自2015年7月國務(wù)院《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》以來，能源互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展也已快5周年。本文嘗試總結(jié)了信息流改造能源流理念下，我國能源互聯(lián)網(wǎng)初級階段的先行先試的現(xiàn)狀，并從價值層-信息層-物理層等方面，提出幾點經(jīng)驗建議，以為我國能源互聯(lián)網(wǎng)下一步的健康發(fā)展提供參考。
作者供職于清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院
能源行業(yè)的創(chuàng)新與新舊動能轉(zhuǎn)換，關(guān)系到人類社會的發(fā)展之道。當(dāng)前，能源供給側(cè)的清潔替代、能源消費(fèi)側(cè)的電能替代，以及網(wǎng)側(cè)能源技術(shù)的更新優(yōu)化，以形成電為中心、清潔為主導(dǎo)的能源格局，是我國能源轉(zhuǎn)型的未來趨勢。
同時，以數(shù)字化為代表的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，正加速著能源行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以能源、信息雙向流動為特點的新型價值鏈和產(chǎn)業(yè)鏈——“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”(簡稱：能源互聯(lián)網(wǎng))的創(chuàng)新業(yè)態(tài)正在形成。
屆時，能源系統(tǒng)可以根據(jù)市場能源價格，提前靈活開啟設(shè)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(bǔ)共濟(jì);電動汽車可以兼職儲能設(shè)備，向電網(wǎng)反送電、輔助削峰填谷;數(shù)據(jù)中心不光消費(fèi)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(wǎng)插座將全面滲透家家戶戶，承載消費(fèi)末端的電力感知、計量、交易;分布式能源、儲能及電力現(xiàn)貨市場高度發(fā)展，泛在的產(chǎn)消者將成就能源系統(tǒng)的需求側(cè)響應(yīng)和能源增值服務(wù)……
那時，人人都可以是能源互聯(lián)網(wǎng)的直接參與者，能源可以像商品一樣自由交易。總之，能源的供給會更加多樣、能源的消費(fèi)會更加精準(zhǔn)，可再生能源消費(fèi)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(qiáng)，能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境社會效益也會明顯改善。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)泛在之墻的破解示意
能源互聯(lián)網(wǎng)的“新陳代謝”價值生態(tài)
能源互聯(lián)網(wǎng)，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?xì)?、信息通信等諸多行業(yè)，并呈現(xiàn)出“共建、共享、共治、共贏”的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。
2019年，我國首本《能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書》，從國家層面系統(tǒng)梳理我國能源互聯(lián)網(wǎng)的評價指標(biāo)體系以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀;同年，國家自然科學(xué)基金也在電工學(xué)科突出了“能源互聯(lián)網(wǎng)”及其相關(guān)方向的科學(xué)研究;同時，我國首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目進(jìn)行了第一輪驗收，一些項目在能源互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)相關(guān)股票的總市值已近4萬億元。
2016到2019年，包括多能互補(bǔ)集成優(yōu)化、新能源微電網(wǎng)、增量配電網(wǎng)以及綜合能源系統(tǒng)在內(nèi)的能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)示范項目引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。
能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)示范項目的建設(shè)，除了物理層關(guān)鍵技術(shù)的重大突破外，也體現(xiàn)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(shù)字化價值，促進(jìn)了能源互聯(lián)網(wǎng)的先行先試，不僅帶動了能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)領(lǐng)域的積極探索，也促進(jìn)了能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)的廣泛參與，能源互聯(lián)網(wǎng)的神秘面紗已被揭開。
能源互聯(lián)網(wǎng)落地的七大建議
我國能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)目前還處于初級階段，也是能源互聯(lián)網(wǎng)初步發(fā)展的5周年，但能源互聯(lián)網(wǎng)璀璨星空的實現(xiàn)需要不斷地迭代，能源互聯(lián)網(wǎng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的系統(tǒng)化思維及技術(shù)要求能源互聯(lián)網(wǎng)的參與者需要全面、扎實的專業(yè)技術(shù)和創(chuàng)新知識。
在我國能源互聯(lián)網(wǎng)信息流改造能源流的現(xiàn)有實踐中，除了上述積極的成效外，也暴露出當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)“新陳代謝”價值生態(tài)構(gòu)建過程的一些不足。為此，應(yīng)進(jìn)一步總結(jié)凝練，吸取經(jīng)驗，切中肯綮，以促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)“璀璨星空”的早日實現(xiàn)。因此，筆者提出以下建議，為下一步能源互聯(lián)網(wǎng)的落地實踐及理論發(fā)展提供參考。
深化能源互聯(lián)網(wǎng)的市場體制改革，培育技術(shù)優(yōu)化到實際落地的健康生態(tài)。
