能源互聯(lián)網(wǎng)作為本次能源革命排頭兵，能源互聯(lián)網(wǎng)及其業(yè)態(tài)的發(fā)展成為引領(lǐng)我國能源轉(zhuǎn)型的風(fēng)向標(biāo)。但業(yè)界對能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵外延的詮釋仍不一而足，能源互聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入點(diǎn)面結(jié)合的先行先試階段。能源互聯(lián)網(wǎng)科學(xué)研究和項(xiàng)目建設(shè)的成效則需及時(shí)梳理，以總結(jié)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好勢頭，看清能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展遇到的困難。
進(jìn)而，本文從能源互聯(lián)網(wǎng)的物理層定義、信息層的信息物理融合以及應(yīng)用層的示范工程建設(shè)等幾方面，審視了當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應(yīng)”與“冷思考”，得出如下觀點(diǎn)：
1）應(yīng)因地制宜、因時(shí)制宜看待能源互聯(lián)網(wǎng)以電為核心、集成冷、熱、電、氣的相對定義，能源互聯(lián)網(wǎng)體現(xiàn)著不同異質(zhì)能源的多能互補(bǔ)與綜合利用，也在于借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還原“能源”的商品屬性；
2）熵的角度看，當(dāng)信息物理融合系統(tǒng)的能量流與信息流實(shí)現(xiàn)高度融合且物理空間邊界不斷擴(kuò)大，其將與能源互聯(lián)網(wǎng)收斂到統(tǒng)一，形成具備自我“新陳代謝”的能源生態(tài)；
3）首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的建設(shè)在能源技術(shù)、模式、機(jī)制等方面實(shí)現(xiàn)新突破，但仍需加強(qiáng)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的集成優(yōu)化、深化能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理融合、重視政府對能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的落地協(xié)調(diào)作用、加快能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、倡導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與多元化市場機(jī)制。
01、引言
對能源系統(tǒng)的優(yōu)化，關(guān)系到人類社會(huì)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。能源互聯(lián)網(wǎng)（Energy internet，EI）作為本次能源革命的排頭兵，其發(fā)展態(tài)勢成為引領(lǐng)我國能源轉(zhuǎn)型的風(fēng)向標(biāo)。一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)提倡源側(cè)分散式可再生能源的大規(guī)模接入，統(tǒng)籌用戶側(cè)能源產(chǎn)消者，實(shí)現(xiàn)能源的雙向流動(dòng)與開源創(chuàng)造；另一方面，通過能源“硬技術(shù)”突破和“軟機(jī)制”設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)全生命周期的“能效提升”。最終，基于“共建、共享、共治、共贏”理念，能源互聯(lián)網(wǎng)通過打破遍及能源系統(tǒng)物理層、信息層和應(yīng)用層“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”的各環(huán)節(jié)，以及在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、優(yōu)化和市場等鏈條中的“泛在之墻”，實(shí)現(xiàn)能量流、信息流、價(jià)值流的互聯(lián)互通和高度融合。
根據(jù)我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展路線，2016~2018年為著力推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)試點(diǎn)示范的先行先試階段。同時(shí)，2019年3月，我國首本《能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書2018》發(fā)布，從國家層面系統(tǒng)梳理我國能源互聯(lián)網(wǎng)的評價(jià)指標(biāo)體系以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀；2019年6月，我國首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目也進(jìn)行了第一輪驗(yàn)收，部分項(xiàng)目在技術(shù)和機(jī)制層面可圈可點(diǎn)；2019年國家自然科學(xué)基金中也在電工學(xué)科的電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域中突出了“能源互聯(lián)網(wǎng)”及其相關(guān)方向的科學(xué)研究；全國能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)的數(shù)量已由2014年的3667家猛增到2018年的24651家；2018年，全國共計(jì)近300支能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)股票的總市值超過3萬億元。
