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国家电网:能源互联网
点击数: 发布时间:2021-11-15

能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。


概念简介

美国学者杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)于2011年在其著作《第三次工业革命》中预言,以新能源技术和信息技术的深入结合为特征,一种新的能源利用体系即将出现,他将他所设想的这一新的能源体系命名为能源互联网(Energy Internet)。杰里米·里夫金认为,“基于可再生能源的、分布式、开放共享的网络,即能源互联网”。随后,随着中国政府的重视,杰里米·里夫金及其能源互联网概念在中国得到了广泛传播。2014年,中国提出了能源生产与消费革命的长期战略,并以电力系统为核心试图主导全球能源互联网的布局。2016年3月全球能源互联网发展合作组织成立,由国家电网独家发起成立,是中国在能源领域发起成立的首个国际组织,也是全球能源互联网的首个合作、协调组织。 

物联是基础: “能源互联网”用先进的传感器、控制和软件应用程序,将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来,形成了能源互联网的“物联基础”。大数据分析、机器学习和预测是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑:能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等,进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习,打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率,需求和供应将可以进行随时的动态调整。

近一年来,伴随着美国未来学家里夫金《第三次工业革命》一书的出版,能源互联网领域的概念在国内逐渐被炒热。多次往返于中美之间的里夫金在他的新书中阐述了这样一种观点,在经历第一次工业革命和第二次工业革命之后,“第三次工业革命”将是互联网对能源行业带来的冲击。即把互联网技术与可再生能源相结合,在能源开采、配送和利用上从传统的集中式转变为智能化的分散式,从而将全球的电网变为能源共享网络。 

“能源互联网”将有助于形成一个巨大的“能源资产市场” (Market place),实现能源资产的全生命周期管理,通过这个“市场”可有效整合产业链上下游各方,形成供需互动和交易,也可以让更多的低风险资本进入能源投资开发领域,并有效控制新能源投资的风险。

“能源互联网”还将实时匹配供需信息,整合分散需求,形成能源交易和需求响应。当每一个家庭都变成能源的消费者和供应者的时候,无时无刻不在交易电力,比如屋顶分布式光伏电站发电、当为电动汽车充放电的时候。 


国内发展进程

2015年09月26日,中国国家主席习近平纽约联合国总部出席联合国发展峰会,发表题为《谋共同永续发展 做合作共赢伙伴》的重要讲话。在讲话上,习近平宣布:中国倡议探讨构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。 

2016年2月,国家发展改革委、国家能源局、工业和信息化部联合制定的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》29日发布。《意见》提出,能源互联网建设近中期将分为两个阶段推进,先期开展试点示范,后续进行推广应用,并明确了10大重点任务。 《意见》明确了能源互联网建设目标:2016-2018年,着力推进能源互联网试点示范工作,建成一批不同类型、不同规模的试点示范项目。2019-2025年,着力推进能源互联网多元化、规模化发展,初步建成能源互联网产业体系,形成较为完备的技术及标准体系并推动实现国际化。

2017年9月26日,在全球能源互联网推动下,中国与周边国家能源互联互通初具规模。 费志荣表示,下一步,中国将稳步推进国内能源互联网建设,优化电网布局,提高国内能源资源优化配置能力。加快能源互联网示范项目建设,积极研究提出配套政策措施,为能源互联网新模式、新业态发展预留充足发展空间。

2017年7月,为落实《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》(发改能源[2016]392号)和国务院第138次常务会议的部署,有效促进能源和信息深度融合,推动能源领域结构性改革,国家能源局以《国家能源局关于组织实施“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》(国能科技[2016]200号)公开组织申报“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目。

2017年8月,全国55个首批能源互联网示范项目已陆续开工,中国能源互联网进入实操阶段。


示范项目


2017年7月,国家能源局正式公布包括北京延庆能源互联网综合示范区、崇明能源互联网综合示范项目等在内的首批55个“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目,并要求首批示范项目原则上应于2017年8月底前开工,并于2018年底前建成。


