【科技评论】能源互联网概念、关键技术及发展模式探索
能源互联网概念、关键技术及发展模式探索
马钊，周孝信，尚宇炜，盛万兴
（中国电力科学研究院）
本文由《电网技术》（dwjs1957）授权转载，发表在第11期
摘要：基于能源行业发展趋势和技术研究现状，探索了能源互联网的概念、关键技术及发展模式。首先，在分析能源体系要素的基础上，提炼了能源互联网的概念、关键技术以及主要技术特征。其次，通过数学模型表征了能源互联网的基本规律，简要介绍了能源互联网多目标管理的实现方法；进而分析了能源路由器的基本特征，梳理了智能电网和信息网在能源互联网体系的定位和职能。最后，结合能源产业及我国相关政策的发展方向，探讨了能源互联网的发展模式，并给出了具体发展建议。
0 引言
传统能源体系中，化石能源扮演着核心角色。然而它不可持续、日益匮乏。高速、粗犷的能源利用方式，在加剧能源危机的同时，对环境也产生极其恶劣的影响。大力发展可再生能源替代化石类能源已经成为推动社会转型和发展的必然潮流。而能源互联网旨在降低经济发展对传统化石能源的依赖程度，最大程度上提高再生能源的利用效率，从根本上改变当前的能源生产和消费模式降低经济发展对传统化石能源的依赖程度，最大程度上提高再生能源的利用效率，从根本上改变当前的能源生产和消费模式。
能源互联网的提出，打破了传统能源产业之间的供需界限，最大程度地促进煤碳、石油、天然气、热、电等一、二次能源类型的互联、互通和互补；在用户侧支持各种新能源、分布式能源的大规模接入，实现用电设备的即插即用；通过局域自治消纳和广域对等互联，实现能量流的优化调控和高效利用，构建开放灵活的产业和商业形态[1-3]。能源互联网是能源和互联网深度融合的产物，受到了学术界和产业界的广泛关注。
当前，能源、电网、信息通信、金融、设备制造等行业或领域纷纷立足于自身，从不同角度对能源互联网的理念和相关技术进行了探索[4]。然而遗憾的是，能源互联网概念一直存在争议，至今还没有一个统一标准的认识。不同的理解中不乏真知灼见，但也夹杂着某些误解，一定程度上影响了我国能源互联网事业的发展。为统一和深化认识，在今天“互联网+”的新形势下，有必要以理性的态度对能源互联网进行深入研究。
首先，本文在分析能源体系要素的基础上，初步提炼了能源互联网的概念，以及表征能源互联网的主要技术特征。这是研究能源互联网的基础。
进而，着重探讨了能源互联网的关键体系。通过建立数学模型，表征了能源互联网的基本规律，阐释了能源互联网多目标管理的实现方法，梳理了智能电网、信息网与能源互联网的关系，以及它们在能源互联网基础体系中的定位和主要职责。
最后，结合我国相关能源政策和技术的发展方向，重点围绕电网及相关产业，探索了能源互联网在能源结构、技术属性和市场形态等方面的发展模式，并从政策和技术两方面提出发展建议。
1 能源互联网概念及技术特征
1.1 能源互联网概念
在传统能源基础设施架构中，不同类型的能源之间具有明显的供需界限，能源的调控和利用效率低下，而且无法大规模接纳风能、太阳能等分布式发电以及电动汽车等柔性负荷。
随着互联网理念的不断深化，一种新型的能源体系架构——“能源互联网”的构想应运而生[5]。其主要理念是将可再生能源作为主要的能量供应源，通过互联网技术实现分布式发电和储能的灵活接入，以及交通系统的电气化，并在广域范围内分配共享各类能源。
能源互联网理念一经提出，国内外不同行业和领域纷纷开展了有益的探索研究。当前，对能源互联网的典型认知方式主要有以下4种[6-10]。
1）Energy Internet：这种认知方式侧重于能源网络结构的表述，以美国的FREEDM为典型代表。该认知方式立足于电网，借鉴互联网开放、对等的理念和架构，形成以骨干网(大电网)、局域网(微网)及相关联接网络为特征的新型能源网。在技术层面，重点研发融合信息通信系统的分布式能源网络体系结构。