可見，能源互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和科學(xué)研究還處于快速發(fā)展和不斷完善之中，能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)及機(jī)制成熟度體現(xiàn)在能源系統(tǒng)元素及實(shí)體的各方面。因此，本文立足我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新態(tài)勢，圍繞能源互聯(lián)網(wǎng)及其示范工程中物理層、信息層和應(yīng)用層的建設(shè)內(nèi)容，一方面，總結(jié)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好勢頭、做好能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應(yīng)”；另一方面，看清能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展遇到的困難、提供能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中的“冷思考”。以期為我國乃至國際能源互聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展厘清思路、提供參考。
02、能源互聯(lián)網(wǎng)：以電為核心，集成冷、熱、氣等能源，強(qiáng)調(diào)構(gòu)建“共享”的能源生態(tài)網(wǎng)絡(luò)
能源互聯(lián)網(wǎng)是能源系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的高級形態(tài)，也可以說，能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)思維理念和技術(shù)與能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源系統(tǒng)和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)。
2.1 能源互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)定義
能源互聯(lián)網(wǎng)包容性強(qiáng)、覆蓋面廣、業(yè)態(tài)多樣，當(dāng)前業(yè)界對能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵和外延的詮釋，不一而足。如：
1）《T/CEC 01.1-2016 能源互聯(lián)網(wǎng) 第1部分：總則》：能源互聯(lián)網(wǎng)，以電能為核心，集成熱、冷、燃?xì)獾饶茉?，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，深度融合能源系統(tǒng)與信息通訊系統(tǒng)，協(xié)調(diào)多能源的生產(chǎn)、傳輸、分配、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、消費(fèi)及交易，具有高效、清潔、低碳、安全特征的開放式的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；
2）《關(guān)于推薦“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見（發(fā)改能源[2016]392號(hào)）》：“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（簡稱能源互聯(lián)網(wǎng)）是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征；
3）清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院：能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心與紐帶，構(gòu)建多種類型能源的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用互聯(lián)網(wǎng)思維與技術(shù)改造能源行業(yè)，實(shí)現(xiàn)橫向多源互補(bǔ)，縱向源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)，能源與信息高度融合的新型（生態(tài)化）能源體系。
不難看出，能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于某種客觀具象的單一能源實(shí)體，某種情況下，為便于理解，與其說“能源互聯(lián)網(wǎng)”是一個(gè)技術(shù)，還不如說“能源互聯(lián)網(wǎng)”是倡導(dǎo)一種理念，一種集大成者。
2.2 能源互聯(lián)網(wǎng)的三大特征
盡管上述能源互聯(lián)網(wǎng)的概念表述不一，但筆者認(rèn)為，上述表述均突出了互聯(lián)網(wǎng)的三大基本特征：
1）物理實(shí)體上，強(qiáng)調(diào)了以電為核心，集成冷、熱、氣等能源，實(shí)現(xiàn)異質(zhì)能量流的多能互補(bǔ)與綜合利用；
2）信息物理融合上，更加強(qiáng)調(diào)了借助“互聯(lián)網(wǎng)”的系統(tǒng)化思維和信息化手段，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的全景感知、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與智慧運(yùn)行；
3）應(yīng)用價(jià)值實(shí)現(xiàn)上，強(qiáng)調(diào)了集中式能源與分布式能源的協(xié)調(diào)共生，相關(guān)市場交易機(jī)制可遍及能源系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行、市場等環(huán)節(jié)，通過“共享”理念，還原能源的商品屬性，重塑能源系統(tǒng)生產(chǎn)關(guān)系的新生態(tài)。上述特征，可以通過能源互聯(lián)網(wǎng)的“三橫四縱”概念框架進(jìn)行通俗闡釋，即：
“橫向：物理流-信息流-價(jià)值流的三流合一”；
“縱向：源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)的四環(huán)協(xié)同”。
也就是說，通過信息物理深度融合和市場機(jī)制靈活設(shè)計(jì)，能源互聯(lián)網(wǎng)追求突破物理層、信息層和應(yīng)用層藩籬的深度交互，實(shí)現(xiàn)“三流合一”；通過協(xié)同設(shè)計(jì)、統(tǒng)一規(guī)劃和集成優(yōu)化，能源互聯(lián)網(wǎng)追求打破“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)條塊分割的壁壘，實(shí)現(xiàn)“四環(huán)協(xié)同”?！叭骱弦弧迸c“四環(huán)協(xié)同”的架構(gòu)方式，將借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維及實(shí)現(xiàn)方式，可能實(shí)現(xiàn)各方不同主題能源流的充分“共享”，實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。