能源互聯(lián)網(wǎng)，在技術(shù)理論上具備優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，但是能源互聯(lián)網(wǎng)的理論計算往往基于諸多假設(shè)，包括隔墻售電的博弈、能源價格博弈、光伏指標(biāo)競爭等體制機(jī)制的自由。同時，理論設(shè)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(fù)荷的風(fēng)險。進(jìn)而，上述任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，能源互聯(lián)網(wǎng)多主體之間的博弈將失衡，就會導(dǎo)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(wǎng)技術(shù)優(yōu)化到實際落地的體制機(jī)制，企業(yè)層面則要深度把握放管服、新電改、電力現(xiàn)貨市場、碳市場等能源市場機(jī)制向好趨勢;因地制宜，要充分基于項目地資源稟賦、負(fù)荷特征及體制機(jī)制，做好能源互聯(lián)網(wǎng)落地前的頂層規(guī)劃和市場設(shè)計，才能推動能源互聯(lián)網(wǎng)項目的健康落地。
積極倡導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與，共筑能源互聯(lián)網(wǎng)共建共贏的創(chuàng)新沃土。
“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”是能源互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)方針。能源互聯(lián)網(wǎng)作為能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形態(tài)，能源互聯(lián)網(wǎng)具有集中式與分散式的架構(gòu)特征，相關(guān)運(yùn)營技術(shù)、商業(yè)模式還處于探索發(fā)展階段。
因此，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)不光是國有企業(yè)或“重資產(chǎn)”的壟斷，也有“輕資產(chǎn)”和民營企業(yè)的積極參與，要辯證好物理層重資產(chǎn)和信息層數(shù)據(jù)增值服務(wù)的價值關(guān)系;同時，能源互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)各有價值所在。
因此，需要解放思想，充分理解“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”理念，探索多元化、面向用戶對象的能源互聯(lián)網(wǎng)場景范式及商業(yè)模式，創(chuàng)新能源互聯(lián)網(wǎng)“產(chǎn)學(xué)研用政金”共建共贏生態(tài)，積極鼓勵和倡導(dǎo)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(jìn)而搭建能源互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的健康生態(tài)。
抓好能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的集成優(yōu)化，釋放不同行業(yè)技術(shù)跨界融合潛能。
能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵與外延，涉及眾多能源獲取、傳輸、轉(zhuǎn)化、存儲與消費(fèi)等相關(guān)技術(shù)的融合與交叉。
因此，首先要充分認(rèn)識能源互聯(lián)網(wǎng)中不同能源設(shè)備的運(yùn)行機(jī)制、能效水平及營運(yùn)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(dāng)、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(wǎng)各設(shè)備的運(yùn)行約束，堅持集中式與分布式相結(jié)合，堅持設(shè)備容量、臺數(shù)和運(yùn)行策略的協(xié)調(diào)優(yōu)化，做好多種異質(zhì)能源與多類消費(fèi)的多能互補(bǔ)、梯級利用、網(wǎng)絡(luò)耦合、多元互動。
最后，應(yīng)基于多目標(biāo)、多屬性的全局優(yōu)化及綜合評價方法，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，系統(tǒng)做好能源互聯(lián)網(wǎng)項目的頂層設(shè)計，進(jìn)而讓理論成果盡可能地真正應(yīng)用到實際工程的設(shè)計和運(yùn)行，避免設(shè)備利用率低和不能靈活調(diào)度的詬病，進(jìn)而充分釋放能源互聯(lián)網(wǎng)各元素“1+1+……+1>N”的優(yōu)化潛力，真正提升能源互聯(lián)網(wǎng)的能量-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會效益。
以能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)維平臺為抓手，服務(wù)能源互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計與運(yùn)維。
各能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身業(yè)務(wù)板塊，切實掌握能源互聯(lián)網(wǎng)及綜合能源用戶的需求，進(jìn)而以能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)維平臺為抓手，通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)能源系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲”各環(huán)節(jié)能量流的貫通，打造信息物理“軟實力”，增強(qiáng)多主體用戶的互動粘性。
應(yīng)切實做好能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)維平臺“分析、挖掘、調(diào)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(chǔ)上，結(jié)合大數(shù)據(jù)的相關(guān)分析技術(shù)，優(yōu)選感知和操控變量，避免所有數(shù)據(jù)的冗余感知帶來的計算代價。
其次，也應(yīng)創(chuàng)新冷熱電氣等能源系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化能源樞紐快速建模方法、短中長期負(fù)荷預(yù)測與功率預(yù)測技術(shù)、系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化調(diào)控方法及策略和邊緣計算技術(shù)。