2）Internet of Energy认知方式侧重于信息互联网的表述，以欧洲的e-energy为典型代表。该认知方式将信息网络定位为能源互联网的支持决策网，通过互联网进行信息收集、分析和决策，从而指导能源网络的运行调度。
：这种认知方式强调互联网技术和能源网络的深度融合，以为典型代表。该方式采用区域自治和骨干管控相结合的方式，实现能源和信息的双向通信。其中，信息流用于支持能源调度，能源流用于引导用户决策，以实现可再生能源的高效利用。
4）Multi Energy Internet：这一认知方式强调电、热、化学能的联合输送和优化使用，以英国、瑞士等国的能源发展方向为典型代表。
综上所述，尽管以上4种认知方式的侧重点有所不同，但都是将互联网技术运用到能源系统，以提高可再生能源的比重，实现多元能源的有效互联和高效利用。而在诸多一、二次能源类型中，电能是清洁、高效的能源类型，其传输效率高，在终端能源消费中具有便捷性。有关数据表明，电能的终端利用效率可达到90%以上；其经济效率是石油的3.2倍，是煤炭的17.3倍。若电能在终端能源消费的比重中提升1%，单位GDP能耗将下降4%[11]。因此，无论从经济角度，还是从技术实现角度，电力在当前的能源体系中占据重要位置，且已经形成了大规模的电力传输网络。某种角度上来说，电力系统是最具有互联网特征的网络。这些优势决定了电能在诸多能源类型中将起到枢纽作用。相应地，电网将成为能源转化和利用的核心平台，是能源互联网的关键物理基础。当然，在特殊环境下，根据其他形式能源的特征和用户的最终需要，利用其他形式的能源也是可选的，如可直接利用太阳能供热而不需转换成电能。由此可见，充分利用现有的电网基础设施是必须考虑的因素。作者认为，一方面，以“大电网”为能源传输骨干通道，以先进的能源-信息一体化交换设备为关键控制单元，通过分层递增的方式构建能源采集、输送与分配体系，是必要的技术方案；另一方面，利用可再生能源建立分布式产用储能一体化单元的分布式局域网，也是具备经济、技术可行性的技术方案。这两方面应协调发展、互为补充。
能源互联网还应确保实现安全、可靠的能源网络化管理和调控，以提供优质、高效、便捷的能源服务。为实现这一理念，首先要从物理上把不同的能量源所产生的能量离散化，如将各种不同的能源根据其特点供给不同特性的负荷；将用户的分布式风机、光伏发电等(有可能配置储能装置)作为离散化分布的发电用电一体化单元；或者将各类分布式电源所发的剩余电能储存在不同的储能装置中。其次，通过信息技术将能量源与负载进行有效整合，在能量管理过程中，仿照信息互联网中关于计算资源、带宽资源和存储资源的管控，通过互联网技术，驱动无秩序的低熵的能量源有序流向高熵负载[12]，实现冷、热、气、水、电等多种能源类型的优化互补。
这一理念的实现需要综合运用先进的能量管理技术和信息通信技术，包括电力电子技术、智能控制技术，大量必要的传感设备和智能传感技术，互联网、大数据、云计算及其他前沿信息技术等，构建信息能源基础设施一体化架构和信息物理融合系统(cyber-physical system，CPS)。
实际上，利用信息技术和互联网技术改进能源行业并非全新概念。特别值得深思的一个情况是，欧、美不仅没有关于能源互联网的争论，在实践中更是很少使用这一概念。智能电网是能源互联网的主要技术模式。然而，能源互联网在以下2方面具有显著的理念创新：
1）范围和时空上更广域。能源互联网支持各种能源类型，并从源头到终端用户实现全方位、全时段的覆盖。随着信息互联网进入平台化发展的成熟期，“互联网+能源”将呈现出多元化、平台化、综合性的服务业态。