2.3 能源互聯(lián)網(wǎng)的破墻之說
能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的具備“共享”特征的能源生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，將打破能源系統(tǒng)的“泛在之墻”，使能源系統(tǒng)的各元素及參與者直接見面，減少“各方位能源和信息的不通暢”[1]。如:
行業(yè)之墻：不同傳統(tǒng)能源冷、熱、電、氣行業(yè)之間的交流壁壘，遍及能量的獲取、轉(zhuǎn)換與傳輸、使用等環(huán)節(jié)；
時(shí)間之墻：能量獲取端能源的波動(dòng)性和周期性與能量使用端用戶負(fù)荷特征的不匹配性，也包括能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中能量的延遲特性；
空間之墻：能量使用端的負(fù)荷分布與能量獲取端能量的資源稟賦之間的不匹配性；
環(huán)節(jié)之墻：能量“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)存在的物理-信息-價(jià)值的同步規(guī)劃與設(shè)計(jì)壁壘，阻礙能量使用與消費(fèi)過程的全鏈條與全生命周期優(yōu)化；
系統(tǒng)之墻：局部能量系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)化時(shí)，局部系統(tǒng)之間未能互聯(lián)互通，導(dǎo)致未能實(shí)現(xiàn)多能源系統(tǒng)的全局優(yōu)化與多目標(biāo)優(yōu)化；
機(jī)制之墻：能量使用各環(huán)節(jié)、各行業(yè)之間缺乏的合理機(jī)制，如“共建、共享、共治、共贏”理念、分布式能源中“能價(jià)機(jī)制”有待完善。
最終，能量獲取端，倡導(dǎo)基于能量品位及時(shí)空特性的異質(zhì)能源之間的多能互補(bǔ)；能量轉(zhuǎn)換與傳輸端，倡導(dǎo)基于能量梯級利用的能量高效轉(zhuǎn)化與傳輸和儲(chǔ)能的集成優(yōu)化；能量使用端，倡導(dǎo)基于需求側(cè)響應(yīng)與管理的能的綜合利用與靈活調(diào)控。
圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)“破墻說”示意
03、能源互聯(lián)網(wǎng)物理層：以電為核心的“熱響應(yīng)”與“冷思考”
“能源互聯(lián)網(wǎng)為何以電能為核心，而不是以“熱能（冷能）為核心”成為能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)施過程中常遇到的疑問，特別是剛接觸能源互聯(lián)網(wǎng)概念，來自“工程熱物理與動(dòng)力工程學(xué)科”或“供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程”學(xué)科，從事供暖、制冷的學(xué)者和技術(shù)人員常會(huì)如此發(fā)問，究其原因，筆者認(rèn)為：
3.1 能源互聯(lián)網(wǎng)：以電為核心，集成冷、熱、氣等能源
1）“以電能為核心，集成冷、熱、氣等能源”，該表述是一個(gè)并非具有絕對數(shù)量指標(biāo)的泛指，而是注重“電”、“熱（冷）”、“氣”在不同應(yīng)用情景下的靈活集成?？v觀世界能源發(fā)展史，正是一個(gè)“電”、“熱（冷）”、“氣”多學(xué)科不斷趨向融合的發(fā)展史，這正是能源互聯(lián)網(wǎng)的物理基礎(chǔ)——多能互補(bǔ)綜合能源系統(tǒng)的核心所在。實(shí)際上，能源互聯(lián)網(wǎng)并不是一個(gè)全新的概念，而是伴隨工業(yè)革命的發(fā)展以及人類對能源系統(tǒng)的特征需求逐步發(fā)展而來的，比如，能源互聯(lián)網(wǎng)是能源集中式利用向能源分布式與集中式混合利用的轉(zhuǎn)變趨勢，是高度電氣化、低碳化和智能化的能源系統(tǒng)形態(tài)。再如其他能源學(xué)科其實(shí)很早提出了如“區(qū)域能源”、“集中供熱”之類的概念，除了基于能的冷、熱、電聯(lián)供技術(shù)外，也在通過信息化、數(shù)據(jù)化以及互聯(lián)網(wǎng)等手段實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的智慧化與最優(yōu)化。
2）從能的特性角度，“冷、熱、電”一般都屬于二次能源，但各自的能源特性卻差異明顯。一方面，電氣化對世界能源轉(zhuǎn)型起到了重要的作用，“人均生活用電”是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)，而這是由電能所具有的“小慣性”、“易傳輸”、“好轉(zhuǎn)化”特征決定的，世界范圍內(nèi)也構(gòu)建了基于電力長距離傳輸?shù)妮斉潆娋W(wǎng)體系，我國“智能電網(wǎng)”以及“微電網(wǎng)”的建設(shè)也進(jìn)入“能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代”。即相對于“冷”、“熱”、“氣”等慣性比較大的能源載體，電能的慣性小、響應(yīng)快、便于傳輸，且容易轉(zhuǎn)換成冷、熱等能源形態(tài)；另一方面，冷/熱的使用，可以間接通過電能的使用來量化。如“冷”、“熱”、“氣”等能源的傳輸與轉(zhuǎn)化，多依靠的是泵、風(fēng)機(jī)等耗電設(shè)備或鍋爐、空調(diào)、熱泵等熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備。進(jìn)而，可以間接通過電能的耗損以及設(shè)備的性能（如泵的機(jī)械效率、鍋爐熱效率、空調(diào)制冷系統(tǒng)等）折算出“冷”、“熱”、“氣”的消耗量。
