7月30日，中国综合智慧能源平台组织联合体（Alliance-6）主办的“2020综合智慧能源优秀示范项目案例报告会”召开，引起行业广泛关注，线上、线下参会人员达到20万人。本人有幸参加嘉宾对话环节，与行业内的几位专家就综合智慧能源在能源变革中的作用、制约综合智慧能源产业发展的主要障碍和问题进行了讨论。会后意犹未尽之余，对某些关键问题进行了思考，现整理后与大家分享。国网公司提的能源互联网也好，国电投提的综合智慧能源也好，核心在于通过多网（电网、热力网、交通网等）融合与多流（能源流、信息流、价值流等）合一，构建多能互联的新一代能源系统，承载能源变革历史使命，推动传统能源企业业务模式的转型。
能源变革关系到“人类生存”的终极命题，通过能源转型应对气候变化，促进世纪末两度温升控制目标实现，已受到社会各界关注。根据国内外研究机构发布的成果，能源变革将大致遵循以下思路：
其一，能源增速放缓，新增部分主要由非化石能源构成。
其二，一次电力增长推动一次能源结构调整，到2050年风、光产生的电能在一次能源中占比将超过40%（电煤换算法），带动非化石能源在一次能源中的占比接近60%。其三，终端能源结构调整，电能替代最为显著，2050年占比超过50%。其四，用能部门能耗变化明显，工业用能比例从60%下降至40%左右，下降份额被建筑、交通均分；电能替代深度不一，建筑领域电能替代深度最大，交通领域替代速度最快。显而易见，能源转型的核心在可再生能源替代，以及由此带来的为消纳一次电力产生的电能替代，而终端各部门的用能比例的消长，也为电能替代提供了便利，因为相对工业领域的高温蒸汽，电能在建筑常规冷热以及电动汽车应用中，更容易对化石能源进行替代。所以，发展以电为中心的能源生产、消费体系，建设以电网为中心的能源互联网架构，已是不争的事实。
在当前所有的单一能源系统中，电力系统具有最为完整的体系，为我们研究能源互联网提供了对照与启示。 电网调度的核心在于不断消除系统中的不平衡，使电网频率、电压、功率等变量，在各种扰动和故障情况下始终处于安全边界内。原理说起来很简单，却是很复杂的系统工程，需要考虑不同变量的时空特性，一是要实现调节手段与波动在时间上合理匹配，比如调频过程中，靠一次调频快速消除频发的、幅度小的功率扰动，又要通过AGC和优化调度的配合，消除长周期、大幅度的功率不平衡。二是在空间维度上，实现全局优化与局部优化的折中。在技术上，全局和局部是一对按下葫芦浮起瓢的矛盾，更有纵向一体的电力体系带来的问题，不同层级往往一叶障目不见泰山，难以自主实现与上下层级、同一层级的协同。在能源变革的愿景中，可再生能源发展产生了以电为中心的能源体系，但也给电网带来不可承受之重担。当下风电、光伏装机占总装机20%，电网调峰已不堪重负，未来实现10倍的增长更是无法想象，电网“调峰革命”将成为能源革命中最基础、最激烈的一场斗争。传统电网运行中，调峰责任通过调度手段分配给统调的集中式电源承担，该思路推动了抽水蓄能等电站的建设，电化学储能电站也是这种思维的延续，这是非常昂贵的一种方式。因为调峰资源是一种尖峰性资源（低谷时段负调节可以认为是反向尖峰资源），专门投资建设的调峰电源在大多数时段闲置造成投资的浪费。特别对于风电、光伏这种具有间歇性与尖峰性的电源，理论上用同样具有尖峰性负荷的反向调节来对冲，是边际成本最优的调峰方式。在能源互联网中，考虑不同能源的时间特性不同，可以发掘大量的具有尖峰特性、可调节的灵活性负荷（在缺少调控手段和激励机制的情况下，这些调节资源处于沉睡状态）。比如，夏季和冬季是调峰资源最紧缺的时间，正好利用冷热设备时间惯性为电力调峰。空调是最具尖峰性的负荷，我国夏季高峰时段空调负荷最高超过3亿千瓦，而仅聚合1/3的空调进行调峰，可获得1亿千瓦的调节能力，是三峡电站总功率的5倍左右（这也是国网公司推行万栋楼宇行动的主因）。