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)展成為引領我國能源轉型的風向標。但業(yè)界對能源互聯(lián)網(wǎng)的內涵外延的詮釋仍不一而足，能源互聯(lián)網(wǎng)已進入點面結合的先行先試階段。能源互聯(lián)網(wǎng)科學研究和項目建設的成效則需及時梳理，以總結能源互聯(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用層的示范工程建設等幾方面，審視了當前能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應”與“冷思考”，得出如下觀點：
1）應因地制宜、因時制宜看待能源互聯(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)著不同異質能源的多能互補與綜合利用，也在于借助互聯(lián)網(wǎng)技術還原“能源”的商品屬性；
2）熵的角度看，當信息物理融合系統(tǒng)的能量流與信息流實現(xiàn)高度融合且物理空間邊界不斷擴大，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)示范項目的建設在能源技術、模式、機制等方面實現(xiàn)新突破，但仍需加強能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的集成優(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)項目的落地協(xié)調作用、加快能源互聯(lián)網(wǎng)技術相關標準的制定、倡導能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與多元化市場機制。
01、引言
對能源系統(tǒng)的優(yōu)化，關系到人類社會的高質量可持續(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)勢成為引領我國能源轉型的風向標。一方面，能源互聯(lián)網(wǎng)提倡源側分散式可再生能源的大規(guī)模接入，統(tǒng)籌用戶側能源產(chǎn)消者，實現(xiàn)能源的雙向流動與開源創(chuàng)造；另一方面，通過能源“硬技術”突破和“軟機制”設計，實現(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、信息層和應用層“源-網(wǎng)-荷-儲”的各環(huán)節(jié)，以及在規(guī)劃、設計、建設、運行、優(yōu)化和市場等鏈條中的“泛在之墻”，實現(xiàn)能量流、信息流、價值流的互聯(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年為著力推進能源互聯(lián)網(wǎng)試點示范的先行先試階段。同時，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)的評價指標體系以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀；2019年6月，我國首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目也進行了第一輪驗收，部分項目在技術和機制層面可圈可點；2019年國家自然科學基金中也在電工學科的電力系統(tǒng)控制領域中突出了“能源互聯(lián)網(wǎng)”及其相關方向的科學研究；全國能源互聯(lián)網(wǎng)相關企業(yè)的數(shù)量已由2014年的3667家猛增到2018年的24651家；2018年，全國共計近300支能源互聯(lián)網(wǎng)相關股票的總市值超過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)的技術及機制成熟度體現(xiàn)在能源系統(tǒng)元素及實體的各方面。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、信息層和應用層的建設內容，一方面，總結能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的良好勢頭、做好能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應”；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)及其相關領域的科學研究和產(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，強調構建“共享”的能源生態(tài)網(wǎng)絡
能源互聯(lián)網(wǎng)是能源系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術深度融合的產(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)思維理念和技術與能源的生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費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)的相關定義
能源互聯(lián)網(wǎng)包容性強、覆蓋面廣、業(yè)態(tài)多樣，當前業(yè)界對能源互聯(lián)網(wǎng)內涵和外延的詮釋，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、燃氣等能源，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)等技術，深度融合能源系統(tǒng)與信息通訊系統(tǒng)，協(xié)調多能源的生產(chǎn)、傳輸、分配、存儲、轉換、消費及交易，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；