3）從綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，圖2所示，如以第一次能源危機(jī)為起點(diǎn)，綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展大致可分為四個(gè)階段：孕育階段（1970-1997）、概念階段（1998-2006）、起航階段（2007-2015）、升華階段（2016-至今）。對綜合能源系統(tǒng)的不同發(fā)展階段，雖然不同能源利用技術(shù)交叉并存，但又有所側(cè)重。因此，筆者認(rèn)為，能源互聯(lián)網(wǎng)孕育階段——以基于能的梯級利用的天然氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)為代表，概念階段——以基于能的因地制宜的分布式能源系統(tǒng)為代表，起航階段——以基于能的多能互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)為代表，升華階段——以基于能的互聯(lián)互濟(jì)的能源互聯(lián)網(wǎng)為代表。同時(shí)，本階段的我國的能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)是站在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的物理實(shí)體以及物理邊界的擴(kuò)展。最終，通過分布式微能源網(wǎng)與區(qū)域集中能源網(wǎng)的建設(shè)以及“點(diǎn)-線-面-體”能源形式的互動(dòng)，能源互聯(lián)網(wǎng)將盡可能地逼近能源價(jià)格合理、能源供給充足和能源清潔環(huán)保的目標(biāo)。
圖2 綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展階段及其典型形態(tài)示意
3.2 能源互聯(lián)網(wǎng)能量角度的“熱響應(yīng)”與“冷思考”
能源互聯(lián)網(wǎng)物理層的“熱響應(yīng)”有以下內(nèi)涵：一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)以電為核心的表述，并不意味著對于所有的能源系統(tǒng)都將全部改由電作為絕對核心，也并不意味著重視“電能”而歧視“熱（冷）能”；另一方面，應(yīng)看到，能源互聯(lián)網(wǎng)闡述的是“以電為核心，集成冷、熱、氣等能源”的整體概念，應(yīng)是因地制宜、因時(shí)制宜的。
如，我國北方寒冷地區(qū)的以“熱”為核心的區(qū)域供熱系統(tǒng)智慧化，也是能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)的具體表現(xiàn)之一。首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目——“‘互聯(lián)網(wǎng)+’在智能供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用研究及工程示范項(xiàng)目”，針對國內(nèi)集中供熱系統(tǒng)網(wǎng)源間信息孤立的問題，以丹東城區(qū)集中供熱為對象，建立了一種互聯(lián)、開放、共享的網(wǎng)源一體化集中供熱系統(tǒng)，提出網(wǎng)源一體的經(jīng)濟(jì)性調(diào)控策略，初步實(shí)現(xiàn)了信息共享、智慧決策與集中控制。再如，《中國供熱藍(lán)皮書2019——城鎮(zhèn)智慧供熱》闡釋了以供熱為主的智慧能源（供熱）系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)了“以信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)深度融合為技術(shù)路徑，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能、建模仿真等技術(shù)統(tǒng)籌分析優(yōu)化系統(tǒng)中各層級、各環(huán)節(jié)對象”，也是與能源互聯(lián)網(wǎng)高度統(tǒng)一的。
而能源互聯(lián)網(wǎng)定義中的“冷思考”應(yīng)該看到：一方面，相對于電力系統(tǒng)，冷/熱能源系統(tǒng)熱慣性大而響應(yīng)慢、能源設(shè)備相對粗糙、從業(yè)人員培訓(xùn)不系統(tǒng)、運(yùn)維信息化程度不高，因此，應(yīng)冷靜看待冷/熱供能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)研究和落地上的短板，進(jìn)一步挖掘基于“信息物理融合”的智慧供熱系統(tǒng)，完善能源互聯(lián)網(wǎng)在供熱（冷）方面的快速發(fā)展。另一方面，電能作為二次能源，在當(dāng)前我國技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，多由煤燃燒的熱功發(fā)電而來，然后在通過電轉(zhuǎn)熱（冷）技術(shù)得以消費(fèi)，能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)多、能量損失大。因此，應(yīng)推進(jìn)集中式和分布式齊頭并進(jìn)，不斷提高可再生能源發(fā)電技術(shù)的比例，并不斷優(yōu)化“源-荷”在能量與能級上匹配性，構(gòu)建高能效、低成本的能源互聯(lián)網(wǎng)終極形態(tài)。
04、能源互聯(lián)網(wǎng)信息層：以熵為視角的“熱響應(yīng)”與“冷思考”
近幾年，能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)在我國風(fēng)起云涌，如“泛能網(wǎng)”、“綜合能源系統(tǒng)（服務(wù)）”、“多能流（源）系統(tǒng)”、“智慧能源”、“虛擬電廠”、“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)一體化”、“多能互補(bǔ)”、“風(fēng)光水火儲(chǔ)”、“新一代電力系統(tǒng)”、“冷熱電聯(lián)供”、“微能源網(wǎng)”、“總能系統(tǒng)”、“新能源微電網(wǎng)”、“分布式能源”、“能源產(chǎn)消者”、“區(qū)塊鏈能源”、“自能源”、“智能電網(wǎng)”、“能源互聯(lián)平臺(tái)”、“需求側(cè)響應(yīng)”等等。2019年，國家電網(wǎng)公司也提出了以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)為抓手，打造“樞紐型、平臺(tái)型和共享型”的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的愿景。
4.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與信息物理融合系統(tǒng)
