能源互聯(lián)網價值創(chuàng)造、業(yè)態(tài)創(chuàng)新與發(fā)展戰(zhàn)略
唐躍中1，夏清2,3*，張鵬飛4，譚振飛3，劉宇塵3，孫冰瑩5，汪洋5
（1．國網上海市電力公司；2．清華四川能源互聯(lián)網研究院；3．清華大學電機工程與應用電子技術系；4．國網上海市電力公司電力科學研究院；5．北京清能互聯(lián)科技有限公司）
原文發(fā)表在《全球能源互聯(lián)網》2022年第2期“聚焦”欄目，歡迎點擊品讀。本文得到國家電網有限公司科技項目（52094021000A）資助。
文章導讀
能源互聯(lián)網的建設不僅需要技術手段的支撐，更需要以價值為驅動激活各方主體參與，打造互惠共贏的能源生態(tài)圈。為此，本文從能源、信息和制度經濟學的視角出發(fā)，深入分析能源互聯(lián)網的價值創(chuàng)造機理、業(yè)態(tài)創(chuàng)新范式和發(fā)展戰(zhàn)略選擇。
摘要
首先，剖析了能源互聯(lián)網的價值創(chuàng)造機理，其本質是以多能融合突破孤立系統(tǒng)的邊界，從而顯著擴大資源優(yōu)化配置的空間；通過信息技術使得能源系統(tǒng)更加有序，進而促進能源系統(tǒng)的“熵減”；通過能源互聯(lián)網平臺釋放范圍經濟的巨大紅利。其次，設計了基于共享經濟機制、降低交易成本、激勵共享共贏的能源互聯(lián)網價值分配機制，謀劃了能源互聯(lián)網支撐智慧城市發(fā)展、支撐綠電追蹤、支撐能源消費節(jié)能降耗、提升工業(yè)資產利用率、助力政府治理的新業(yè)態(tài)。最后，策劃了以再電氣化為核心目標、基于價值公平分配的數(shù)據共享、以數(shù)字孿生為平臺的人工智能、以負荷調度替代需求側響應、基于共享經濟的能源互聯(lián)網市場機制的發(fā)展戰(zhàn)略。
引言
隨著研究的不斷深入，國內對能源互聯(lián)網的定義不斷擴充完善，目前的主流觀點認為：能源互聯(lián)網的價值及新業(yè)態(tài)不斷發(fā)掘和涌現(xiàn)，在“新型能源體系論”基礎上，其定義擴充為“一種新的能源經濟業(yè)態(tài)”，基本架構由“能源系統(tǒng)的類互聯(lián)網化”和“互聯(lián)網+”組成，包括多能協(xié)同的能源網絡、信息融合的能源系統(tǒng)和創(chuàng)新模式的能源運營三個層級，是互聯(lián)網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業(yè)發(fā)展新形態(tài)。
? 圖1 能源互聯(lián)網概念內涵演變
目前對能源互聯(lián)網的價值來源的研究有三個角度：一是從能源轉型戰(zhàn)略的角度，二是從能源產業(yè)鏈的角度，三是從需求滿足的理論角度。
對于能源互聯(lián)網的價值創(chuàng)造機理，現(xiàn)有研究探討可以分為三類：第一類立足能源互聯(lián)網物理系統(tǒng)層面展開，包括多種能源互補和能源集成優(yōu)化；第二類側重于能源互聯(lián)網信息技術層面的分析，包括能源互聯(lián)網數(shù)據的交互、共享與挖掘；第三類著眼于能源互聯(lián)網融合創(chuàng)新層面。
現(xiàn)有文獻對能源互聯(lián)網的業(yè)態(tài)創(chuàng)新的主要觀點包括四個維度。一是促進能源系統(tǒng)清潔低碳化的業(yè)態(tài)創(chuàng)新，涉及綠色產能和綠色用能兩方面。二是提升能源轉換及利用效率的業(yè)態(tài)創(chuàng)新，涉及分布式能源、用戶側儲能和園區(qū)綜合能源等。三是優(yōu)化能源市場資源配置的業(yè)態(tài)創(chuàng)新，包括市場體系的完善和市場形式數(shù)字化。四是協(xié)助能源規(guī)劃及社會治理的業(yè)態(tài)創(chuàng)新，涉及能源規(guī)劃、城市管理和社會決策。