2）理念上更创新。提高效率、优化资源配置是能源互联网最显著的特征，其本质是网络互联、信息对称、数据驱动。能源与信息网的深度融合将催化广泛的技术和商业模式创新。
综合以上分析，建议可将能源互联网初步定义为：以电力系统为中心，智能电网为骨干，互联网、大数据、云计算及其他前沿信息通信技术为纽带，综合运用先进的电力电子技术和智能管理技术，能够实现横向多源互补、纵向源-网-荷-储协调的能源与信息高度融合的下一代能源体系，同时具有扁平化性，面向社会的平台性、商业性和用户服务性。具体讲，是在骨干电网的基础上，以大量分布式能量采集和储存装置所构成的新型电力网络为链接枢纽，将电力、石油、天然气及交通运输网络等能源节点进行互联，形成多层耦合的网络架构，通过虚拟电厂和电网实现个性化、定制化的能量生产与应用，利用能源路由器将无序、低熵的能量流按照最佳路径向可控、高熵的负载流动，实现能量流的全面调控、优化、交互和共享。
图1给出能源互联网示意图。
图1能源互联网示意图
2 能源互联网主要技术特征
根据能源互联网的定义，可提炼出以下6点技术特征[6, 13-16]：
1）可再生能源在广域范围内的优化利用。能源互联网将各种一次能源，特别是可再生能源转化成二次电力能源，通过分布式能源采集和储能装置管理能量流，并在用户侧实现能源的互联和共享。
2）灵活性和可控性极高的电力网络。能源互联网依靠先进的柔性控制技术，实现灵活高效的电能变换，优化能量传输路径，并提供多种兼容性的电能输出接口。
3）分布式能量自治单元。就地收集、存储和使用能源的微单元，可作为一个可调度负荷，与电网进行快速交互、响应电网调度指令。该单元单一规模小，然而分布数量大、范围广。
4）新型信息-能源融合的“广域网”。能源互联网以大电网为“主干网”，以微网、能量自治单元为“局域网”，以开放对等的信息-能源一体化架构实现能量流的双向按需传输和动态平衡。
5）储能装置的广泛应用[17]。蓄电(机械转换、化学转化等)、蓄热(水/冰蓄冷、热化学存储)等储能技术和设备，具备不同的存储容量和响应速度，以确保能源动态流动的实时平衡。
6）全面智能化的管控方式。大数据分析、机器学习等智能算法将成为能源互联网重要的技术支撑，能源从生产到使用的整个过程将具备“自我学习、自我进化”的生命体智能化特征。
简而言之，能源互联网具有以下5种内在属性：包容性(可接纳各种分布式、多元能源的接入)；开放性(能接纳多方用户参与、采用高新技术)；系统性(为一个跨学科、全方位、统一协调的系统工程)；广泛性(涉及能源领域各环节、电力用户数量巨大)；互动性(横向各种能源，纵向源网荷紧密耦合，优化高效)。
2 能源互联网基本特征及关键要素分析
本节首先通过建立数学模型，表征了能源互联网的基本规律，并阐释了能源互联网多目标管理的实现方法；进而，分析了关键管控单元-能源路由器的基本特征，并分别讨论了智能电网、信息网在能源互联网体系中的定位和主要职责。
2.1能源互联网基本特征
2.1.1 能源互联网基本规律
能源互联网对能源的供给、输送、分配和利用实现全面管控。其基本规律为
式中：E表示传统类型的能源供应，下标g指具体的能源类型，Eg(t)指能源g在时刻t的供应量；DE表示分布式发电的供应，下标h指分布式电源的具体类型，DEh(t)指能源h在时刻t的供应量；PLoad表示传统负荷，下标i指具体负荷类型，PLoadi(t)指负荷i在时刻t的能源需求量；ALoadj(t)×Xj(t)是相对于传统负荷而言、具备供能与用能双重身份的负荷，包括储能及电动汽车等柔性负荷，下标j代表具体负荷的类型，当负荷j处于供能状态时Xj(t)取值-1，当处于用能状态时Xj(t)取值为1；Loss(t)指t时刻能源损耗量。