頓時(shí)，“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)熱”漫延在整個(gè)能源界，與強(qiáng)調(diào)“數(shù)字孿生”的信息物理融合系統(tǒng)一起，成為能源產(chǎn)業(yè)界的高頻詞組。實(shí)際上，“數(shù)字孿生”是通過先進(jìn)的感知、通信、計(jì)算與控制技術(shù)，通過數(shù)據(jù)辨識(shí)，構(gòu)建物理系統(tǒng)的映射模型。進(jìn)而通過信息空間的在線分析與統(tǒng)籌優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)物理空間內(nèi)復(fù)雜系統(tǒng)資源要素的配置，按需響應(yīng)、動(dòng)態(tài)優(yōu)化與廣域協(xié)調(diào)。對綜合能源系統(tǒng)而言，系統(tǒng)內(nèi)不同能源設(shè)備時(shí)空耦合復(fù)雜、功率與負(fù)荷不確定性較強(qiáng)、冷熱電設(shè)備轉(zhuǎn)化模型多樣，信息物理融合建模技術(shù)對準(zhǔn)確刻畫能源系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系具有重要意義。即就是構(gòu)建基于“信息物理融合”的半實(shí)物半仿真模型以及基于模型預(yù)測的綜合能源系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度決策系統(tǒng)，一般包括：需求側(cè)負(fù)荷分析預(yù)測與負(fù)荷搬移、熱源側(cè)多能流的優(yōu)化分配及功率預(yù)測、網(wǎng)側(cè)異質(zhì)能流的靈活輸運(yùn)調(diào)控以及儲(chǔ)能側(cè)設(shè)備的充釋策略優(yōu)化等。
進(jìn)而，理解好泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)，（能源）信息物理融合系統(tǒng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的關(guān)系，成為相關(guān)研究的一個(gè)首要問題。國網(wǎng)公司相關(guān)專家和業(yè)界給出了“能源互聯(lián)網(wǎng)=堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)+泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的范式框架，同時(shí)也給出了包含對內(nèi)業(yè)務(wù)、對外業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)共享、基礎(chǔ)支撐、技術(shù)攻關(guān)和安全防護(hù)6各方面、11個(gè)重點(diǎn)方向的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的建設(shè)大綱。那么，就能源系統(tǒng)而言，（能量）信息物理融合系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的差異在哪？筆者試從熵的角度給予解釋。
4.2 熵：信息物理融合系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)
如圖3所示，從“熵”的角度看（熵，熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一，其物理意義，是體系混亂程度的度量），一方面，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)涉及的能的轉(zhuǎn)換、傳輸及儲(chǔ)存，都會(huì)存在著內(nèi)外部的能量不可逆損失，是一個(gè)能量價(jià)值不斷貶低的熱力學(xué)“熵增”過程；另一方面，要構(gòu)建物理信息融合的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，旨在強(qiáng)調(diào)，在能源的使用、交換過程中，會(huì)產(chǎn)生大量有用的信息，而這些新的有用的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘后，可用以指導(dǎo)能量流的重構(gòu)與優(yōu)化，可以看成是一個(gè)增加價(jià)值的“負(fù)熵”過程。盡管對信息熵和熱力學(xué)熵，目前尚難以具有共識(shí)的權(quán)重和方法進(jìn)行量化、統(tǒng)一，但對信息物理融合系統(tǒng)，可看做是在利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的信息流“負(fù)熵”理念和技術(shù)，去進(jìn)一步降低堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)中的熱力學(xué)“熵增”，使其熵增過程盡可能減慢，甚至追求能量系統(tǒng)熵的增速接近到零。
因此，可以認(rèn)為，泛在電力物理網(wǎng)，就是要實(shí)現(xiàn)不同綜合能源系統(tǒng)內(nèi)外部能源信息的聯(lián)通和共享，以有效支撐能量的供需互動(dòng)與有序配置；并且信息流將貫穿于能源互聯(lián)網(wǎng)的全生命周期，包括其規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、監(jiān)控、維護(hù)、資產(chǎn)管理和資產(chǎn)評估與交易，等等。具體來說，需要將沒有連接的設(shè)備、客戶都連接起來，沒有貫通的業(yè)務(wù)都貫通起來，沒有共享的數(shù)據(jù)都即時(shí)共享出來，形成跨專業(yè)數(shù)據(jù)的共享共用生態(tài)，將過去沒有用好的數(shù)據(jù)價(jià)值都挖掘出來。
圖3從熵的角度看能源互聯(lián)網(wǎng)及國網(wǎng)的“三型兩網(wǎng)”
4.3能源互聯(lián)網(wǎng)信息層的“熱響應(yīng)”與“冷思考”
因此，能源互聯(lián)網(wǎng)信息層的“熱響應(yīng)”，即，要看到堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的互補(bǔ)性。除了物理層基于能的梯級利用、能的因地制宜、能的多能互補(bǔ)和能的互聯(lián)互濟(jì)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)熵增的降低外，借助信息層“云大物移智”技術(shù)，構(gòu)建“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”全鏈條交互的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”甚至“泛在能源物聯(lián)網(wǎng)”，將是現(xiàn)階段及未來能源互聯(lián)網(wǎng)“熵增降速”的關(guān)鍵一環(huán)。