其中城市能源互联网综合示范项目12个、园区能源互联网综合示范项目12个、其它及跨地区多能协同示范项目5个、基于电动汽车的能源互联网示范项目6个、基于灵活性资源的能源互联网示范项目2个、基于绿色能源灵活交易的能源互联网示范项目3个、基于行业融合的能源互联网示范项目4个、能源大数据与第三方服务示范项目8个、智能化能源基础设施示范项目3个。 


功能

能源是现代社会赖以生存和发展的基础. 为了应对能源危机, 各国积极研究新能源技术, 特别是太阳能, 风能,生物能等可再生能源. 可再生能源具有取之不竭,清洁环保等特点, 受到世界各国的高度重视.可再生能源存在地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和不可控等特点, 传统电力网络的集中统一的管理方式, 难于适应可再生能源大规模利用的要求. 对于可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集, 就地存储, 就地使用”.

但分布式发电并网并不能从根本上改变分布式发电在高渗透率情况下对上一级电网电能质量, 故障检测, 故障隔离的影响, 也难于实现可再生能源的最大化利用, 只有实现可再生能源发电信息的共享, 以信息流控制能量流, 实现可再生能源所发电能的高效传输与共享, 才能克服可再生能源不稳定的问题, 实现可再生能源的真正有效利用.

信息技术与可再生能源相结合的产物——能源互联网为解决可再生能源的有效利用问题, 提供了可行的技术方案. 与目前开展的智能电网, 分布式发电, 微电网研究相比, 能源互联网在概念, 技术, 方法上都有一定的独特之处. 因此, 研究能源互联网的特征及内涵, 探讨实现能源互联网的各种关键技术, 对于推动能源互联网的发展, 并逐步使传统电网向能源互联网演化, 具有重要理论意义和实用价值.

能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。从政府管理者视角来看,能源互联网是兼容传统电网的,可以充分、广泛和有效地利用分布式可再生能源的、满足用户多样化电力需求的一种新型能源体系结构;从运营者视角来看,能源互联网是能够与消费者互动的、存在竞争的一个能源消费市场,只有提高能源服务质量,才能赢得市场竞争;从消费者视角来看,能源互联网不仅具备传统电网所具备的供电功能,还为各类消费者提供了一个公共的能源交换与共享平台。


具备特征

能源互联网具备如下五大特征 :

可再生:可再生能源是能源互联网的主要能量供应来源。可再生能源发电具有间歇性、波动性,其大规模接入对电网的稳定性产生冲击,从而促使传统的能源网络转型为能源互联网。

分布式:由于可再生能源的分散特性,为了最大效率的收集和使用可再生能源,需要建立就地收集、存储和使用能源的网络,这些能源网络单个规模小,分布范围广,每个微型能源网络构成能源互联网的一个节点。

互联性:大范围分布式的微型能源网络并不能全部保证自给自足,需要联起来进行能量交换才能平衡能量的供给与需求。能源互联网关注将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来,而传统电网更关注如何将这些要素“接进来”。

开放性:能源互联网应该是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络,发电装置、储能装置和负载能够“即插即用”,只要符合互操作标准,这种接入是自主的,从能量交换的角度看没有一个网络节点比其它节点更重要。

智能化:能源互联网中能源的产生、传输、转换和使用都应该具备一定的智能。

能源互联网与其他形式的电力系统相比, 具有以下4 个关键技术特征 :

(1)可再生能源高渗透率:能源互联网中将接入大量各类分布式可再生能源发电系统, 在可再生能源高渗透率的环境下, 能源互联网的控制管理与传统电网之间存在很大不同, 需要研究由此带来的一系列新的科学与技术问题.