2）《關于推薦“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見（發(fā)改能源[2016]392號）》：“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、消費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，構建多種類型能源的互聯(lián)網(wǎng)絡，利用互聯(lián)網(wǎng)思維與技術改造能源行業(yè)，實現(xiàn)橫向多源互補，縱向源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調，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體，某種情況下，為便于理解，與其說“能源互聯(lián)網(wǎng)”是一個技術，還不如說“能源互聯(lián)網(wǎng)”是倡導一種理念，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）物理實體上，強調了以電為核心，集成冷、熱、氣等能源，實現(xiàn)異質能量流的多能互補與綜合利用；
2）信息物理融合上，更加強調了借助“互聯(lián)網(wǎng)”的系統(tǒng)化思維和信息化手段，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的全景感知、數(shù)據(jù)驅動與智慧運行；
3）應用價值實現(xiàn)上，強調了集中式能源與分布式能源的協(xié)調共生，相關市場交易機制可遍及能源系統(tǒng)的規(guī)劃、運行、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”概念框架進行通俗闡釋，即：
“橫向：物理流-信息流-價值流的三流合一”；
“縱向：源-網(wǎng)-荷-儲的四環(huán)協(xié)同”。
也就是說，通過信息物理深度融合和市場機制靈活設計，能源互聯(lián)網(wǎng)追求突破物理層、信息層和應用層藩籬的深度交互，實現(xiàn)“三流合一”；通過協(xié)同設計、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”各環(huán)節(jié)條塊分割的壁壘，實現(xiàn)“四環(huán)協(xié)同”?！叭骱弦弧迸c“四環(huán)協(xié)同”的架構方式，將借助“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維及實現(xiàn)方式，可能實現(xiàn)各方不同主題能源流的充分“共享”，實現(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)構建的具備“共享”特征的能源生態(tài)網(wǎng)絡，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、轉換與傳輸、使用等環(huán)節(jié)；
時間之墻：能量獲取端能源的波動性和周期性與能量使用端用戶負荷特征的不匹配性，也包括能量轉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”各環(huán)節(jié)存在的物理-信息-價值的同步規(guī)劃與設計壁壘，阻礙能量使用與消費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)達到優(yōu)化時，局部系統(tǒng)之間未能互聯(lián)互通，導致未能實現(xiàn)多能源系統(tǒng)的全局優(yōu)化與多目標優(yōu)化；
機制之墻：能量使用各環(huán)節(jié)、各行業(yè)之間缺乏的合理機制，如“共建、共享、共治、共贏”理念、分布式能源中“能價機制”有待完善。
最終，能量獲取端，倡導基于能量品位及時空特性的異質能源之間的多能互補；能量轉換與傳輸端，倡導基于能量梯級利用的能量高效轉化與傳輸和儲能的集成優(yōu)化；能量使用端，倡導基于需求側響應與管理的能的綜合利用與靈活調控。
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”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“工程熱物理與動力工程學科”或“供熱供燃氣通風及空調工程”學科，從事供暖、制冷的學者和技術人員常會如此發(fā)問，究其原因，筆者認為：
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”，該表述是一個并非具有絕對數(shù)量指標的泛指，而是注重“電”、“熱（冷）”、“氣”在不同應用情景下的靈活集成?？v觀世界能源發(fā)展史，正是一個“電”、“熱（冷）”、“氣”多學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——多能互補綜合能源系統(tǒng)的核心所在。實際上，能源互聯(lián)網(wǎng)并不是一個全新的概念，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)。再如其他能源學科其實很早提出了如“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)供技術外，也在通過信息化、數(shù)據(jù)化以及互聯(lián)網(wǎng)等手段實現(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型起到了重要的作用，“人均生活用電”是社會經(jīng)濟發(fā)展的重要指標，而這是由電能所具有的“小慣性”、“易傳輸”、“好轉化”特征決定的，世界范圍內也構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)”的建設也進入“能源互聯(lián)網(wǎng)時代”。即相對于“冷”、“熱”、“氣”等慣性比較大的能源載體，電能的慣性小、響應快、便于傳輸，且容易轉換成冷、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”等能源的傳輸與轉化，多依靠的是泵、風機等耗電設備或鍋爐、空調、熱泵等熱功轉換設備。進而，可以間接通過電能的耗損以及設備的性能（如泵的機械效率、鍋爐熱效率、空調制冷系統(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為起點，綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展大致可分為四個階段：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交叉并存，但又有所側重。因此，筆者認為，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)互濟的能源互聯(lián)網(wǎng)為代表。同時，本階段的我國的能源互聯(lián)網(wǎng)建設是站在智能電網(wǎng)的基礎上，進行的物理實體以及物理邊界的擴展。最終，通過分布式微能源網(wǎng)與區(qū)域集中能源網(wǎng)的建設以及“點-線-面-體”能源形式的互動，能源互聯(lián)網(wǎng)將盡可能地逼近能源價格合理、能源供給充足和能源清潔環(huán)保的目標。
