能源互聯(lián)網(wǎng)有兩種技術模式

引言

能源互聯(lián)網(wǎng)是當今我國能源及相關行業(yè)最熱門的一個話題，尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”成為一種時代潮流后，人們熱切地期盼能源與互聯(lián)網(wǎng)的“融合”，為中國開辟出一條推動能源生產(chǎn)和消費方式革命，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的嶄新道路。

但遺憾的是能源互聯(lián)網(wǎng)概念自傳入中國以來，就一直存在爭議。不同的理解中不乏真知灼見，但也夾雜著某些誤解，一定程度上影響了我國能源互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展。為了深化和統(tǒng)一認識，在今天“互聯(lián)網(wǎng)+”的新形勢下，有必要以理性的態(tài)度對能源互聯(lián)網(wǎng)進行再認識。本文從分析能源互聯(lián)網(wǎng)概念提出的背景以及產(chǎn)生歧義和誤解的原因入手，對能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵、技術模式、與智能電網(wǎng)的關系，以及如何以“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式表達等問題作了深入研究，提出了新的見解。

1、能源互聯(lián)網(wǎng)是一個有歧義的概念

互聯(lián)網(wǎng)（Internet）作為一個專業(yè)術語，指的是由無數(shù)計算機網(wǎng)絡互聯(lián)形成的覆蓋全球的信息共享網(wǎng)絡。將能源與互聯(lián)網(wǎng)結合，構成“能源互聯(lián)網(wǎng)”概念，這是美國經(jīng)濟學家杰里米•里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中正式提出來的。里夫金說，歷史上經(jīng)濟和社會的變革離不開能源革命和通信革命兩大因素，正是它們的發(fā)生和結合引發(fā)了新一輪的工業(yè)革命。目前一場以可再生能源替代化石能源的革命正在興起，通信領域在過去的25年里也出現(xiàn)了偉大的變革，即互聯(lián)網(wǎng)革命，這就促使他將能源革命與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系在一起。他認為可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術與可再生能源相融合，將全球的電力網(wǎng)變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)絡，使億萬人能夠在家中、辦公室、工廠生產(chǎn)可再生能源并與他人分享。這個共享網(wǎng)絡的工作原理類似于互聯(lián)網(wǎng)，分散型可再生能源可以跨越國界自由流動，正如信息在互聯(lián)網(wǎng)上自由流動一樣，每個自行發(fā)電者都將成為遍布整個大陸的、沒有界限的綠色電力網(wǎng)絡中的節(jié)點。

這是最早也是最“正宗”的關于能源互聯(lián)網(wǎng)的構想。毫無疑問這一構想符合能源革命的方向，也十分美好，但不能不指出的是其中存在著不可忽視的技術失誤：能源共享網(wǎng)絡（即電網(wǎng)）與互聯(lián)網(wǎng)的工作原理不是類似而是截然不同，能源（電力）不可能像信息那樣在全世界自由流動。事實上由于電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)彼此的結構、功能、技術特性、傳輸方式和載體，以及運行所遵循的物理規(guī)律完全不同，電力在電網(wǎng)中傳輸受到的約束要比信息在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸受到的多得多、大得多，不僅有電壓、頻率、功率平衡、電能損耗、傳輸能力的約束，還有暫態(tài)、動態(tài)、熱穩(wěn)等各種安全穩(wěn)定極限的限制，因此電力很難像信息那樣可以在任意兩個節(jié)點之間自由交互。那種認為只要電網(wǎng)不斷擴大，實現(xiàn)全球電網(wǎng)互聯(lián)就解決了電力從一點到任一點的輸送問題，是一種誤導或誤解；即使在較遠的將來，超導輸電在電網(wǎng)中的應用與今天光纖在互聯(lián)網(wǎng)中的應用一樣普遍，并且采用直流電網(wǎng)為主干網(wǎng)架時，也不能完全做到。

此外，由于電力具有同質(zhì)化、一次性消耗、不能重復“分享”的特點（信息則具有個性化、長期保存、可重復分享的特點），也決定了電力并非都有必要像信息一樣在任意兩個節(jié)點間傳輸。世界上不存在沒有界限、工作原理類似于互聯(lián)網(wǎng)的能源共享網(wǎng)絡，也沒有不受約束可以在任何范圍內(nèi)自由傳輸?shù)哪茉矗娏Γ?。但如果僅在一個局部區(qū)域，如一片社區(qū)或一座城市甚至更大范圍內(nèi)，遵照電網(wǎng)運行的客觀規(guī)律并根據(jù)用電負荷的需求和特性，對各種分布式電源、儲能裝置、微電網(wǎng)、配電網(wǎng)以及主干網(wǎng)進行統(tǒng)籌規(guī)劃建設，同時采用先進的信息和自動控制技術進行智能化協(xié)同調(diào)度管理，實現(xiàn)里夫金的構想則是可能的。