(2)非线性随机特性:分布式可再生能源是未来能源互联网的主体, 但可再生能源具有很大的不确定性和不可控性, 同时考虑实时电价, 运行模式变化, 用户侧响应, 负载变化等因素的随机特性, 能源互联网将呈现复杂的随机特性, 其控制, 优化和调度将面临更大挑战.

(3)多源大数据特性:能源互联网工作在高度信息化的环境中, 随着分布式电源并网, 储能及需求侧响应的实施, 包括气象信息, 用户用电特征, 储能状态等多种来源的海量信息. 而且, 随着高级量测技术的普及和应用, 能源互联网中具有量测功能的智能终端的数量将会大大增加, 所产生的数据量也将急剧增大.

(4)多尺度动态特性能源互联网是一个物质, 能量与信息深度耦合的系统, 是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域, 多层次关联, 包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统. 作为社会/信息/物理相互依存的超大规模复合网络, 与传统电网相比, 具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性, 呈现出复杂的, 不同尺度的动态特性.

美国著名经济学家杰里米·里夫金的第三次工业革命和能源互联网的提法最近引起广泛关注。杰里米·里夫金认为:“在即将到来的时代,我们将需要创建一个能源互联网,让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。多余的能源则可以与他人分享,就像我们现在在网络上分享信息一样。” 

能源互联网其实是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”,它以大电网为“主干网”,以微网为“局域网”,以开放对等的信息能源一体化架构,真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用,因此可以最大限度地适应新能源的接入。微网是能源互联网中的基本组成元素,通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳形成“局域网”。大电网在传输效率等方面仍然具有无法比拟的优势,将来仍然是能源互联网中的“主干网”。虽然电能源仅仅是能源的一种,但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势,未来能源基础设施在传输方面的主体必然还是电网,因此未来能源互联网基本上是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、单向的电网,转变成和更多的消费者互动的电网。

事实上,美国和欧洲早就有能源互联网的研究计划。2008年美国就在北卡州立大学建立了研究中心,希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统,在未来配电网层面实现能源互联网理念。效仿网络技术的核心路由器,他们提出了能源路由器的概念,并且进行了原型实现,利用电力电子技术实现对变压器的控制,路由器之间利用通信技术实现对等交互。德国在2008年也提出了E-Energy理念和能源互联网计划。


国际标准

2015年3月2日,国际标准化组织ISO/IEC正式发布文件,由天地互连主导的IEEE1888标准通过ISO/IEC最后一轮投票,成为全球能源互联网产业首个ISO/IEC国际标准。 

IEEE1888标准(或称IEEE 1888协议),正式名称为泛在绿色社区控制网络协议(IEEE 1888-2011-IEEE Standard for Ubiquitous Green Community Control Network Protocol  ),是利用互联网技术(支持IPv6,兼容IPv4)使所有传感数据和控制数据进行自由传输与交互的应用层面的通信协议。IEEE 1888标准的正式名称是“IEEE 1888-2011-IEEE Standard for Ubiquitous Green Community Control Network Protocol, 泛在绿色社区控制网络协议”,可广泛应用于智慧能源系统,包括下一代电力管理系统,楼宇能源系统、设备设施管理系统等领域的通信,特别在工业、建筑、园区等领域的能源管理方面,具有天然的优势。


能源互联网的最大挑战是什么?