當前，能源互聯(lián)網已從探索階段進入全面發(fā)展時期，迫切需要系統(tǒng)性地理解能源互聯(lián)網的價值創(chuàng)造機理、業(yè)態(tài)創(chuàng)新范式和發(fā)展戰(zhàn)略選擇。
1、能源互聯(lián)網價值創(chuàng)造
1.1 能源互聯(lián)網促進了能源系統(tǒng)的“熵減”
能源互聯(lián)網通過多能源融合打破了單一能源系統(tǒng)的封閉性，降低了熵增速度。
儲能技術使得原本要耗散的能源被存儲起來，避免了由于供需不匹配而產生的能源浪費進而降低了熵增的速度。
以低碳能源替代化石能源，減少溫室氣體排放。
使用數(shù)字技術極大地降低了能源系統(tǒng)的信息熵，使得能源系統(tǒng)變得更加有序，降低了能源耗散，進而降低熵增。
1.2 能源互聯(lián)網將支撐新能源的匯聚、傳輸和存儲
實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑之一是構建新型電力系統(tǒng)，未來能源供給中新能源發(fā)電起重要作用，電網是電能匯聚、傳輸、配送的平臺，儲能則是應對新能源發(fā)電與電力需求空間與時間上不平衡的關鍵手段，將成為能源互聯(lián)網的重要環(huán)節(jié)。能源互聯(lián)網將以成熟的輸配電網作為新能源輸送的載體，實現(xiàn)新能源的聚集、傳輸和配送。
1.3 多能融合的本質是實現(xiàn)了資源在更大范圍內的優(yōu)化配置
在能源供給與需求側，不同能源之間互相替代，以競爭的方式提升了能源供給與需求的彈性。能源的梯級利用也極大提升了一次能源的利用效率。不同能源的供需時序差異性形成了彼此之間的強烈互補協(xié)同效益。從經濟學的角度，多能融合本質是實現(xiàn)了不同能源市場之間的開放，通過能源消費者在不同市場上跨品種、跨區(qū)、跨期的交易和套利行為，實現(xiàn)了多能源市場在空間和不同時間尺度上的市場均衡，必然提升能源資源在更大時空范圍內的優(yōu)化配置水平。
1.4 數(shù)據技術使得能源系統(tǒng)變得更加有序、協(xié)同、智慧
第五代移動通信（5G）、物聯(lián)網、人工智能、云計算、區(qū)塊鏈、數(shù)據中心等數(shù)據技術賦予了能源生產、傳輸、存儲與消費各環(huán)節(jié)的智能化。這種智能化的本質是能源系統(tǒng)的各要素不但產生功能，而且也提供表征其功能的數(shù)據；由于數(shù)據之間的交流，實現(xiàn)了各要素之間的協(xié)同，通過協(xié)同產生了自組織、自趨優(yōu)、自適應的功能。數(shù)據就像語言一樣，使得各要素之間能夠對話，從而使得整個系統(tǒng)變得更加有序、協(xié)同。人工智能使得人類從物理機理認知世界走向利用大數(shù)據認知世界， 能源系統(tǒng)變得更加智慧。
1.5 源網荷儲高度協(xié)同開創(chuàng)了新型電力系統(tǒng)運行的新模式
新型電力系統(tǒng)中新能源發(fā)電占重要地位，新能源在不同時間尺度和更大空間范圍內的不平衡需要“荷隨源動”與大規(guī)模儲能互動的新型電力系統(tǒng)運行方式。新型電力系統(tǒng)的調度也不再僅僅是調度電源，而將以負荷與儲能調度開啟新型電力系統(tǒng)源網荷儲全面、精準互動的新模式。
1.6 能源互聯(lián)網將獲取互聯(lián)網經濟的巨大紅利
互聯(lián)網豐富與發(fā)展了傳統(tǒng)微觀經濟學的理論與方法，催生了互聯(lián)網經濟。在互聯(lián)網上，經濟主體通過互聯(lián)網進行生產、交換、分配、消費等經濟活動，互聯(lián)網不僅為經濟主體提供了交易活動所依賴的決策信息，而且提供了交易的平臺。在這一平臺上：
所有生產與消費的市場主體聚集在一起，便構建了傳統(tǒng)經濟學認為最理想的完全競爭市場
需求的種類、數(shù)量、品質直接牽引著生產者，避免了“蛛網振蕩”的供需平衡方式
通過遠期電子化的市場交易，可以穩(wěn)定經濟主體對商品價格的預期，確保經濟活動的平穩(wěn)性