必須承認作為一個翻譯的漢語詞組，能源互聯(lián)網(wǎng)是一個有歧義的概念。這里的“互聯(lián)網(wǎng)”如果看作是專業(yè)術語Internet，按詞面理解的意思應當是“傳輸能源的Internet”，顯然這在技術上不成立。如果將“互聯(lián)網(wǎng)”看作是一個普通漢語名詞而非Internet，則可認為能源互聯(lián)網(wǎng)就是“能源的互聯(lián)互通網(wǎng)絡”。在此前提下還有兩種不同的理解：一是認為各種能源，如水能、核能、風能、太陽能、天然氣、煤炭轉化為電能后都要匯入電網(wǎng)，因此電網(wǎng)是天然的能源互聯(lián)網(wǎng)；二是認為真正的能源互聯(lián)網(wǎng)應當是包括電網(wǎng)、油網(wǎng)、氣網(wǎng)、熱力網(wǎng)在內(nèi)的綜合能源網(wǎng)。盡管兩種理解都講得通，但不把“互聯(lián)網(wǎng)”看作是Internet，顯然不符合這個概念的本意。這種因語言表達規(guī)律差異而帶來的困擾是客觀存在的，因此通過認真討論，統(tǒng)一認識十分必要。

2、能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與新能源革命思想

由于能源互聯(lián)網(wǎng)的構想在技術上受到質(zhì)疑，作為經(jīng)濟學家的杰里米•里夫金后來解釋說，提出能源互聯(lián)網(wǎng)主要是源于哲學和經(jīng)濟學層面的思考，他承認能源互聯(lián)網(wǎng)不是一種新的能源技術模式或體系，而只是一種新能源經(jīng)濟思想。這是一個十分重要的說明，可以說是正確認識能源互聯(lián)網(wǎng)概念本質(zhì)和內(nèi)涵的一把鑰匙，但遺憾的是里夫金的這個解釋幾乎被人們完全忽視了。

新能源經(jīng)濟思想實質(zhì)上就是新能源革命思想。根據(jù)里夫金的論述以及世界各國能源革命的實踐經(jīng)驗，它的要點可以概括如下：一、新一輪的能源革命是不可抗拒的歷史潮流，能源革命的目的是以可再生能源逐步取代化石能源，阻止地球生態(tài)環(huán)境的惡化，實現(xiàn)能源以及人類的可持續(xù)發(fā)展。二、能源的生產(chǎn)和消費方式將融入互聯(lián)網(wǎng)理念和現(xiàn)代信息技術，可再生能源的開發(fā)將以分布式為主，公眾既是能源的消費者同時又是生產(chǎn)者，世界將迎來能源綠色化、分散化、多元化、民主化的新時代。三、具有集中、垂直、單向特點的傳統(tǒng)電網(wǎng)將向相對分散、扁平和雙向互動的新型電網(wǎng)轉型，與此同時傳統(tǒng)的電網(wǎng)公司也將由單一的自上而下的電力供給者，轉變?yōu)榘茉葱畔⒃趦?nèi)的服務提供商，與用戶雙向共同管理能源的生產(chǎn)和消費。四、能源的綠色化需要經(jīng)歷一個化石能源與可再生能源并存的混合能源時期，要充分利用現(xiàn)代信息技術，采用智能化手段協(xié)調(diào)控制各類能源的開發(fā)和利用，優(yōu)化能源配置，最大限度提高能源利用率。五、分布式能源生產(chǎn)方式和能源民主化將為社會創(chuàng)造出數(shù)以百萬甚至千萬計的就業(yè)崗位，成為第三次工業(yè)革命和新經(jīng)濟的重要支柱。

不難看出新能源革命思想的精髓，就是通過在能源革命中融入互聯(lián)網(wǎng)理念和現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)能源的綠色化、高效化和民主化，能源互聯(lián)網(wǎng)概念正是這一思想的集中體現(xiàn)。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵可表述為“在規(guī)劃建設中融入互聯(lián)網(wǎng)理念和現(xiàn)代信息技術，實現(xiàn)低碳、綠色能源高效、分散、智能和民主化利用的輸送和配置能量的網(wǎng)絡”。建設能源互聯(lián)網(wǎng)就是建設符合這一內(nèi)涵要求的能源網(wǎng)絡。