看了一些五大发电集团的综合能源规划,发现大家解题思路都差不多,最后得到的是标准答案。
目标都是盯着园区,在园区里建“电、汽、冷、热、水”一体化的能源服务,以热电为基础,结合新能源,逐渐构建起微电网(运营调度+源网荷储),然后配套以轻资产的数据驱动服务业务,最后达到能源互联网的理想境界。
01 综合能源的双重战略悖论
可能做规划的人都是答题高手,可惜的是,这种解题和标准答案模式,是不太适合能源互联网战略规划的。
目前大型能源企业的综合能源战略,有两个悖论是值得我们思考的:
1、大家都一样的战略不成为战略
除了五大发电公司,国网南网、四小、乃至协鑫、新奥,大家的战略都差不多。
当战略都差不多时,问题就来了,企业战略必须体现特性,否则战略就不成为战略,只能叫“大家都这么干,我也要这么干,管他这么干对不对”的规划。
根据迈克尔波特理论,战略规划应该考虑三种类型:成本领先型、差异型、专一型。
现在大多数综合能源其实并不符合上面的任何一种。
做园区的多能互补+源网荷储,大家的投入成本都差不多,收益也类似,没有哪家成本绝对低。
方案大同小异,在品牌形象、技术特征、客户服务等方面没有绝对差别。
大家都是盯着大大小小的工业园、产业园去的,各自争夺优质项目,并没有体现出细分市场的专业性。
我认为目前的综合能源,只能算是一种业务,而无法真正上升到企业战略的高度。就像互联网,大家一开始都想做电商,以为把产品目录搬到互联网上就叫电商了,后来有了8848、易趣、当当、新蛋、淘宝、京东。当大家觉得淘宝模式和京东模式可能是电商的终极形态,冷不丁出来了拼多多。
你说电子商务都是一样的么?
2、园区不是客户
不少综合能源公司在规划里喊“客户导向”,但是并没有想明白的一点是,园区并不是客户,更不是用户。
客户,即Customer,是指为产品和服务付费的那个角色。园区自己并不会为“电、汽、冷、热、水”付费,或者说园区的公共能源消耗只是极少数,真正的付费主体是园区里的企业。
用户,即Comsumer,是指真正消费掉产品或者服务,并且实现价值属性转移或者增加的那个主体。
能源互联网和消费互联网很大的一个区别,在于消费互联网基本上是“客户用户一体”的(买的人一般是用的人),而能源互联网,客户和用户可能是分离的,即付费的不一定是使用的。
真正的价值是体现在使用环节,所以战略上应该是“用户导向”,或者是兼顾到客户和多个潜在用户的协调关系。
举个例子,商业建筑的节能服务有一个很难处理的问题,那就是业主拥有设备,但是不管电费;物业付对外电费(是客户),但是可能不太关心节能(因为电费是从租户那里收的,用的多少和物业没关系);租户(是用户)用电并付内部电费给物业,但是节能价值其实只占每个租户极少的部分,无法形成整体议价力。
这里客户和用户的分离,就导致一些节能项目推进迟缓。
园区不是用户,而发电集团、电网公司为什么盯着园区呢?因为本质上说搞定园区比搞定客户或者用户要容易得多,真正的能源客户和用户太分散,以大型能源企业的市场、营销、服务和管理能力,很难大面积触达,所以园区综合能源成为热点,其本质是大型能源企业的路径依赖,而不是一种市场价值的必然。
02 用户价值导向,是场景驱动的能源服务
1、真正的To B能源服务,解决最后100米
园区综合能源服务不是不行,而是它解决的是能源最后1000米的问题,但它还是To G的业务,这个G就是园区管委会,而不是真正意义的To B的业务。
再往下,解决最后100米的问题,才是真正用户导向的,To B的能源服务,这才是战略的核心所在。
其实两网和五大四小都有点回避这个“最后100米”,或者只抓最大的,最高价值的那些B客户,比如医院、特大型公建。
真正的,具有普遍市场价值,以及战略意义的那个“最后100米”,其实是场景导向的,而不是投资导向的,所以在战略上将呈现出完全不同的景象。
没有一家企业敢夸口说我要做“综合食品服务”,海底捞只是把“川味火锅”这一个场景吃到极致,就已经造就一个伟大的企业,海底捞是做食品最后100米的企业。
