臺，真正有效地做好信息流改造能源流的價值理念，充分挖掘多能互補集成優(yōu)化系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)和能源互聯(lián)網能源的數字化價值。
加快能源互聯(lián)網相關標準的報批與制定，指導項目的規(guī)范設計與運行。
能源互聯(lián)網物理層、信息層和價值層的新元素眾多，如“能源路由器、虛擬電廠、虛擬儲能、需求側響應、電力現貨市場”等等。
因此，不僅需要統(tǒng)一的表達方法，如名詞術語、圖形符號、單位及其文字符號等，去規(guī)范能源互聯(lián)網的新技術，也需要嚴謹清晰描述“源網荷儲”的能量設備及技術的計算方法和準入條件，還需要系統(tǒng)層次的設計規(guī)范、路徑接口及評價指標等，才能更好推動能源互聯(lián)網的規(guī)?；沙掷m(xù)發(fā)展。
國家標準化管理委員會和國家能源局非常關注能源互聯(lián)網標準化工作，截止目前，能源互聯(lián)網相關標準申報涵蓋基礎通用、系統(tǒng)平臺、規(guī)劃設計、運行互動、核心裝備、評價監(jiān)測和泛在互聯(lián)等多個門類。但目前申報和批準數量還不能有力支撐能源互聯(lián)網工程的建設。因此，應重視標準制定工作組的知識體系構成、編制效率和質量、編制門類多樣競爭，進一步加強能源互聯(lián)網的標準化工作效率，更好地服務能源互聯(lián)網的規(guī)范設計與運行。
積極完善能源互聯(lián)網的綜合評價體系，量化信息流改造能源流的效益。
熵視域下，能量不僅是守恒的，而且存在能級匹配規(guī)律及特性的。同時，系統(tǒng)運行過程能源流將產生海量的信息流，因此，能源互聯(lián)網可以看做是用信息的“負熵流”去改造、降低能源流的“正熵增”。
進而，如何構建以能源互聯(lián)網的評價及優(yōu)化體系，并科學量化能源互聯(lián)網信息物理融合下不同環(huán)節(jié)的“信息熵”對“熱力學熵”的改進優(yōu)化程度，進而繪制能源互聯(lián)網信息物理系系統(tǒng)以及管控平臺的能流圖、?流圖以及系統(tǒng)運行狀態(tài)圖等，進而逐級精細、分塊分層挖掘和展示能源互聯(lián)網熵增熵減的環(huán)節(jié)及潛力，從而避免現有能源互聯(lián)網能源管控系統(tǒng)能效指標停留在能量“數量”層次的問題，以及系統(tǒng)調度過程“能級匹配”優(yōu)化空間不能挖掘及動態(tài)直觀顯示的短板。
從而更精準地搭建信息物理融合系統(tǒng)，優(yōu)化能源系統(tǒng)架構及指導能源互聯(lián)網相關項目的運行調度，將對能源互聯(lián)網的全局優(yōu)化、動態(tài)調度起到重要作用。
創(chuàng)新能源與信息融合的應用新模式，優(yōu)化能源數字化手段及能效模式。
能源互聯(lián)網信息流在改造物理層次能量流的過程中，信息化的過程涉及海量數據的感知、傳輸、存儲、挖掘和交易，對信息化系統(tǒng)來講，伴隨著能源的消耗，以驅動信息化設備的計算和冷卻計算過程釋放的熱量。
而隨著高速、高頻計算的能源互聯(lián)網“源荷互動”需要以及能源互聯(lián)網業(yè)態(tài)向數字經濟下其它行業(yè)的快速融合，承載信息流計算及挖掘的數據中心、基站、CPU、能量路由器等等設備的數量和能耗將快速增長。
因此，為避免信息流改造能量流過程中附加能耗與物理層次能量流優(yōu)化的矛盾，有必要研究能源互聯(lián)網發(fā)展過程中，物理系統(tǒng)的高效感知、傳輸、挖掘、交易的數字化手段、設備及其能源供應模式，以盡可能地降低數字化附加能耗的增益，使其盡可能的小于其改造能量流的能效收益，最終才能有助于能源互聯(lián)網總能效的提升。
圖2 能源互聯(lián)網的仰望星空與腳踏實地
“互聯(lián)網+智慧能源”的建設，就是信息流改造能源流的過程，也是一個多學科深度交叉融合的過程。過去幾年來，我國能源互聯(lián)網發(fā)展的百花齊放的初級階段，已經給我們積累了能源互聯(lián)網先行先試的豐富經驗。
仰望星空，看未來已來;士不可不弘毅，應腳踏實地。謹以此文獻給清華大學能源互聯(lián)網創(chuàng)新研究院成立5周年，也為能源互聯(lián)網迷霧中的砥礪前行的從業(yè)者提供一點參考。
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