式(1)表示能源的供应与利用保持实时、动态平衡。在能源供应侧，既包括传统一次能源，又包括太阳能、风能等具有波动性、间歇性和随机性的可再生能源；在负荷应用侧，诸如储能、电动汽车等主动式负荷的接入，使得负荷在时、空范围内具有随机性和不确定性。动态、实时平衡供需，是能源互联网的基本规律。
2.1.2 能源互联网管控模型
在满足基本规律的基础上，可进一步实现能源的优化管控。具体的管控目标包括：全局能源的最优利用、最小化碳排放，最小化运维费用，最小化能量损耗(如电网的线损、变损以及其他元件设备的损耗)，最优化能源服务水平(如电网中电能质量最优)等。为平衡上述不同分支目标之间所存在的冲突，需借助目标管理、资产管理等科学的管理方法进行决策。优化决策的模型为
式：F为优化决策目标，f1, f2, …, fp为具体的分支目标；gi为不等式约束；hj为等式约束；(x1,x2,…,xn)为决策变量。具体实现优化决策的方法包括主要目标法、线性加权法、分层序列法等。其中，主要目标法选定一个分支目标以实现最优决策，对于其他分支目标的约束则放宽至一定范围内；线性加权法将具有相同量纲的分支目标fi赋予相应的权系数wi并进行线性加权，从而把多目标优化问题转化为单目标优化问题；分层序列法将所有分支目标按照重要性的不同设置为多个不同层级，进而逐层对分支目标进行计算，最终实现目标F的优化。在应对具体问题时，可采用上述某一种方法，或同时采用多种方法进行求解、决策。
2.1.3能源互联网控制方式
式(1)和式(2)是能源互联网的基础和核心，它们的实现主要依赖于信息网与能源网，特别是智能电网的有效支撑。具体而言，电网应实现多种能源形式的灵活、高效转换和传输，实现风、光、储、用的平滑协调和动态平衡[18-19]。信息网应协同电网，构建安全、简洁的标准协议和通信方式，实现能源的规模化开放互联[20- 21]。
在能源互联网体系中，实现可靠控制的一种有效方式是采用能源路由器[22]，它具有融合信息流和能量流的特征，通过信息流获取能量流的运行状态，进而及时对能量流进行调度、控制，实现各类具体的管控功能。就基本功能结构而言，能源路由器主要包括4项基本功能和3个结构层次。
4项基本功能包括：）对能量流实现动态控制。传统发电单元、分布式发电单元以及储能等柔性负荷具有不同的静态、动态响应特征，能源路由器需要适应并统筹传统能源和这些多元、复杂、非线性的能量单元，确保能量流的动态平衡，保证电网在稳态运行时以及发生扰动时的安全稳定，并且维持一定的电能质量。在扰动方面，特别当电网发生故障时，能源路由器应具备故障隔离、故障定位和故障恢复功能。若电网处于孤网运行状态，能源路由器应能够由并网控制模式转为离网控制模式。上述功能的实现，要求能源路由器融合储能、电力电子、保护与控制等相关技术和装置，具备调整电网运行方式、调控电能质量、操作开关及其他控制设备等功能。2）对信息流实时接收、处理和共享。为对能量流的调控提供支持，信息流必须快速、精准接收，并准确、及时处理。这就需要在通信协议、模式和传输通道上设置冗余，这一方面可借助物联网领域的先进成果，在数据处理方面应用云计算、大数据、机器学习等先进技术，实现智能化信息处理。此外，还需要配置容错机制，防止信息传输失真甚至错误而造成决策的失误。3）提供高级能源服务，支持多种个性化、定制化的能源应用策略。如当用户设置的策略为能源使用价格最低时，能源路由器将结合各类发、输电资源的使用运行信息和实时电价信息，搜寻价格最低的供能方式，并安排相应的能源供应、输送、存储和消费方式。4）实现运维信息记录和人机交互。常规功能上，包括网络拓扑和元件的可视化、故障录波、异常事件记录、维护检修记录等日志文件管理，辅助技术改进和升级。互动方面，包括友好互动的人机界面、灵活方便的功能选项等。