最后，合理構(gòu)建基于集中式與分布式的能源系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)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(bǔ)集成優(yōu)化系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)能源的數(shù)字化價值。
加快能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的報批與制定，指導(dǎo)項目的規(guī)范設(shè)計與運(yùn)行。
能源互聯(lián)網(wǎng)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(cè)響應(yīng)、電力現(xiàn)貨市場”等等。
因此，不僅需要統(tǒng)一的表達(dá)方法，如名詞術(shù)語、圖形符號、單位及其文字符號等，去規(guī)范能源互聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù)，也需要嚴(yán)謹(jǐn)清晰描述“源網(wǎng)荷儲”的能量設(shè)備及技術(shù)的計算方法和準(zhǔn)入條件，還需要系統(tǒng)層次的設(shè)計規(guī)范、路徑接口及評價指標(biāo)等，才能更好推動能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模化可持續(xù)發(fā)展。
國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會和國家能源局非常關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，截止目前，能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)申報涵蓋基礎(chǔ)通用、系統(tǒng)平臺、規(guī)劃設(shè)計、運(yùn)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(zhǔn)數(shù)量還不能有力支撐能源互聯(lián)網(wǎng)工程的建設(shè)。因此，應(yīng)重視標(biāo)準(zhǔn)制定工作組的知識體系構(gòu)成、編制效率和質(zhì)量、編制門類多樣競爭，進(jìn)一步加強(qiáng)能源互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作效率，更好地服務(wù)能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范設(shè)計與運(yùn)行。
積極完善能源互聯(lián)網(wǎng)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(yùn)行過程能源流將產(chǎn)生海量的信息流，因此，能源互聯(lián)網(wǎng)可以看做是用信息的“負(fù)熵流”去改造、降低能源流的“正熵增”。
進(jìn)而，如何構(gòu)建以能源互聯(lián)網(wǎng)的評價及優(yōu)化體系，并科學(xué)量化能源互聯(lián)網(wǎng)信息物理融合下不同環(huán)節(jié)的“信息熵”對“熱力學(xué)熵”的改進(jìn)優(yōu)化程度，進(jìn)而繪制能源互聯(lián)網(wǎng)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(yùn)行狀態(tài)圖等，進(jìn)而逐級精細(xì)、分塊分層挖掘和展示能源互聯(lián)網(wǎng)熵增熵減的環(huán)節(jié)及潛力，從而避免現(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)能源管控系統(tǒng)能效指標(biāo)停留在能量“數(shù)量”層次的問題，以及系統(tǒng)調(diào)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(zhǔn)地搭建信息物理融合系統(tǒng)，優(yōu)化能源系統(tǒng)架構(gòu)及指導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)項目的運(yùn)行調(diào)度，將對能源互聯(lián)網(wǎng)的全局優(yōu)化、動態(tài)調(diào)度起到重要作用。
創(chuàng)新能源與信息融合的應(yīng)用新模式，優(yōu)化能源數(shù)字化手段及能效模式。
能源互聯(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)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(qū)動信息化設(shè)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(wǎng)“源荷互動”需要以及能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)向數(shù)字經(jīng)濟(jì)下其它行業(yè)的快速融合，承載信息流計算及挖掘的數(shù)據(jù)中心、基站、CPU、能量路由器等等設(shè)備的數(shù)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(wǎng)發(fā)展過程中，物理系統(tǒng)的高效感知、傳輸、挖掘、交易的數(shù)字化手段、設(shè)備及其能源供應(yīng)模式，以盡可能地降低數(shù)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(wǎng)總能效的提升。
圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)的仰望星空與腳踏實地
“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”的建設(shè)，就是信息流改造能源流的過程，也是一個多學(xué)科深度交叉融合的過程。過去幾年來，我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的百花齊放的初級階段，已經(jīng)給我們積累了能源互聯(lián)網(wǎng)先行先試的豐富經(jīng)驗。
仰望星空，看未來已來;士不可不弘毅，應(yīng)腳踏實地。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院成立5周年，也為能源互聯(lián)網(wǎng)迷霧中的砥礪前行的從業(yè)者提供一點參考。
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