而在空调系统中加装蓄冷蓄热设备，可以缓解更为紧迫的夜间负备用不足的问题。同样，冬季低谷时段增加电锅炉、空气源热泵等出力，短暂进行热电解耦为电网调峰。在电动汽车充分发展的场景中，全国电动汽车高峰充电功率将达到亿千瓦量级，如果大量汽车在高峰时段充电将带来另一个调峰灾难。实现电动交通网与电网的深度融合与互动，是解决充电功率波动和配电容量有效利用的唯一途径，采用有序充电技术和V2G技术，将电动交通网变成电网的调峰资源，为可再生能源消纳开辟新的途径。二是寻求最优经济半径和最优转化路径，实现区域能源自治回顾电网的扩张，伴随着电力供需空间不平衡的扩张。由于集中发电与分散用电的不平衡产生了最初的地区电网；地区资源禀赋与负荷需求的不平衡，促进地区电网扩展到省级、区域级电网；大水电、大火电和大可再生能源基地的开发又催生了特高压联网。大家都喜欢大电网，但每个系统都有它的经济半径，电网的建立是为了消除不平衡，而不是推动不平衡的产生。当前通过特高压系统进行大功率远距离的流动，给电网安全带来很大冲击；早几年三北地区新能源电站大面积限电，与之相反的华东等接近负荷中心的新能源电站却取得了更好的收益。这些问题的出现，一方面是资源禀赋与负荷的不平衡，另一方面也绕不开不同利益主体之争，造成规划的不协调与局部能源流动的失衡，在各自为战的能源体系下，无法有效发现能源最优经济半径。建设能源互联网实际上提供了一次问题修正的机会。采用多能互补满足多种终端能源需求，增加了区域内能源自给自足的可能性。一是因为每个区域内风、光、水、余热、生物质、污水、垃圾等资源多样化，提供了相互增补的机会。分布式光伏、分散式风电等分布式发电方式，（水）地源热泵、污水源热泵、低温热回收等冷热供应技术，生物质资源分布式热电联产与分散式采暖，给区域能源一定程度的自治提供了更多的手段。二是开展区域内多能互补规划，寻找最优转化路径。减少能源转化环节，能大幅提高能效和降低中间投资。在转化路径上，实现区域内多种能源供给与终端需求的合理匹配，如：燃料不经中间环节，直接燃烧供热（生物质不经发电、制气等环节，直接通过成型燃料供热）；余热资源的高能高用、梯级利用等。三是区域调节资源的挖掘。以往分布式能源将利益留给自己，将调峰压力留给大电网的方式是不可取的，区域自治需要通过契约的方式，充分挖掘内部调峰资源，助力大系统的平衡，这也是区域能源自治实现的基础。实际上，理念的进步甚至比技术进步更重要。转换单一能源体制下的惯性思维，充分挖掘当地能源禀赋潜力，满足地域特色的需求，就地平衡，一地一策，防止大范围的能源流动和大规模的系统建设支出，在更多局部平衡的基础上，降低大系统担负的义务，将给能源互联网铸造更强的基础。
没有魂的架构只是泥胎木偶，对于能源互联网这个魂就是市场机制。价格是推动能源互联网内生逻辑起作用的动力，只有通过价格信号大范围流动，才能促进上述各项目标的实现。反观以前的电网，我们设计了很多精密的优化模型和算法，但由于价格这个最重要变量的缺失，制约了电网优化资源配置能力的发挥。当前，可再生能源长远发展，能源网中调节资源的唤醒，电化学储能准入等问题，解决根本也在于市场的建立。能源行业具有很强的外部性，仅仅建立能量市场无法充分发掘各种能源的外部价值，只有建立与之适应的市场机制才能摆脱补贴、配额等依赖，促进其健康、长远发展。构建碳交易市场，体现可再生能源低碳减排价值；建设调峰、调频、容量备用的辅助服务市场，才能促进能源网各种调峰资源的觉醒，建立规模化的虚拟电厂业态；也只有这样才能解决电化学储能的盈利模式问题。（由于市场机制的设计，是一个非常宏大的命题，在此不过多涉及）在市场机制建立过程中，能源互联网通过市场要素配置进行价值创造：首先是聚合多方主体，建立开放的接入平台，促进集中式、分布式主体平等准入，生产者和消费者的边界逐步淡化。其次，通过市场手段发现最优经济半径，能源互联网链接各种能源、各类主体和各种服务，在区域能源自治基础上，与大系统在能源互换、调峰资源共享方面订立合同，推进交易在更大范围内进行，消除价格的不平衡和信息的不平衡，促进最优边际成本的发现；第三，挖掘市场深度，催生各类增值服务、金融衍生品等多种交易品种，孵化出新的蓝海市场。