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”與“冷思考”
能源互聯(lián)網(wǎng)物理層的“熱響應”有以下內涵：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，應是因地制宜、因時制宜的。
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)示范項目——“‘互聯(lián)網(wǎng)+’在智能供熱系統(tǒng)中的應用研究及工程示范項目”，針對國內集中供熱系統(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)濟性調控策略，初步實現(xiàn)了信息共享、智慧決策與集中控制。再如，《中國供熱藍皮書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)，強調了“以信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)深度融合為技術路徑，運用大數(shù)據(jù)、人工智能、建模仿真等技術統(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)熱慣性大而響應慢、能源設備相對粗糙、從業(yè)人員培訓不系統(tǒng)、運維信息化程度不高，因此，應冷靜看待冷/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，在當前我國技術經(jīng)濟條件下，多由煤燃燒的熱功發(fā)電而來，然后在通過電轉熱（冷）技術得以消費，能量轉換環(huán)節(jié)多、能量損失大。因此，應推進集中式和分布式齊頭并進，不斷提高可再生能源發(fā)電技術的比例，并不斷優(yōu)化“源-荷”在能量與能級上匹配性，構建高能效、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”與“冷思考”
近幾年，能源互聯(lián)網(wǎng)業(yè)態(tài)在我國風起云涌，如“泛能網(wǎng)”、“綜合能源系統(tǒng)（服務）”、“多能流（源）系統(tǒng)”、“智慧能源”、“虛擬電廠”、“源-網(wǎng)-荷-儲一體化”、“多能互補”、“風光水火儲”、“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”、“需求側響應”等等。2019年，國家電網(wǎng)公司也提出了以堅強智能電網(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，“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)熱”漫延在整個能源界，與強調“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。實際上，“數(shù)字孿生”是通過先進的感知、通信、計算與控制技術，通過數(shù)據(jù)辨識，構建物理系統(tǒng)的映射模型。進而通過信息空間的在線分析與統(tǒng)籌優(yōu)化、實現(xiàn)物理空間內復雜系統(tǒng)資源要素的配置，按需響應、動態(tài)優(yōu)化與廣域協(xié)調。對綜合能源系統(tǒng)而言，系統(tǒng)內不同能源設備時空耦合復雜、功率與負荷不確定性較強、冷熱電設備轉化模型多樣，信息物理融合建模技術對準確刻畫能源系統(tǒng)的關聯(lián)關系具有重要意義。即就是構建基于“信息物理融合”的半實物半仿真模型以及基于模型預測的綜合能源系統(tǒng)運行調度決策系統(tǒng)，一般包括：需求側負荷分析預測與負荷搬移、熱源側多能流的優(yōu)化分配及功率預測、網(wǎng)側異質能流的靈活輸運調控以及儲能側設備的充釋策略優(yōu)化等。
進而，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)的關系，成為相關研究的一個首要問題。國網(wǎng)公司相關專家和業(yè)界給出了“能源互聯(lián)網(wǎng)=堅強智能電網(wǎng)+泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的范式框架，同時也給出了包含對內業(yè)務、對外業(yè)務、數(shù)據(jù)共享、基礎支撐、技術攻關和安全防護6各方面、11個重點方向的“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的建設大綱。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，熱力學中表征物質狀態(tài)的參量之一，其物理意義，是體系混亂程度的度量），一方面，堅強智能電網(wǎng)涉及的能的轉換、傳輸及儲存，都會存在著內外部的能量不可逆損失，是一個能量價值不斷貶低的熱力學“熵增”過程；另一方面，要構建物理信息融合的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，旨在強調，在能源的使用、交換過程中，會產(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，可用以指導能量流的重構與優(yōu)化，可以看成是一個增加價值的“負熵”過程。盡管對信息熵和熱力學熵，目前尚難以具有共識的權重和方法進行量化、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“負熵”理念和技術，去進一步降低堅強智能電網(wǎng)中的熱力學“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，可以認為，泛在電力物理網(wǎng)，就是要實現(xiàn)不同綜合能源系統(tǒng)內外部能源信息的聯(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、設計、建設、運營、監(jiān)控、維護、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備、客戶都連接起來，沒有貫通的業(yè)務都貫通起來，沒有共享的數(shù)據(jù)都即時共享出來，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”與“冷思考”