结构层次方面，由于电网具有不同的电压等级和网络拓扑，如主干网通常为特高压远距离环状网络，局域网多为中/低压短距离环状/辐射状网络，因此，能源路由器具有上层单元、平行层单元和下层单元这3个结构层次。以某一局域网能源路由器为例，位于主干网或者更高一级电压等级的能源路由器是其上层单元，局域网内的其他路由器则为平行层单元，更低一级电压等级的路由器是其下层单元。对上层单元，该路由器接受、执行命令，并反馈执行结果；对平行层单元，该路由器与其他路由器的重要性相同，它们之间进行信息共享和协同管理，实现各类优化管控目标；对下层单元，该路由器发布命令并收集命令执行结果。此外，运行人员也可根据具体情况和重要性对能源路由器的层次进行设定。
能源路由器实际上代表了下一代分布式自动控制和保护的理念。
关于智能电网、信息网分别在能源互联网中的定位和职责，进一步说明如下。
2.2 智能电网与能源互联网
在能源互联网体系中，智能电网是承载不同能源转化与利用的枢纽，涵盖了传统电源的接入、输电、变电、配电、用电等各个环节，同时可兼容分布式电源和各类储能装置。在技术层面利用信息通信技术、自动控制技术、电力电子技术等，实现电能管理与应用的信息化和自动化。在用户侧，智能电网提供了灵活且具备高度兼容性的接口，实现即插即用的电能应用方式。图2示出一种基于电力电子变压器的并网接口示意图。在10kV配电网侧，交流电网接入该变压器AC/DC模块，直流电网可直接接入该变压器内部的DC母线。变压器输出侧可同时实现高频DC/DC变流和DC/AC逆变，既可与直流负荷、直流220V低压电网对接，也可与交流负荷、交流220 V低压电网对接。
然而，智能电网与能源互联网具有不同的外延和内涵[12-13,23]，其主要区别如表1所示。
图2电力电子变压器示意图
表1 智能电网与能源互联网的主要区别
项目 | 智能电网 | 能源互联网 |
物理实体 | 电网 | 电网+气网+输油网+热力网+交通系统等 |
能量利用形式 | 电能 | 电能、热能、化学能等 |
基础理论 | 信息论、系统论、控制论等 | 更广泛，复杂、交互式的网络与系统 |
架构 | 不同国家标准有差异 | 物理层、通信层、数据层、应用层、业务层 5部分构成，能源流和信息流自由交换和共享 |
应用场景 | 电网为主 | 延伸至智慧社区、智能能源管理等领域 |
由表1可得，能源互联网与智能电网从体量到架构均产生了变化，能源互联网在概念、技术和方法上的内涵和外延则更为全面和深入。能源互联网在开放互联、能量交换和路由等特征上有别于目前一般意义下的智能电网，能源互联网打破封闭的“电力生产-电力消费”体系，将电力系统与其他能源系统进行融合，实现多能源系统之间的协同优化管控。在架构层面，能源互联网的一种典型架构包含了物理层、通信层、数据层、应用层、业务层5部分，层次分明、结构清晰，实现能源流和信息流的自由交换和共享。在应用场景方面，能源互联网延伸至智慧社区、智能能源管理等领域，实现用户利用能量的便捷化、一体化、互动化，能够形成灵活多样的技术管理和商业运作模式，具有更大的发展空间和更多的商业形态。
2.3 信息网与能源互联网
信息网是实现能源互联网管理和调度的关键实现手段，信息通信技术与电力系统的结合，主要经历以下3个阶段[21]。
1）阶段1，数字化、信息化阶段：信息通信为能源行业提供服务，使信息传递方便、快捷。
2）阶段2，智能化阶段：信息流与能量流开始广泛结合，信息通信技术成为能源基础设施不可或缺的一部分。
3）阶段3，信息物理融合阶段：信息通信基础设施与能源电力基础设施建设一体化，表现为基于物理信息融合的能源互联网发展阶段。