3、智能電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要技術模式

智能電網(wǎng)（SmartGrid，或稱智慧電網(wǎng)）是融入了互聯(lián)網(wǎng)理念，以“綠色、高效”為目標，以雙向互動和扁平化為主要特征，以現(xiàn)代信息和儲能技術為支撐的新一代智能化電網(wǎng)。智能電網(wǎng)有狹義和廣義之分，狹義的智能電網(wǎng)指以分布式電源為基礎的低碳綠色小微電網(wǎng)，它們既可單獨運行亦可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行。廣義的智能電網(wǎng)指包括有集中式電源的整個區(qū)域性和全國性的低碳綠色電網(wǎng)。電網(wǎng)特有的功能以及智能電網(wǎng)在能源綠色化中不可替代的地位和作用，決定了智能電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要技術模式。事實上，杰里米•里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中構想的“能源共享網(wǎng)絡”，指的就是智能電網(wǎng)。

能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的關系是內(nèi)涵與外延的關系，智能電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)概念（內(nèi)涵）的外延。它們之間也可以看作是宏觀指導思想與具體技術模式的關系，能源互聯(lián)網(wǎng)概念揭示能源和電網(wǎng)的發(fā)展方向，智能電網(wǎng)建設提供具體的技術方案。

目前國內(nèi)關于能源互聯(lián)網(wǎng)的研究，絕大部分內(nèi)容其實都屬于智能電網(wǎng)建設的范疇，比如分布式能源接入電網(wǎng)、微電網(wǎng)的運行控制和互聯(lián)、需求響應資源的整合利用、電動汽車充放電設施的建設運行、家庭用電智能化，以及能量（電力）路由器的研發(fā)建設等。這些內(nèi)容或者以電網(wǎng)為基礎、對象，或者本身就是電網(wǎng)的一個部分、一種設施，無論它們怎樣融入信息技術，無論它們的信息與電力設施一體化程度有多高，目的都是為了使電網(wǎng)更好地實現(xiàn)綠色化、柔性化、智能化和高效化。

有一個情況值得深思，歐美不僅沒有關于能源互聯(lián)網(wǎng)的爭論，實踐中更是很少使用這一概念。比如美國還有一本以新能源革命為主題的書，叫《重塑能源：新能源世紀的商業(yè)解決方案》（中譯本2014年6月出版），作者是著名能源專家艾默里•洛文斯。他在書中分析了美國到2050年可再生能源發(fā)電量達到電力總需求80%應采取的途徑，肯定了智能電網(wǎng)在重塑能源和加速傳統(tǒng)電力系統(tǒng)變革中的作用，卻自始至終沒有提到能源互聯(lián)網(wǎng)這個概念。觀察德國的情況也能發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)談論的幾乎所有能源互聯(lián)網(wǎng)的東西，都包括在他們的智能電網(wǎng)建設中。

中國人曾經(jīng)對智能電網(wǎng)（SmartGrid）也充滿了熱情，但似乎一夜之間這種熱情都轉向了能源互聯(lián)網(wǎng)，究其原因是我國智能電網(wǎng)的建設出現(xiàn)了大的偏差。必須指出，智能電網(wǎng)建設是在新一輪能源革命的大背景下提出來的，因此它不是傳統(tǒng)電網(wǎng)原有的自動化、智能化建設的簡單延續(xù)和提高，而是傳統(tǒng)電網(wǎng)走向綠色化、民主化的一場深刻變革。但由于目前我國的智能電網(wǎng)建設基本上以傳統(tǒng)電網(wǎng)的智能化建設為主，導致很多人產(chǎn)生了誤解。還有一個重要原因，就是智能電網(wǎng)的建設被交流特高壓綁架了。多年來我國大部分地區(qū)電網(wǎng)的建設都是以交流特高壓電網(wǎng)建設為中心，電網(wǎng)的建設工作基本上都要服從于和服務于這個中心，智能電網(wǎng)的建設也不列外。由于看不到智能電網(wǎng)建設在推動我國能源綠色化、民主化，提高能源利用率，促進分布式能源大發(fā)展中應當發(fā)揮的重要作用，因此無數(shù)以能源革命為己任的有志之士，自然將希望寄托在了能源互聯(lián)網(wǎng)上，不惜重新回到源頭，再次揚帆起航。其實這是本不應當出現(xiàn)的情況，既可嘆亦可贊。

4、第二種技術模式與“互聯(lián)網(wǎng)+”表達式

智能電網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要技術模式，但不是唯一模式。由于能源的綠色化不可能一蹴而就，特別是在我國，可再生能源與化石能源混合作用的時期可能會更長。為了提高各類能源的綜合利用效率，促進能源向低碳化、綠色化方向更好更快發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)無疑還有第二種技術模式，這就是智慧能源網(wǎng)。該網(wǎng)絡是由輸配電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)、冷熱氣網(wǎng)等構成的包含分布式能源轉換和儲存設施在內(nèi)的綜合能源網(wǎng)，通過統(tǒng)籌規(guī)劃建設，利用現(xiàn)代信息技術和智能化控制技術進行協(xié)同調(diào)度管理，適時提供氣、電、冷、熱多品種能源，互助互補滿足用戶需求，實現(xiàn)能源的梯級利用和產(chǎn)能端與用能端的智能匹配，最大限度提高能源綜合利用率。