因此，能源互聯(lián)網(wǎng)信息層的“熱響應”，即，要看到堅強智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的互補性。除了物理層基于能的梯級利用、能的因地制宜、能的多能互補和能的互聯(lián)互濟等技術實現(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，構建“源-網(wǎng)-荷-儲”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)可看作是堅強智能電網(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)，則可理解為堅強智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的交集。同時，當信息物理融合系統(tǒng)的能量流與信息流實現(xiàn)高度融合且物理空間邊界不斷擴大，在特定的能源系統(tǒng)時空尺度下，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)應用層：技術與機制的“熱響應”與“冷思考”
5.1 能源互聯(lián)網(wǎng)應用層的“熱響應”
如圖4所示，2016起，國家發(fā)改委、國家能源局等部門，陸續(xù)批準了4批增量配電網(wǎng)項目、首批23個多能互補集成優(yōu)化示范工程、28個新能源微電網(wǎng)示范項目、首批55個“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目，遍布全國31個省、直轄市和自治區(qū)，標志著能源互聯(lián)網(wǎng)已進入先行先試的發(fā)展階段。其中，作為撬動新一輪能源革命的重要支點，首批55個“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目引起了全社會的廣泛關注。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)構建了我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的指標體系，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（公司）牽頭的首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目也通過驗收。整體來看，首批落地的能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目，在關鍵技術與市場機制、綜合能源服務與大眾參與等方面開展了探索性工作，有力推動了能源互聯(lián)網(wǎng)新技術、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)應用層“熱響應”的積極體現(xiàn)。
圖4 能源互聯(lián)網(wǎng)相關示范項目
1）關鍵設備及系統(tǒng)方面：“支持能源消費革命城市園區(qū)雙級‘互聯(lián)網(wǎng)+’智慧能源示范項目”，啟動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，實現(xiàn)了供電區(qū)域互聯(lián)互濟，促進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量；“‘互聯(lián)網(wǎng)+’在智能供熱系統(tǒng)中的應用研究及工程示范項目”，研發(fā)了新型凝抽背供熱技術、“一站一優(yōu)化曲線”智能調節(jié)技術，并與熱電聯(lián)產(chǎn)、吸收式熱泵、電蓄熱技術耦合，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)綜合試點示范項目中的尖山主動配網(wǎng)工程研制了多端口的能量路由裝置，構建的主動配電網(wǎng)能實現(xiàn)高滲透率分布式電源接入，還可以通過主動規(guī)范、主動管理、主動控制、主動服務以及負荷側主動響應、電源側主動參與，達到了高電能質量、高可靠性運行的目標，實現(xiàn)可再生能源的100%接入與消納。
2）關鍵機制及策略方面：“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)示范工程”，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”市場化模式的源網(wǎng)荷儲運營機制，實現(xiàn)了非工業(yè)柔性負荷調控、工業(yè)剛性負荷調控以及主動需求響應的接入。并通過需求側響應激勵機制，構建了可中斷負荷商業(yè)化運營機制，積極引導電力市場主體積極參與產(chǎn)業(yè)鏈上下游的互動；“基于電力大數(shù)據(jù)的能源公共服務建設與應用工程”示范項目，通過開放服務的方式為政府和社會各方提供基于電力大數(shù)據(jù)的價值信息，實現(xiàn)將電網(wǎng)數(shù)據(jù)轉化為社會公共價值的新模式，實現(xiàn)了電網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)資源的整合；張家口作為國務院批復設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，每月由平臺發(fā)布下月清潔能源供暖項目的需求電量和保障性電價，可再生能源發(fā)電企業(yè)自愿競標，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降至0.15元/千瓦時，電供暖成本由此降低46.4%。
