我國新能源發展已經走在了世界前列，水電、風電、太陽能發電裝機已均居世界第一。為了進一步構建清潔、高效、安全、可持續的現代能源體系，國家大力推進能源互聯網的試點與示范工程，積極探索支撐能源互聯的新技術、新模式、新業態。能源互聯網是促進我國能源轉型的重要手段，而特高壓、云計算、大數據、物聯網、區塊鏈等被認為是能源互聯網的關鍵支撐技術。

 

（來源：微信公眾號“能源情報”ID：eipress 作者：龔鋼軍 張桐 魏沛芳 蘇暢 王慧娟 吳秋新 劉韌 張帥）

 

能源互聯網是能源網絡和互聯網深度融合的產物，能源互聯網集合智能電網、智能石油網、智能燃氣網、智能水網等多個行業，包括二次能源的電力和產生電力的一次能源風能、太陽能、核電、生物質能等，以及傳統石化能源、環保節能、排放控制、垃圾發電、余熱利用等的多元互動、優化配置的能源網絡。目前，由于我國能源的生產、調度、運維等屬于不同行業部門，存在管理權限和利益劃分等問題，致使能源互聯網的研究設計與示范工程建設往往是針對局部、小范圍的規模開展的，具體面臨的制約因素主要體現在以下方面：

 

1）調度交易方面的橫向分布：交易完全去中心化后能源端多源互補的智能交易方式，以及清潔能源與化石能源的互備與平衡制約因素；

 

2）調度交易方面的縱向分布：調度部分去中心化后源、網、荷、儲下的協同調度模式與物理約束因素；

 

3）網絡層：能量流與信息流的路由交換與分配模式，以及不同行業的能量流物理承載網絡和信息流通信網絡的專網專用安全隔離體系的制約因素；

 

4）用戶層：售電側放開后售電公司和大客戶直購電、微網交易、多表合一、儲能設備的充放電、基礎設施的信息物理融合等模式及制約因素。能源互聯網具有“網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動”的四大特征，實現了以開放為基礎的對等互聯式的能量交換與分享，以及能量流和信息流的高度融合與智能控制。區塊鏈作為一個分布式的數據庫和去中心化的P2P對等網絡，具有智能合約、分布決策、協同自治、防篡改的高安全性和公開透明性等特征，天然上在運行方式、拓撲形態、安全防護等方面與能源互聯網有相似之處，可以很好的支撐能源互聯體系的建設。

 

文獻中提到麥肯錫研究報告(2016年7月)指出了區塊鏈技術是繼蒸汽機、電力、信息和互聯網科技之后最有潛力觸發第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術。文獻提出了一種利用區塊鏈技術實現能源互聯網多模塊系統分布式決策和協調自治的機制框架，探討了區塊鏈和能源互聯網融合的關鍵技術；文獻提出了能源互聯網中基于區塊鏈的弱中心化管理電力交易方法，使得各市場參與者基于智能合約自發交易；文獻提出了一種基于區塊鏈的去中心化的儲能系統自動需求響應方案，能源互聯網中各響應主體根據系統的實時運行情況及參數，按照既定準則自動調整自身功率需求；文獻針對能源互聯網以及分散能量市場的條件下需求側響應資源參與市場交易中存在的問題，提出了基于區塊鏈技術的綜合需求側響應資源交易整體框架。文獻結合電力市場中大用戶直購電的需求與特點，構建了基于區塊鏈技術的大用戶直購電交易框架，從市場準入、交易、結算和物理約束等 4 個方面闡述了區塊鏈技術在大用戶直購電中的應用模式。以上文獻在電力市場交易、自動需求響應、多模塊系統分布式決策和協調自治等方面闡述了能源互聯網下區塊鏈的去中心化、智能合約、分布式決策、協同自治、交易的物理約束等應用模式，但并沒有完全結合現階段我國能源互聯面臨的制約因素，通過將區塊鏈的架構與節點映射到能源互聯網的層次架構模型和關鍵功能節點，構建基于區塊鏈的能源互聯網模型，以及能源互聯網在交易完全去中心化后的智能交易模式和調度部分去中心化后的垂直分級調度系統和多級變電站的協同調度模式。因此，本文針對區塊鏈與能源互聯網的相似網絡拓撲形態，從區塊鏈與能源互聯網的技術融合角度出發，研究在區塊鏈技術的區塊鏈支撐下能源互聯網的層次架構模型和關鍵功能節點，構建了具有“交易完全去中心化，調度部分去中心化”特點的基于區塊鏈的能源互聯網智能交易與協同調度模式，力求實現能量流和信息流的安全傳輸與分配。

 

 

 

能源互聯網為扁平化的能源體系結構，在拓撲形態上更加接近于互聯網。文獻借鑒開放系統互連(opensystem interconnection，OSI)模型，提出了由接入層、配控層、傳輸層、策略層和應用層等組成的能源互聯網 5 層參考模型，用于指導任意兩個能源開放系統之間的互連。為了更好的分析能源互聯網的結構特點，本文認為應從物理架構層次和邏輯協議層次 2 個角度分析能源互聯網的層次模型。

 

1）物理架構層次角度：能源互聯網強調各個能源體系之間的相互協調與互聯互通。從能源交易層講，能源互聯網主要包括煤、石油、天然氣化石能源，以及水、風、光、生物質、潮汐和核能等清潔能源；從調度傳輸層講，包括電網、天然氣管網、石油管網等行業網絡；從用戶層講，包括微網、售電公司、工商業用戶、居民用戶、電動汽車等具有虛擬電廠功能的儲能設施。具體如圖1所示。