既然是能源互联网，那么互联网在其中一定占有一席之地。实际上，很多人更热衷于谈互联网概念对能源的颠覆，但其中很多思想我个人不太跟得上。云大物移智链的应用，对于能源的外延拓展和新的业态发展产生了很大的作用，但互联网的逻辑却不能生硬的套到能源上面。比如互联网的流量思维建立的基础是信息的无限可复制、同样的信息产品边际成本几乎为零，通过对客户需求进行细分，针对性地对产品进行菜单化设计，借助信息的大水漫灌，只要有少数买单者就可获利，同时互联网行业讲究花未来的钱，讲的是“羊毛出在狗身上，猪来买单”逻辑。而在能源领域这个逻辑在大范围内是不成立的，因为能源的边际成本是比较高的，即便是风电、光伏要送到用户手里输配电价也不能接近免费，那么我们讲的是“没有免费的午餐”逻辑。但是，云大物移智链技术对能源互联网的重要支撑作用，使很多业务从不可能变成了现实。首先通过全面信息的感知、海量数据库的建立以及知识发现，推动价格信息、盈利空间的发现，数据和信息成为能源区域自治、市场交易和业务决策的生命。比如，辅助服务市场、现货市场的建立，高度依赖数据、模型和算法，在全网一盘棋的电力市场中，交易主体的关联性比其他商品市场更强，每一个主体的获利取决于电网的状况和其他主体的行为，获得更多的数据和信息，并依靠人工智能生成最优的决策，是交易的生存之道。同样，对于新能源项目、区域能源项目的设计、投资和运营，技术的难点在于未来能源供需数据的预测以及价格的预测，也依赖高度的量化支撑体系。其次，云大物移智链技术成为能源网安全的重要支撑。电网安全控制的一个法宝是，通过仿真计算对电网未来可能出现的场景进行模拟，以此确定安全边界来指导运行。但该方法在能源互联网中却不一定有效，一是多种能源网的融合造成计算维度的指数级增加，二是间歇性能源大规模接入、电力电子设备对交流电网结构的破坏、各类主体的市场行为等等，增加了能源互联网的不确定性，引入云大物移智链技术，解决维灾难和各种不确定性问题，成为能源互联网模拟仿真和安全裕度计算的发展方向。
能源互联网的建设仍然有很长的路要走。当前能源互联网仍处于初级阶段，是一种以电网为核心，包含在边缘与之有电气连接的局域交通网、局部供热（冷）系统，真正称得上是能源互联的深度连接、能源双向流动并没有产生。实际上，当前技术条件下很难做到，因为在每一个具体场景中，能源的转化一般是单向不可逆的，而且每一次转化过程中带来的是较大比例的损耗。比如电能可以方便转化为热、冷等其他能源形式，但是热要变成电只有在电厂才能完成；电和气之间的转换也如此。对比变压器，我们寄希望于真正意义上的能源路由器的出现，或者找到一种非常便捷的万能转换的能源品种，满足各种能源形式之间便捷、自由、高效的转换要求，这就意味着熵增定律的打破。科技的进步不在一朝一夕之功，即便高歌猛进的互联网，其底层原理和技术的积累也跨越了大半个世纪；爱因斯坦的理论经历百年，尚有众多猜想需要验证。能源互联网亦如此，能源互联网思想的滥觞，可以追溯到十几年前AI技术在电网运行规则中的应用；2015年孙宏斌教授发起能源互联网香山会议至今也已过去5年，今年《能源互联网》的出版才宣告理论系统的完成。未来科技的进步会取得怎样的突破难以预知，能源互联网壮阔、瑰丽但也布满荆棘的征程刚刚开启，就让我们以实践者的姿态拥抱即将来临的挑战吧！本文很多观点受到孙宏斌教授主编的《能源互联网》的启发，在此向各位学者致以崇高的敬意！
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