3）同時，首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目的先行先試，催生了一批綜合能源服務新業(yè)態(tài)，打破了項目承擔單位、地方政府、通信運營商、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“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（手機充電與電動車充電）、微基站、井蓋防護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；“支持能源消費革命的城市-園區(qū)雙級“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源示范項目”創(chuàng)建的能源互聯(lián)網(wǎng)綜合運營服務平臺，研究多能協(xié)同與虛擬電廠運行機制，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營云服務、數(shù)據(jù)增值等；清華大學能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院研發(fā)的“基于能源互聯(lián)網(wǎng)插座”的精細化用電管理模式及平臺，以能源的泛在通道——“插座”為抓手，將用電服務、計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，充分還原了電能的商品屬性，實現(xiàn)“人人泛在的經(jīng)濟共享售電”的應用模式；針對老舊小區(qū)電動汽車充電難的問題，研究院研制的基于能源互聯(lián)網(wǎng)理念的分時共享充電電源系統(tǒng)成為一項解決方案。通過分時共享配電柜、配電充電管理終端和充電管理云平臺的配置，在不需增容的情況下就可以新增安大量充電樁，實現(xiàn)“車-樁-網(wǎng)”的協(xié)調調度。
圖5 公共場所用電（能量）精細化管理商用平臺
5.2 能源互聯(lián)網(wǎng)應用層的“冷思考”
最后，為確保能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的健康發(fā)展，也應注重能源互聯(lián)網(wǎng)應用層的“冷思考”，進而看清能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展遇到的困難及關鍵點，有的放矢，改善能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目的技術經(jīng)濟性，推動能源互聯(lián)網(wǎng)下階段的規(guī)?；l(fā)展，例如：
1）跨界融合、加強能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的集成優(yōu)化：能源互聯(lián)網(wǎng)內涵外延，涉及眾多相關技術的突破（如中低品位能源轉換技術、高效低成本的儲能技術、靈活柔性的低壓直流技術，等等），而如何發(fā)揮多種技術之間的梯級利用、網(wǎng)絡耦合、多元互補以及熱電解耦，進而打破各種技術及行業(yè)之間的局部優(yōu)化壁壘，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)各元素的“多元互動、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)字驅動、釋放能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理融合潛力：物聯(lián)化已成為能源轉型的重要趨勢，通過物聯(lián)化技術實現(xiàn)能源系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲”各環(huán)節(jié)信息流的貫通，構建基于“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，并以此為抓手，開展綜合能源服務。進而以信息流改造能源流，充分挖掘能源的數(shù)字化價值，已是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設的必然趨勢。
3）統(tǒng)籌謀劃、倡導能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與多元機制：堅持以惠民利民為中心和堅持創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，就是發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的指導方針?；凇叭旨夹g、七分機制”理念，某種程度上，基于“輕資產(chǎn)”市場機制設計的創(chuàng)新效益大于 基于“重資產(chǎn)”裝備的高投入回報。因此，要切實有效提升大眾參與程度，創(chuàng)新商業(yè)機制，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）科學組織、加快能源互聯(lián)網(wǎng)技術相關標準的制定：能源互聯(lián)網(wǎng)的落地涉及到物理層、信息層和應用層諸多創(chuàng)新技術的規(guī)?；瘧?，同時也涉及到諸多學科交叉下的“如能源路由器、虛擬電廠等”新事物的定義規(guī)范。進而，要實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)項目的高質量可推廣落地，各類技術須有統(tǒng)一的設計規(guī)范、路徑接口及評價指標。
5）因地制宜、重視政府對能源互聯(lián)網(wǎng)落地協(xié)調：政府在能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目的建設審批、機制設計和運維管理方面，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）綜合能源系統(tǒng)”基礎設施建設、能源價格及機制的設計、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，政府應在認識國家能源產(chǎn)業(yè)局勢的情況下，充分解放思想，用于引導當?shù)啬茉椿ヂ?lián)網(wǎng)相關業(yè)態(tài)的創(chuàng)新。
06、結論與討論