智慧能源網(wǎng)與智能電網(wǎng)都是能源互聯(lián)網(wǎng)的技術模式，但兩者側重點各有不同。智能電網(wǎng)以電力系統(tǒng)為研究對象，以綠色化為主要目標；智慧能源網(wǎng)則重點研究各類能源的相互轉換以及各種能源網(wǎng)間的協(xié)同配合和優(yōu)勢互補等問題，主要目標是最大限度提高能源的利用率以及清潔能源的消費比例。在一個園區(qū)、一座城鎮(zhèn)，或一個更大的區(qū)域里，能源互聯(lián)網(wǎng)建設采用何種技術模式，需要因地制宜根據(jù)實際可利用的能源資源情況確定?？梢钥隙?，隨著可再生能源轉換、利用、儲存技術的進步，以及能源綠色化程度的不斷提高，智能電網(wǎng)與智慧能源網(wǎng)將向著合二為一形成新型綜合能源供給體系的方向發(fā)展。目前智慧能源網(wǎng)的建設以“泛能網(wǎng)”的形式，已經(jīng)在一些地方取得了可喜的成績和寶貴的經(jīng)驗。

能源互聯(lián)網(wǎng)的兩種技術模式，在今天“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代可以采用類似的方式進行表示，使其更具時代色彩。其中智能電網(wǎng)可表示為“綠色電網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”，智慧能源網(wǎng)可表示為“能源網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”。這樣表示的優(yōu)點，一是概念明確，針對性強。每個表達式中的“互聯(lián)網(wǎng)”一詞除指Internet外，不可能再有別的解釋。智能電網(wǎng)的表達式中，電網(wǎng)之前加“綠色”二字，點出了智能電網(wǎng)的本質(zhì)所在，有助于人們在智能電網(wǎng)建設中把握正確的方向。智慧能源網(wǎng)的表達式中，直接使用“能源網(wǎng)”一詞指明能源互聯(lián)網(wǎng)第二種技術模式的基本特征，避免了不必要的誤解。二是突出了研究對象的特點和難點。“綠色電網(wǎng)”與“能源網(wǎng)”都是網(wǎng)絡，它們與互聯(lián)網(wǎng)相加是兩種網(wǎng)絡的“融合”，無疑具有相當?shù)膹碗s性，強調(diào)“網(wǎng)絡”可提醒人們不能用處理一般“互聯(lián)網(wǎng)+”的方法來解決其中的問題。

此外，需要說明的是之所以采用“+互聯(lián)網(wǎng)”而不采用“互聯(lián)網(wǎng)+”的表達方式，是因為當“互聯(lián)網(wǎng)+”的對象亦為一種網(wǎng)絡的時候，若將“互聯(lián)網(wǎng)+”置前，容易使人將信息網(wǎng)絡誤解為是其中起主導作用的網(wǎng)絡，從而可能導致在能源互聯(lián)網(wǎng)的建設實踐中主輔顛倒，走偏方向的情況發(fā)生。

5、結語

能源互聯(lián)網(wǎng)的兩種技術模式就是智能電網(wǎng)和智慧能源網(wǎng)，它們同為能源互聯(lián)網(wǎng)概念的外延。在工程技術領域里沒有抽象的能源互聯(lián)網(wǎng)，也基本不存在智能電網(wǎng)和智慧能源網(wǎng)以外的其它技術模式。智能電網(wǎng)和智慧能源網(wǎng)的建設包含了利用互聯(lián)網(wǎng)技術，建立有利于清潔能源消納、節(jié)能和降低用戶成本的現(xiàn)代能源交易市場及其營銷模式，可以結合能源需求側管理，通過開展“互聯(lián)網(wǎng)+電力”、“互聯(lián)網(wǎng)+電力+熱力”等專題的研究和實踐，實現(xiàn)有關的要求和目標。

為了消除對智能電網(wǎng)的誤解，從而統(tǒng)一認識，形成合力，以科學、務實、創(chuàng)新的智能電網(wǎng)建設實踐推動我國能源互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)的大發(fā)展，十分有必要將智能電網(wǎng)（SmartGrid）改稱為“智慧電網(wǎng)”，這樣能源互聯(lián)網(wǎng)兩個技術模式的名稱即為：智慧電網(wǎng)與智慧能源網(wǎng)，不僅更協(xié)調(diào)，而且能更準確反映能源互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)屬性。

（作者吳安平系西南電力設計院原副總工）