信息、能源基础设施走向融合一体化的发展道路，是由二者在功能、性能上的互补特性所决定的。此外，信息互联网的发展规律还对能源互联网具有多重指导价值。信息互联网将大量计算机和智能移动终端，通过路由器、交换机、服务器等硬件设施，并结合通讯协议、数据库等软件设施，组成了庞大的网络系统，实现了信息的开放、对等和自由共享。大量的冗余保证了信息传输的可靠性，分散的路由技术使不同终端设备、不同传输线路之间互为动态备用，从而保持较高的设备利用率。
然而，需要强调的是，能量和信息的交换和传输还是有差异的[24-25]。能源互联网必须时刻保证能量供需的实时相等，而信息互联网无此约束。这是由于电力具有同质化、一次性消耗、不能重复“分享”的特点，而信息则具有个性化、长期保存、可重复分享的特点。这也决定了电力并非都有必要像信息一样在任意2个节点间传输。这一区别导致了能源和信息在基础架构上的区别。以电网为例，能源互联网需要利用储能和直流输电等技术实现能量的缓冲和解耦，通过广泛互联实现广域的动态互备用，以达到能源网络安全、稳定、可靠的目标。
3 能源互联网发展模式预测及建议
相较于信息互联网，能源互联网的建设成本高、建设周期长。除了技术瓶颈需要攻关之外，其发展还必然受到政策、经济、社会等多方面因素的影响。本节将综合这些因素，探索能源互联网的发展模式，并从政策和技术两个层面提出发展建议。
3.1 能源互联网发展模式预测
近年来，我国政府对能源领域的重视程度和支持力度不断提升。2015年年初，政府工作报告提出开展“互联网+”行动计划，指出在能源领域推动能源革命。6月30日，中国发布《强化应对气候变化行动-中国国家自主贡献》报告，提出到2030年实现碳排放强度比2005年降低60%~65%的目标[26]。7月13日，国家能源局发布“关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见”，鼓励综合利用风能、太阳能等各类分布式能源多能互补的特点，建立以波动性新能源为主体的发、输、配、储、用一体化局域电力系统；在管控方法上按照互联网理念，运用先进的互联网信息技术，实现能源生产和使用的智能化[27]。这些政策将指导能源互联网快速发展。
具体而言，能源互联网在能源结构、技术属性和市场形态方面的发展模式将分别呈现以下特征。
1）能源结构方面，能源供应环节将逐步形成绿色环保、节约高效、安全可靠的能源品质，多元发展的能源结构和多轮驱动的能源供应体系；在能源供应端，集中式与分布式能源将呈现协调发展、相辅相成的趋势。这一基本结构是由能源、负荷的地理分布及内在属性决定的。一方面，规模化、集中式的能源在我国西北地区分布广泛，负荷中心则主要分布于中东部地区。随着超/特高压交/直流远距离输电技术的不断成熟，未来“西电东送”、“北电南送”的格局将继续维持，能源类型将由目前以水电和煤电为主，逐步转变为水电、煤电、大规模风电和太阳能并重[28-29]，并逐步提高可再生能源的占比。另一方面，诸如屋顶光伏、电动汽车等各类单一容量小、总体数量大的分布式资源在地域上具有分散的特性，能够就地收集、存储和利用这些资源的局域网是高效、便捷利用能源的必然途径。因此，集中式与分布式的能源供应方式将协调共存。能源供应环节将逐步形成绿色环保、节约高效、安全可靠的能源品质，多元发展的能源结构和多轮驱动的能源供应体系；产业技术发展以绿色低碳为方向，关键支撑技术、高效的产业和商业模式有望实现重大突破和创新；政策体制方面，将逐步构建有效竞争的市场结构和市场体系，政府将通过建立健全能源法律体系和电力规划设计体系等方式，促进电力的发展和管理机制实现科学化、标准化、法制化、市场化。
2）技术属性方面，信息技术和信息化的管理模式将在能源互联网体系中不断深化发展。这包括2层含义：
