打破能源系统壁垒 能源互联网助力能源自由

编者按

“互联网+”智慧能源，即“能源互联网”是近几年能源行业不断探索的领域。今年4月底，入选国家能源局首批能源互联网示范项目迎来“验收大考”。截至目前，验收工作尚未结束，各能源互联网项目有经验，有波折，在技术和落地项目上各有特色，依然在探索中前行。本报将持续关注能源互联网发展，并调研相关项目的进展情况。

人类的能源利用历史可以追溯到100多万年前的钻木取火，而化石能源的大规模利用却是从17世纪末发明蒸汽机以后才开始的。以当前的能源消耗速度，全球化石能源最多只能维持两三百年。在人类利用能源的历史长河中，五六百年的化石能源史仅是沧海一粟，在可预见的未来，可再生能源可能会替代化石能源开启人类能源史的新篇章。反观目前的能源系统，人类社会对化石能源的过度依赖衍生出了集中式的能源管理体系，使其具有天然的垄断性和利益的独占性。构建用户主导的以绿色低碳清洁能源为载体的自下而上的分布式能源体系，实现各种能源形式的区域绿色生产、转换和消纳，有望实现能源产业模式的升级。

“自能源”终端枢纽打破能源系统壁垒

能源枢纽是实现能源互联网的基础，通过打造能源枢纽可以实现电力网络、供热网络和天然气网络之间能源流、信息流和业务流的转换与对接。然而，考虑到能源转换设备效率对能源利用率的影响、跨网信息交互技术以及全网信息公开造成的信息安全问题、能源交易机制不同带来的系统优化问题、不同能源时空尺度差异导致的能源调度问题和结算体制不同引起的利益分配问题等，由传统能源企业资源、利益的高度集中产生的电-热-气网间壁垒短期难以有效打破，在能源网侧建立能源枢纽实现多种能源转换短期难以大规模推行。

由终端用户主导的“自媒体”的爆发导致了互联网行业的跨越式发展，产生了很多新的业态，这一成功案例也可以推广到能源互联网行业。在能源互联网发展初期，我们可以主动将多能源互联节点下沉到用户端，在终端实现多种能源的转换，这类具有能源枢纽特点的能源终端被定义为“自能源”。自能源作为能源互联网的能源终端，是由多种能源耦合而成的小型能源自治区域，具有全双工、分布式、对等化和智能化的重要特性。以终端枢纽打破不同能源系统壁垒，首先要在研究自能源的优化控制方法和智能算法的基础上，融合能源路由技术、多能源存储技术、多能源转换技术，从能源互联网边缘实现多种能源的枢纽和互联。然后自能源根据自身能源需求，优化调度内部设备的能源输出，从而达到自能源体的经济运行。

开放平台提升能源终端分配效率

纵观互联网的发展历程，之所以能出现爆发式增长与群众广泛参与、平台开放便捷是密不可分的，这种自下而上的互动结构极大地增加了用户的参与感和积极性。有鉴于此，在建设能源互联网过程中需要提供一个能够实现众多能源供应商和终端能源用户主动便捷参与的能源交易互动平台，由传统的“B2C”能源销售模式转型为“B2C-C2C”混合交易模式，将能源交易平台塑造成为能源界的“阿里巴巴”。能源交易平台不仅可以为能源终端提供低价、优质的能源商品，同时，针对不同的能源供需情况和源荷储特性为参与者提供个性化、定制化的服务，参与者可以在平台上自由进行不同形式的能源跨时空交易，从而实现能源的高效利用与良性互动。

正如电商通过互联网将生产厂家与消费者直面一样，自能源通过平台与区域内其他自能源及能源供应商进行匹配，从而实现能源供应与需求的面对面，能有效减少能源传输交易环节，降低能源交换成本。自能源作为能源互联网的草根阶层，是参与能源交易平台的主力军，通过参与能源交易充分优化能源市场环境，促进绿色能源高效利用，最大程度地实现能源资源的合理配置。

以群体共享促进能源产业模式升级

以低碳绿色为方向、以资源共享为目标的能源技术革命是促进能源产业由垄断模式转型为良性竞争模式的关键。在构建了终端能源枢纽以及能源交易互动平台的基础上，在资源共享的产业模式下，自能源体可以通过能源互联网平台获得优质低价甚至部分免费的信息、计算资源、知识、服务以及能源本身。可以预期的是，这是一场能源供应商、终端自能源体、能源网络运营商、能源交易平台之间的非零和博弈，广大能源终端用户的参与热情一旦被激发，能源市场的规模将在一定时期内呈现指数级增长，最终形成一场全民参与的能源转型升级盛宴，达成所有参与者的多赢格局。在这种扁平化的能源供需结构下，通过资源共享，辅以5G通讯、大数据挖掘、人工智能、物联网、云-边协同等先进技术，实现能源数据的复制复用和能源知识的智能处理分析。基于可再生能源边际成本递减的特性，利用储能协同控制技术、能源共享协议等实现能源的错时复用共享，以错时复用的形式最大化可再生能源的利用率，使得能源可以像信息一样复制共享，实现能源的有效共享。

随着各能源系统之间的壁垒逐渐消除，能源交易平台的日臻完善，能源互联网的未来愿景将日益清晰。而自下而上的改革，也更有利于能源互联网示范工程的落地。在未来的某一天，每个人都能使用到智能、廉价且绿色的能源。我们可以假想一个普通上班族的一天：在清晨准备上班时，通过能源共享协议，电动汽车借用了昨夜邻居风力发电多余电量将电池充满，而在白天屋顶的光伏发电将借用电量按照协议还给了邻居，同时通过智能终端将剩余的光伏发电量以竞价模式在能源交易平台上出售；在公司上班过程中，停车场根据每辆汽车预定的离开时间以及电池共享协议，在满足离开时最少电量要求的前提下，对连接充电桩的电动汽车储能电池进行充放电规划，从而实现通过能源网络的削峰填谷收益实现电动汽车免费充电并获益；晚上回到家中，调用白天通过光伏发电为区域共享储能设备存储的电量来满足夜间用电需求。这样在一天结束时，我们享用到了无碳排、零费用且全时段的能源供给。

历史经验告诉我们，在互联网时代，得用户者得天下。通过推行终端能源枢纽、构建能源开放平台、建立能源共享互动交易模式，激发终端用户参与能源互联网的热情，推动能源互联网自下而上的快速发展，不久的将来，我们所描绘的未来自由能源愿景有望实现。（孙秋野 　作者系东北大学信息科学与工程学院副院长、中国自动化学会能源互联网专委会秘书长）