而能源互聯(lián)網(wǎng)信息層的“冷思考”，即看到能源互聯(lián)網(wǎng)與信息物理融合系統(tǒng)的統(tǒng)一性。能源互聯(lián)網(wǎng)可看作是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的合集，而能源界的信息物理融合系統(tǒng)，則可理解為堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的交集。同時(shí)，當(dāng)信息物理融合系統(tǒng)的能量流與信息流實(shí)現(xiàn)高度融合且物理空間邊界不斷擴(kuò)大，在特定的能源系統(tǒng)時(shí)空尺度下，信息物理融合系統(tǒng)或與能源互聯(lián)網(wǎng)收斂到統(tǒng)一，即形成具備自我“新陳代謝”的能源生態(tài)。
05、能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層：技術(shù)與機(jī)制的“熱響應(yīng)”與“冷思考”
5.1 能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的“熱響應(yīng)”
如圖4所示，2016起，國家發(fā)改委、國家能源局等部門，陸續(xù)批準(zhǔn)了4批增量配電網(wǎng)項(xiàng)目、首批23個(gè)多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程、28個(gè)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目、首批55個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項(xiàng)目，遍布全國31個(gè)省、直轄市和自治區(qū)，標(biāo)志著能源互聯(lián)網(wǎng)已進(jìn)入先行先試的發(fā)展階段。其中，作為撬動(dòng)新一輪能源革命的重要支點(diǎn)，首批55個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項(xiàng)目引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。2019年3月，我國《能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書2018》的發(fā)布，從國家層面系統(tǒng)構(gòu)建了我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的指標(biāo)體系，梳理了能源互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀。2019年6月，由央企集團(tuán)（公司）牽頭的首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目也通過驗(yàn)收。整體來看，首批落地的能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目，在關(guān)鍵技術(shù)與市場機(jī)制、綜合能源服務(wù)與大眾參與等方面開展了探索性工作，有力推動(dòng)了能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新模式和新業(yè)態(tài)的發(fā)展，這些，都是對能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層“熱響應(yīng)”的積極體現(xiàn)。
圖4 能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)示范項(xiàng)目
1）關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)方面：“支持能源消費(fèi)革命城市園區(qū)雙級‘互聯(lián)網(wǎng)+’智慧能源示范項(xiàng)目”，啟動(dòng)的多端交直流混合柔性配網(wǎng)互聯(lián)工程，通過采用世界最大容量±10千伏等級中壓柔直換流閥、首創(chuàng)應(yīng)用三端口直流斷路器、世界最大容量±10千伏三端口直流變壓器，實(shí)現(xiàn)了供電區(qū)域互聯(lián)互濟(jì)，促進(jìn)分布式可再生能源的友好接入，提升電網(wǎng)資源使用效率和電能質(zhì)量；“‘互聯(lián)網(wǎng)+’在智能供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用研究及工程示范項(xiàng)目”，研發(fā)了新型凝抽背供熱技術(shù)、“一站一優(yōu)化曲線”智能調(diào)節(jié)技術(shù)，并與熱電聯(lián)產(chǎn)、吸收式熱泵、電蓄熱技術(shù)耦合，形成“源-網(wǎng)-荷”一體化集中智慧供熱系統(tǒng)；浙江嘉興城市能源互聯(lián)網(wǎng)綜合試點(diǎn)示范項(xiàng)目中的尖山主動(dòng)配網(wǎng)工程研制了多端口的能量路由裝置，構(gòu)建的主動(dòng)配電網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)高滲透率分布式電源接入，還可以通過主動(dòng)規(guī)范、主動(dòng)管理、主動(dòng)控制、主動(dòng)服務(wù)以及負(fù)荷側(cè)主動(dòng)響應(yīng)、電源側(cè)主動(dòng)參與，達(dá)到了高電能質(zhì)量、高可靠性運(yùn)行的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)可再生能源的100%接入與消納。
2）關(guān)鍵機(jī)制及策略方面：“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)示范工程”，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”市場化模式的源網(wǎng)荷儲(chǔ)運(yùn)營機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了非工業(yè)柔性負(fù)荷調(diào)控、工業(yè)剛性負(fù)荷調(diào)控以及主動(dòng)需求響應(yīng)的接入。并通過需求側(cè)響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制，構(gòu)建了可中斷負(fù)荷商業(yè)化運(yùn)營機(jī)制，積極引導(dǎo)電力市場主體積極參與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的互動(dòng)；“基于電力大數(shù)據(jù)的能源公共服務(wù)建設(shè)與應(yīng)用工程”示范項(xiàng)目，通過開放服務(wù)的方式為政府和社會(huì)各方提供基于電力大數(shù)據(jù)的價(jià)值信息，實(shí)現(xiàn)將電網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為社會(huì)公共價(jià)值的新模式，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的整合；張家口作為國務(wù)院批復(fù)設(shè)立的可再生能源示范區(qū)，探索建立了“政府+電網(wǎng)公司+企業(yè)+用戶”的“四方協(xié)作機(jī)制”，與國網(wǎng)冀北電力有限公司合作建立可再生能源電力交易平臺(tái)，每月由平臺(tái)發(fā)布下月清潔能源供暖項(xiàng)目的需求電量和保障性電價(jià)，可再生能源發(fā)電企業(yè)自愿競標(biāo)，通過市場化交易，再將清潔電力直接銷售給電供暖用戶，成交后的電供暖用戶電價(jià)降至0.15元/千瓦時(shí)，電供暖成本由此降低46.4%。