首先，信息技术是实现“物联网”和能源互联网的前提。深化发展信息技术，电流、电压、声、光、热等各类传感器和嵌入式数据采集器的大量、广泛应用是基础，实时、可靠的通信网络是媒介，高效、智能的控制算法是核心。只有在这一的基础上，能源互联网才能有效整合能源生产数据、电网运行数据、用户需求数据、能源市场数据及其他各类数据，实现能源管控的目标。
其次，能量的“信息化管理”模式，是能源互联网实时平衡供需、优化能源应用的有效途径[30]。由第1节可知，为应对分布式电源和各类负荷在能量生产和使用环节所具有的间歇性和随机性，储能装置是关键的能量缓冲单元。从信息论的角度理解，引入储能实际上是将能量在调配过程中从连续量转变为离散量，这一转变使得能源互联网可以按照信息互联网管控信息流的机制对离散化的能量流进行调度。图3示出一种能量的信息化管理与分配策略。在能源供应侧，“能量调度与控制”根据不同电源的时间属性和特点，统筹调度控制各个电源的发电时间区段、容量及比例，并调控输电网络的潮流，以充分利用现有主干网络的能源传输价值，并大幅度提高可再生能源发电占比，逐步将燃煤电厂变成调节性电源。实现这一功能的一种技术方案是主干网能源路由器。相应的，局域网能源路由器承担着分布式局域网与主干网可靠互联的职责。进而，位于负荷侧的能源路由器与具备不同特性的储能装置、主动式负荷和传统负荷交互，该能源路由器根据不同类型负荷的用电行为特征、个性化的用电需求，并结合经济性将电能予以灵活分配，实现对离散化能量的优化管理。其中，主动负荷是相对传统负荷的发用储一体化用电单元，即分布式能量自治单元。本例中，主干网能源路由器是局域网能源路的上层单元；局域网能源路是负荷侧能源路的上层单元；不同的负荷侧能源路由器互为平行层单元。
图3 一种能量信息化管理策略示意图
3）产业技术发展以绿色低碳为方向，关键支撑技术、高效的产业和商业模式有望实现重大突破和创新。市场形态方面，参与主体更多、进入门槛更低、方式更为灵活的模式创新将不断产生[31-35]。今年以来，新一轮电力体制改革进入深水区，政策力度空前。电力改革的任务之一是开放售电市场，逐步建立发电企业与电力用户直接交易的售电模式，从而改变电网企业通过上网电价和销售电价的价差获得收益的盈利模式。电网企业的服务模式也将因能源互联网的到来而发生巨变。因此，未来电网公司需要尽快转变理念，顺势改革，锐意创新，以崭新的姿态和朝气蓬勃的创业精神，投入并引领改革大潮，逐步从目前输配电资产投资和运营管理企业，转变为以输配电资产投资和运营管理为基础，同时提供安全可靠、经济优质的电力服务和互联共享的信息服务的企业[29]。值得一提的是，开发应用先进的资产管理体系和方法，从整体系统的规划、运维、营销、全寿命周期管理各个方面，实现信息化、科学化、系统化、精益化的资产管理和风险管控，将是能源互联网的新的重要任务之一，也是电网企业转型升级的必由之路。
对创新型中小企业而言，首先，电力市场化交易和售电侧开放将成为关键突破口。具体的，电力交易包括电力趸售和自建电源销售等模式，其消费主体包括工业、商业、居民等3种类型。对于不同的用户类型，应有效利用大数据分析和用户用电预测技术，制定有针对性的营销模式，提供个性化、定制化的服务和负荷侧管理策略。其次，提供能源增值服务将逐步形成广泛灵活的商业业态。如开发能量综合管理软件，为用户提供节能和能耗管理服务；开发基于互联网的信息查询软件、费用缴纳或其他服务性软件，可作为互联网“入口”，以经济杠杆方式增加用户兴趣，形成用户规模，引导低碳、节能、高效的能源生产和生活方式，建立能源节约型社会。
3.2 发展建议
源互联网作为下一代新能源体系，极大地冲击着传统的行业、市场和管理体制。然而，能源互联网在全球范围内仍处于实验探索阶段，政府和相关行业应采取科学有序的步骤开展相关工作。