本文從能源互聯(lián)網(wǎng)的定義、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程以及相關示范工程的建設等方面，審視了當前能源互聯(lián)網(wǎng)先行先試階段下的“熱響應”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”應該是看到能源互聯(lián)網(wǎng)以集成冷熱電氣等能源，應是因地制宜，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)熱慣性大且響應慢、設備相對粗糙、從業(yè)人員業(yè)務水平低、系統(tǒng)信息化不足，因此應冷靜看待冷/熱供能系統(tǒng)在能源互聯(lián)網(wǎng)研究和落地以及規(guī)模化中的短板；
2）信息層角度，能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應”看到，能源互聯(lián)網(wǎng)借助信息層“云大物移智”技術，構建“源-網(wǎng)-荷-儲”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”的關鍵一環(huán)；能源互聯(lián)網(wǎng)的“冷思考”是，當信息物理融合系統(tǒng)的能量流與信息流實現(xiàn)高度融合且物理空間邊界不斷擴大，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）應用層角度，能源互聯(lián)網(wǎng)的“熱響應”看到，首批能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目的建設將“創(chuàng)新”貫之，在能源技術、模式、機制等方面實現(xiàn)新突破，亮點紛呈，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，應跨界融合、加強能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術的集成優(yōu)化，數(shù)字驅動、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)項目的落地協(xié)調作用，科學組織、加快能源互聯(lián)網(wǎng)技術相關標準的制定，統(tǒng)籌謀劃、倡導能源互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與多元化市場機制。
（注：本文受電力系統(tǒng)國家重點實驗室課題（SKLD19KZ03）資助。本文部分內容已發(fā)表于《能源》雜志2019.09期，可見：https://mp.weixin.qq.com/s/t5GU-431lcb17bDob6Z8PA）
參考文獻
[1]Hongbin S , Qinglai G , Boming Z , et al. Integrated Energy Management System: Concept, Design, and Demonstration in China[J]. IEEE Electrification Magazine, 2018, 6(2):42-50.
[2] 查亞兵, 張濤, 譚樹人, 等. 關于能源互聯(lián)網(wǎng)的認識與思考[J]. 國防科技, 2012, 33(5):1-6.
[3] 董朝陽,趙俊華,文福拴, 等.從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng):基本概念與研究框架[J].電力系統(tǒng)自動化,2014,38(15):1-11
[4]清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院宋炎侃：基于CloudIEPS的綜合能源規(guī)劃設計解決方案（PPT）.
[5]浙江大學教授鐘崴:基于“數(shù)字孿生”的智慧城市供熱系統(tǒng)（PPT）.
[6]關永剛, 羅安.國家自然科學基金電氣科學與工程學科研究方向與關鍵詞修訂[J].中國電機工程學報,2019,39(01):126-129.
[7]黃武靖, 張寧, 董瑞彪, 等. 構建區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng):理念與實踐[J]. 全球能源互聯(lián)網(wǎng), 2018,No.2(02):5-13.
[8] 國家能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展白皮書2018[M], 2019年3月, 北京.
[9] 周孝信, 曾嶸, 高峰, 等. 能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J]. 中國科學:信息科學, 2017,47(02):5-26.
[10] 趙軍, 王妍, 王丹, 等. 能源互聯(lián)網(wǎng)研究進展: 定義、指標與研究方法[J]. 電力系統(tǒng)及其自動化學報, 2018, 10: 1-12.
[11]余曉丹,徐憲東,陳碩翼, 等.綜合能源系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)簡述[J].電工技術學報,2016,31(01):1-13.
[12] 孫秋野, 胡旌偉, 張化光.能源互聯(lián)網(wǎng)中自能源的建模與應用[J].中國科學:信息科學,2018,48(10):1409-1429.
[13] 陳蓉.全球能源互聯(lián)網(wǎng)電力技術創(chuàng)新重點領域及關鍵技術分析[J].通信電源技術, 2018, 35(11):265-266.
[14] 能源互聯(lián)網(wǎng)研究課題組, 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究[M]. 清華大學出版社,北京,2017.
[15] 劉振亞.全球能源互聯(lián)網(wǎng)[M]. 中國電力出版社, 2015.
[16] 加鶴萍, 丁一, 宋永華, 等. 信息物理深度融合背景下綜合能源系統(tǒng)可靠性分析評述[J]. 電網(wǎng)技術2019;43(1):1-11.
[17] 陳飛, 馮昊, 徐晨博, 等. 電力系統(tǒng)演進的內在驅動因素及發(fā)展路徑探索[J]. 電力建設, 2019, 40(3):59-66.
[18] T／CEC 101.1-2016 能源互聯(lián)網(wǎng) 第1部分總則[S].