3）同時(shí)，首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的先行先試，催生了一批綜合能源服務(wù)新業(yè)態(tài)，打破了項(xiàng)目承擔(dān)單位、地方政府、通信運(yùn)營商、供能企業(yè)、用能客戶、汽車公司、市政企業(yè)等不同業(yè)態(tài)之間的壁壘，探索了“共建、共享、共治、共贏”的理念、方式及模式。如：電網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的“四網(wǎng)融合”；通信塔、輸電塔的“雙塔合一”；變壓站、儲(chǔ)能站、數(shù)據(jù)中心的“三站合一”；路燈、監(jiān)視、交通、廣播的“多桿合一”；水、電、氣、熱的“多表合一”；“能源互聯(lián)網(wǎng)的微通道——能源互聯(lián)網(wǎng)插座”；“基站閑散儲(chǔ)能模式”；“退役電池梯次利用”，等等。
再如，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)“大中見小，立竿見影”，如：基于“面向特大城市電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目”研發(fā)出的“智慧路燈”，集照明、監(jiān)控、信息發(fā)布（廣播與道路指示牌）、充電樁（手機(jī)充電與電動(dòng)車充電）、微基站、井蓋防護(hù)等十多種功能于一體，整合后的道路桿件，由原來的52桿縮減至35桿；“支持能源消費(fèi)革命的城市-園區(qū)雙級“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源示范項(xiàng)目”創(chuàng)建的能源互聯(lián)網(wǎng)綜合運(yùn)營服務(wù)平臺(tái)，研究多能協(xié)同與虛擬電廠運(yùn)行機(jī)制，以及分布式能源交易、中小用戶售電交易等多種商業(yè)模式和各種綜合能源運(yùn)營云服務(wù)、數(shù)據(jù)增值等；清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院研發(fā)的“基于能源互聯(lián)網(wǎng)插座”的精細(xì)化用電管理模式及平臺(tái)，以能源的泛在通道——“插座”為抓手，將用電服務(wù)、計(jì)量和管理等功能下沉到能源系統(tǒng)最普遍的最底層——插座，便捷掃碼充電的同時(shí)，充分還原了電能的商品屬性，實(shí)現(xiàn)“人人泛在的經(jīng)濟(jì)共享售電”的應(yīng)用模式；針對老舊小區(qū)電動(dòng)汽車充電難的問題，研究院研制的基于能源互聯(lián)網(wǎng)理念的分時(shí)共享充電電源系統(tǒng)成為一項(xiàng)解決方案。通過分時(shí)共享配電柜、配電充電管理終端和充電管理云平臺(tái)的配置，在不需增容的情況下就可以新增安大量充電樁，實(shí)現(xiàn)“車-樁-網(wǎng)”的協(xié)調(diào)調(diào)度。
圖5 公共場所用電（能量）精細(xì)化管理商用平臺(tái)
5.2 能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的“冷思考”
最后，為確保能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的健康發(fā)展，也應(yīng)注重能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的“冷思考”，進(jìn)而看清能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展遇到的困難及關(guān)鍵點(diǎn)，有的放矢，改善能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)下階段的規(guī)?；l(fā)展，例如：
1）跨界融合、加強(qiáng)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的集成優(yōu)化：能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵外延，涉及眾多相關(guān)技術(shù)的突破（如中低品位能源轉(zhuǎn)換技術(shù)、高效低成本的儲(chǔ)能技術(shù)、靈活柔性的低壓直流技術(shù)，等等），而如何發(fā)揮多種技術(shù)之間的梯級利用、網(wǎng)絡(luò)耦合、多元互補(bǔ)以及熱電解耦，進(jìn)而打破各種技術(shù)及行業(yè)之間的局部優(yōu)化壁壘，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)各元素的“多元互動(dòng)、集成優(yōu)化”，充分釋放能源互聯(lián)網(wǎng)的“跨界”的“1+1＞2”潛力。
2）數(shù)字驅(qū)動(dòng)、釋放能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理融合潛力：物聯(lián)化已成為能源轉(zhuǎn)型的重要趨勢，通過物聯(lián)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”各環(huán)節(jié)信息流的貫通，構(gòu)建基于“數(shù)字孿生”的能源信息物理融合系統(tǒng)或綜合能源規(guī)劃優(yōu)化平臺(tái)，并以此為抓手，開展綜合能源服務(wù)。進(jìn)而以信息流改造能源流，充分挖掘能源的數(shù)字化價(jià)值，已是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的必然趨勢。