在国家战略政策层面，应当通过建立健全能源法律体系和电力规划设计体系等方式，促进电力的发展和管理机制实现科学化、标准化、法制化，逐步建成有效竞争的市场结构和市场体系。应超前引导市场，制定能够满足能源系统在未来数十年发展的政策法规、技术路线，以及相应的激励机制，为“能源革命”战略和“互联网+”行动计划提供支持。在学习欧美等国家发展经验的同时，建立符合中国国情的能源互联网体系，带动市场稳步发展。
在技术发展层面，亟待突破的领域包括建立健全网、源协调发展机制，加强多能源互联和优化互补，构建可靠、高效的信息通信平台等。能源互联网的建设是各类型先进技术的整合，能源路由器、柔性输配电技术、高效储能技术、智能化控制技术、远程监测与诊断技术以及“大数据”、“云计算”技术在能源系统中的应用等一系列关键技术需要集中力量进行攻关和研发，保证相关技术能够在实际建设过程中得到顺利推广和应用。
关键的瓶颈技术包括：1）智能传感器(advanced metering infrastructure，AMI)等智能传感技术，该技术是物联网的基础，也是大数据的源头；2）信息物理系统CPS，实现能量的信息化与互联网化管控，同时兼顾信息空间安全和物理实体安全；3）电力系统调度运行管理，如DSM(distribution system management)等软硬件技术，实现能源高效调度和利用；4）智能配电网的关键设备和新型材料研发；5）ESS(energy storage system)研发，支撑可再生能源大规模并网发电；6）融合多元能源、实现供需互动的能源的互联网架构规划技术，是提高能效的关键；7）主动配电系统规划运行技术；8）直流输配电和微网技术的研究；9）高级资产管理体系；10）大数据、云计算、机器学习等技术应用。上述关键技术的突破将产生巨大社会价值和经济效益。
1）能源互联网的定义初探：以电力系统为中心，智能电网为骨干，互联网、大数据、云计算及其他前沿信息通信技术为纽带，综合运用先进的电力电子技术和智能管理技术，能够实现横向多源互补、纵向源-网-荷-储协调的能源与信息高度融合的下一代能源体系。同时具有扁平化性，面向社会的平台性、商业性和用户服务性。具体讲，是在骨干电网的基础上，以大量分布式能量采集和储存装置所构成的新型电力网络为链接枢纽，将电力、石油、天然气及交通运输网络等能源节点进行互联，形成多层耦合的网络架构，通过虚拟电厂和电网实现个性化、定制化的能量生产与应用，利用能源路由器将无序、低熵的能量流按照最佳路径向可控、高熵的负载流动，实现能量流的全面调控、优化、交互和共享。
2）能源互联网的关键技术特征包括：可再生能源在广域范围内的优化利用；灵活性和可控性极高的电力网络；分布式能量的自治单元；新型信息-能源融合的“广域网”；储能装置的广泛应用；全面智能化的管控方式。
3）能源互联网的基本规律是能源的生产与利用保持实时、动态的平衡。在此基础上，能源互联网可实现包含多个分支目标的优化管理，在方法层面上可借助多目标管理、资产管理等方法，在物理实现层面上则依赖于电力网络、信息网络的协同合作和深度融合。其中，能源路由器是能源互联网的关键设备，应该具有4项基本功能和3个结构层次。
4）能源互联网的发展，将在能源结构方面形成集中式与分布式协调发展、相辅相成的能源供应模式；在技术属性方面，信息技术和信息化的管理模式将对能量流赋予信息属性，实现信息流对能量流的灵活管控；在市场形态方面，参与主体更多、进入门槛更低、方式更为灵活的模式创新将不断产生。通过能源互联网将发电设备、电网设备和用户进行互联，进行实时信息交换，实现横向能源互补、纵向源网荷协调，提高系统总体经济效益，同时提高可再生能源渗透率，保证供需实时平衡，维护系统安全稳定运行。
参考文献（略）
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