在真正的能源最后100米里,有多少海底捞这样的场景存在,我不知道,但是十万亿级别的客户侧存量能源资产,每年6万亿度以上的工商业用电量,足够支持很多海底捞的存在了。
2、场景驱动的综合能源服务,是战略的专一化
按照战略规划的理论,综合能源服务可能更适合的是专一化战略,这个专一化就是场景化驱动。
很多人觉得“源网荷储+多能互补”,就是综合能源了。其实这个见解也对,也不对。
就像我们看电商,好像淘宝、拼多多、京东都差不多。
但是细分一下,其实上面三家是完全不同的业态,每一家的平台上都跑了很多很多细分的场景。
根据阿里的说法,阿里的中台上,联接了上万的电商业务场景。我认为这也是阿里的中台之所以能成为中台的原因——只有海量的场景,才会抽象出真正有分量的中台化组件,这个值得我们单独写篇文章探讨。
能源互联网的场景,比消费互联网只多不少。
消费互联网有一个特点,叫做“少场景,大流量”,生活服务的细分场景并不多,但是每一个细分场景都可以快速聚合几千万上亿的流量。比如外卖、共享单车、共享网约车、乃至今天的老罗直播带货(吴晓波老师虽然直播卖奶粉失败了,但是吴老师的流量还是很高的,只不过需要总结流量变现的方法)。
能源互联网的特点和消费互联网恰恰相反,叫做“大场景,小流量”,由于工商业企业生产和管理运营的特性千差万别,导致能源服务的场景是海量的,但是每个场景能聚集的流量是少数。
比如看上去很通俗的“配电运维”,其实是一个不断“分叉”的海量细分场景集合。北上广CBD核心区的高端写字楼配电运维,和大型数据中心配电运维是不一样的,一家木材加工企业的高粉尘环境开关柜运维,和一个芯片厂的高端断路器运维,几乎是两个世界的事情。
这还是在电力人看来最简单、技术含量远低于汽机、锅炉、厂用电、主变的用户侧配电运维这个业务,如果深入到客户一线,去了解他们对源网荷储的需求,将会发现更加海量多样化的服务世界。
3、多样化与分叉的能源服务,需要能源互联网战略
因为这种多样化与不断分叉,不断细化的能源服务场景,决定了不可能用能源行业原有的“集中式管理+集约化投资”的管理与运营模式。
我认为这是所有大型能源企业真正跨进“最后100米”时,必然面对的事情。这样的事情在售电业务领域中已经出现了。
这时才需要真正的能源互联网战略,做什么?怎么做?
能源中台当然是需要的,大数据也是需要的,但是有个前提,那就是必然需要采取不一样的组织模式,否则只能停留在“最后1000米”而已。
至于什么样的组织模式,我个人认为互联网的“大中台+小前台+生态圈”,或者是海尔的“人单合一”组织变革,都是值得借鉴和思考的。
本质上,能源互联网是一种“第四次工业革命范式”,没有组织变革,不可能适应能源革命的需求,这恰恰是综合能源战略里最难的那点,也是目前为止所有大型能源企业在战略规划里刻意回避的。
或者,另一种可能就是,大型能源企业只能停留在“最后1000米”,最后100米,最后10米的,是新业态的能源服务企业的天下。
就像全聚德做不了最后100米的餐饮服务(最近新闻是巨亏),而海底捞才是适合这个场景的新物种。
我认为这才是真正意义的能源互联网战略思考。
最后说一个有趣的事情,事物之间既有类似性,也存在大量的差异,这种现象在混沌理论里称为“分叉”或者“分形理论”。

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在能源互联网战略的混沌里,其实也隐藏着这样的创新分叉与价值吸引子。

拓展阅读

或许20年后,互联网将像冲击传统商业一样,对传统能源行业重新洗牌,出现全新的能源生产和消费的产业组织模式——互联网能源

互联网能源是从客户的角度出发构建的能源生产消费模式,是去垄断,去中心化的“无中心网络” 

传统能源体系里,自家屋顶太阳能发的电用不完只能卖给电网,未来互联网能源中则可能跳过中间环节,直接交易

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