支撐市場主體決策的外部信息獲取與加工的共享化，可消除由于外部信息不對稱而產生的市場主體決策的差異性，確保外部信息獲取的公平性
可創(chuàng)新以互聯(lián)網為紐帶、產權分離、使用權共享的企業(yè)
區(qū)塊鏈構建了去中心化的信用體系，不可更改的歷史信用記錄，極大地降低了經濟主體違約的風險與由此產生的成本
以經濟實體的用電量反映微觀經濟活動規(guī)律，為政府制定宏觀經濟政策和產業(yè)政策提供科學依據，消除了政府治理過程中可能存在的信息不對稱
2、能源互聯(lián)網業(yè)態(tài)創(chuàng)新
2.1 能源互聯(lián)網開創(chuàng)了市場高效交易的新業(yè)態(tài)
能源互聯(lián)網企業(yè)將以市場方式配置資源，建立起以電力市場為主的能源市場體系。新型電力系統(tǒng)決定了電力市場在整個能源市場中的主導地位。能源互聯(lián)網以數(shù)字技術消除市場競爭中的信息不對稱，能源互聯(lián)網能夠全面提升能源經濟系統(tǒng)的彈性，以此更加高效地實現(xiàn)資源配置。
2.2 能源互聯(lián)網開創(chuàng)了價值公平分配的新業(yè)態(tài)
能源互聯(lián)網之所以能夠吸引各市場主體的不斷加入并共享信息，是因為各主體能夠公平獲取資源優(yōu)化配置與信息共享所產生的價值。
2.3 能源互聯(lián)網開創(chuàng)支撐智慧城市的新業(yè)態(tài)
智慧城市是利用各種信息技術將城市的系統(tǒng)和服務集成貫通，進而提升資源運用的效率、優(yōu)化城市管理和服務、改善市民生活質量。能源互聯(lián)網對智慧城市的主要支撐之一是利用能源互聯(lián)網采集能源信息的通道，傳輸其他的信息，從而降低了獲取其他信息的成本，產生了通道的共享效益。
2.4 能源互聯(lián)網開創(chuàng)支撐綠電追蹤的新業(yè)態(tài)
能源大數(shù)據內隱藏著新能源生產、傳輸與消費的軌跡。如圖2所示，電表精準記錄了新能源發(fā)電，綠電市場記錄了新能源生產與消費之間的交易，綠證市場記錄了綠證在不同企業(yè)之間的轉移，據此則能夠追蹤企業(yè)產品的綠證擁有量，實現(xiàn)了能源大數(shù)據支撐新能源全過程的追蹤，能夠精準地描述各中間或終端產品消費新能源的比例，從而獲得反映產品競爭力的綠色指標。
? 圖2 能源互聯(lián)網支撐綠電追蹤
2.5 能源互聯(lián)網開創(chuàng)節(jié)能降耗和提質增效的新業(yè)態(tài)
能源互聯(lián)網企業(yè)通過物聯(lián)網獲得了用戶生產過程的用電信息后，應建立用戶用能行為的研究中心，開展診斷服務，可以通過比對同類用戶的用能效率，給出提升能效的關鍵環(huán)節(jié)。能源大數(shù)據能夠分析企業(yè)所有設備的利用率，幫助企業(yè)家了解生產的進度，幫助企業(yè)家獲得各設備的實時利用率，幫助企業(yè)家了解設備的投資效果。
2.6 能源互聯(lián)網開創(chuàng)助力政府治理的新業(yè)態(tài)
能源大數(shù)據反映了整個城市能量流，表征了能源生產、傳輸與消費。能源消費的地理位置反映了社會活動的空間特征，能源消費的密度反映了工業(yè)生產的布局和居民區(qū)的分布視圖，支撐未來城市發(fā)展合理布局的決策。能源消費的時變特性反映了社會與生產活動的時序性。
3、推進能源互聯(lián)網建設的戰(zhàn)略
實現(xiàn)能源互聯(lián)網的價值與業(yè)態(tài)創(chuàng)新迫切需要科學地制定發(fā)展戰(zhàn)略。能源互聯(lián)網的主要定位應該是再電氣化、能源數(shù)據共享化、城市低碳化、電網智能化、用電智慧化、交易市場化。
再電氣化是能源互聯(lián)網建設的驅動力
以價值公平分配機制激勵能源生產、傳輸、消費的全面數(shù)據共享
構建基于數(shù)字孿生的人工智能平臺
以數(shù)字技術推進能源互聯(lián)網智慧化
用電側被動需求響應走向負荷精準調度
構建基于數(shù)據技術與共享經濟的市場機制