3）統(tǒng)籌謀劃、倡導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與多元機(jī)制：堅(jiān)持以惠民利民為中心和堅(jiān)持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，就是發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)方針?；凇叭旨夹g(shù)、七分機(jī)制”理念，某種程度上，基于“輕資產(chǎn)”市場機(jī)制設(shè)計(jì)的創(chuàng)新效益大于 基于“重資產(chǎn)”裝備的高投入回報(bào)。因此，要切實(shí)有效提升大眾參與程度，創(chuàng)新商業(yè)機(jī)制，加快形成以開放、共享為主要特征的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新模式。
4）科學(xué)組織、加快能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定：能源互聯(lián)網(wǎng)的落地涉及到物理層、信息層和應(yīng)用層諸多創(chuàng)新技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，同時(shí)也涉及到諸多學(xué)科交叉下的“如能源路由器、虛擬電廠等”新事物的定義規(guī)范。進(jìn)而，要實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的高質(zhì)量可推廣落地，各類技術(shù)須有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)范、路徑接口及評價(jià)指標(biāo)。
5）因地制宜、重視政府對能源互聯(lián)網(wǎng)落地協(xié)調(diào)：政府在能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的建設(shè)審批、機(jī)制設(shè)計(jì)和運(yùn)維管理方面，特別是在不同門類工業(yè)園區(qū)“分布式能源”、“增量配電網(wǎng)”、“（多能互補(bǔ)）綜合能源系統(tǒng)”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源價(jià)格及機(jī)制的設(shè)計(jì)、以及“能源數(shù)字礦產(chǎn)的管理和挖掘”上具很大的作用空間，因此，政府應(yīng)在認(rèn)識(shí)國家能源產(chǎn)業(yè)局勢的情況下，充分解放思想，用于引導(dǎo)當(dāng)?shù)啬茉椿ヂ?lián)網(wǎng)相關(guān)業(yè)態(tài)的創(chuàng)新。
06、結(jié)論與討論
本文從能源互聯(lián)網(wǎng)的定義、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程以及相關(guān)示范工程的建設(shè)等方面，審視了當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)先行先試階段下的“熱響應(yīng)”與“冷思考”，主要體現(xiàn)在：
1）物理層角度，能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應(yīng)”應(yīng)該是看到能源互聯(lián)網(wǎng)以集成冷熱電氣等能源，應(yīng)是因地制宜，具體情況具體對待的；而能源互聯(lián)網(wǎng)定義中的“冷思考”卻應(yīng)該看到，相對于電力系統(tǒng)，冷/熱能源系統(tǒng)熱慣性大且響應(yīng)慢、設(shè)備相對粗糙、從業(yè)人員業(yè)務(wù)水平低、系統(tǒng)信息化不足，因此應(yīng)冷靜看待冷/熱供能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)研究和落地以及規(guī)?；械亩贪澹?
2）信息層角度，能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應(yīng)”看到，能源互聯(lián)網(wǎng)借助信息層“云大物移智”技術(shù)，構(gòu)建“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”全鏈條交互的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”甚至“泛在能源物聯(lián)網(wǎng)”，將是現(xiàn)階段及未來能源互聯(lián)網(wǎng)“熵增降速”的關(guān)鍵一環(huán)；能源互聯(lián)網(wǎng)的“冷思考”是，當(dāng)信息物理融合系統(tǒng)的能量流與信息流實(shí)現(xiàn)高度融合且物理空間邊界不斷擴(kuò)大，信息物理融合系統(tǒng)或與能源互聯(lián)網(wǎng)收斂到統(tǒng)一，即形成具備自我“新陳代謝”的能源生態(tài)；
3）應(yīng)用層角度，能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應(yīng)”看到，首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項(xiàng)目的建設(shè)將“創(chuàng)新”貫之，在能源技術(shù)、模式、機(jī)制等方面實(shí)現(xiàn)新突破，亮點(diǎn)紛呈，取得了能源互聯(lián)網(wǎng)“先行先試”的初衷；能源互聯(lián)網(wǎng)的“冷思考”看到，應(yīng)跨界融合、加強(qiáng)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的集成優(yōu)化，數(shù)字驅(qū)動(dòng)、深化能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理融合，因地制宜、重視政府對能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的落地協(xié)調(diào)作用，科學(xué)組織、加快能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，統(tǒng)籌謀劃、倡導(dǎo)能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與多元化市場機(jī)制。
（注：本文受電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題（SKLD19KZ03）資助。本文部分內(nèi)容已發(fā)表于《能源》雜志2019.09期，可見：https://mp.weixin.qq.com/s/t5GU-431lcb17bDob6Z8PA）
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