 

 

能源互聯網的物理功能架構模型應包括：能源交易層、調度傳輸層和用戶層。其中，①能源交易層主要包括各類能源的生產模塊和總體分配交易模塊。能源生產模塊如電力行業的各類電廠、石油行業的石油精煉廠等；分配交易模塊如電網調度、石油調度、天然氣調度等。各類能源在該層結構中可實現多向交易，如石油電廠、天然氣電廠、石油精煉廠用電等。②調度傳輸層主要包括各類能源專屬的傳輸通道，如石油行業的管道傳輸站、天然氣供應領域的升壓站以及電力行業的國調、網調、省調、市調、縣調及各級變電站構成的調度傳輸體系。調度系統依照分配交易模塊在上一層級達成的交易協議以及自身調控需求進行能源調度分配，在該層結構中，各行業能源之間實行專網隔離，傳輸通道和調度系統均不互相干擾，以保障能源調度傳輸的高效性和安全性。③用戶層主要包括各類能源的消費者。消費者并非僅使用單一能源，且存在微網、儲能節點等，以及開放式售電的逐步推進，故存在應用端之間的數據交互和交易。該物理架構下的能源交易層和用戶層實現了多類能源的橫向互補，因此網絡上是互聯互通的。但調度傳輸層需要行業專網專用，故為橫向隔離的。原因在于，國家發改委頒布的《電力監控系統安全防護規定》(發改委第14號令)、《電力監控系統安全防護總體方案》等6個配套文件(國能安全[2015]36號)；工信部也頒布的《工業控制系統信息安全防護指南》(工信軟函[2016]338號)、《工業控制系統信息安全事件應急管理工作指南》(工信部信軟[2017]122號)等文件均要求能源行業安全防護遵循“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的十六字方針。因此，圖1中能源互聯實現了“源端橫向各行業能源的互聯互補、縱向相互隔離的各行業源網荷儲的協同調度、用戶端用戶負荷的橫向互聯互補”的架構，即能源互聯網可分別在能源交易層和用戶層橫向互聯，而不能在調度傳輸層互聯互通，否則違背信息安全防護要求。

 

2）邏輯協議層次角度：能源互聯網綜合運用云計算、物聯網、大數據與自動化等方面的技術，將大量由分布式能量采集與儲存裝置和各種類型負載所構成的新型電力網絡節點互聯起來，實現能量與信息雙向流動的能源交易與共享。能源互聯網結構上類似于互聯網，強調網絡體系的廣泛互聯與信息處理的高度智能，需要實現能量流的智能交易、協同調度、路由傳輸與分配等，以及信息流和業務流的路由傳輸與交換。因此，借鑒 TCP/IP四層模型，本文認為能源互聯網參考模型應由信息物理融合層、網絡傳輸層、信息融合層、調度交易層等組成的。其中，①信息物理融合層：強調能源互聯網的發展也是遵循工業化和信息化融合的思路，為了滿足能源互聯網廣泛互聯、高度智能、開放互動的特點，信息物理融合是必須的。信息物理層涉及配用電系統涵蓋的分布式光伏、分布式風電、儲能裝置及電動汽車等，完成分布式能源及儲能設備的即插即用，電動汽車負載，并通過計算、通信以及控制技術實現了能源互聯網一次系統與二次系統的深度融合，也是能源互聯網的智能數據采集與控制的關鍵基礎層。②網絡傳輸層涉及能源路由器、匯聚能源交換機、本地能源交換機以及能源交換機通過對設備模型的自動辨識，完成電網內部電能和信息的交換和管理、網絡運行的安全可靠、能源使用的高效經濟。③信息融合層基于大數據分析能源互聯網的海量數據，通過對典型應用建模，提取數據特征，實現智能化、精細化決策與管理，與網絡傳輸層和信息物理融合層共同支撐應用層面的調度交易層。④調度交易層采用“互聯網+”技術，實現能源互聯網源端的各類能源與用戶之間的中遠期和實時競價交易、能源協同調度、運營效益評估、設備狀態評估和用戶互動服務。

 

 

能源互聯網基于化石能源和清潔能源的混合互補模式，打破了傳統能源產業之間的供需界限，極大程度地促進電力、石油、天然氣、熱等能源的互聯、互通和互補。電力系統是能源傳輸的最主要和成本最低的首選方式，也是能源互聯網的基礎，但現有電力管理體制下，各電力調度部門因掌控調度權而處于行業強勢地位。同時，為了確保電網的安全穩定，在電網多級調度中心的調控下承載能量流的電網與不同發電企業通過統一的電力交易平臺進行電量的中長期或日前交易，不符合能源互聯網“開放、對等、互聯、分享”的特性。而區塊鏈除了數字貨幣領域的規模化應用外，在能源交易、銀行間聯合貸款清算等領域的應用正處于快速發展階段。區塊鏈技術的分布式、智能性、市場性以及融合性與能源互聯網理念不謀而合，基于區塊鏈技術可以將能源互聯網概念升級到能源互聯網2.0時代，即能源區塊鏈時代。區塊鏈能夠為現有能源互聯網一些不能落地的問題提供有效的解決方案，具體如表1所示。