孫宏斌:科學透視能源互聯網的“AB”面
2020年,我國能源互聯網發展整整五周年。五年來,能源互聯網經歷了概念的興起,政策的支持、示范項目的落地、民營企業的積極參與等高光時刻,也經歷了理論基礎的薄弱、配套政策不足、示范項目推進乏力現實挑戰。在“十四五”能源規劃正在起草之際,如何審視我國能源互聯網發展的五年歷程,如何重新定位能源互聯網,考驗著每一個行業決策者、從業者、參與者。
一年前,清華大學能源互聯網創新研究院能量管理與調控研究中心主任,清華大學學術委員會委員,電機系學術委員會主席孫宏斌教授,集結各技術方向的30余位一線頂級專家編撰理論研究專著《能源互聯網》。該書對能源互聯網的基本概念、技術原理和應用場景等進行了系統闡述,詳細介紹了能源互聯網能量、信息、價值三個層面的多項關鍵技術,以及能源互聯網最新指導政策和典型示范工程。
日前,該書正式出版發行,行業高度關注。關于能源互聯網的各種討論也逐漸現諸報端。在“十四五”能源規劃起草之際,在我國能源體制改革逐步深入之時,廣大能源企業意圖借助能源互聯網升級轉型之交,我們應該如何審視能源互聯網呢?
日前,中電傳媒數據研發中心與孫宏斌教授進行一場深度對話,我們將通過他的視角重新審視既熟悉又陌生的能源互聯網。
能源互聯網是生態系統
記者:2015年7月國務院發布《關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》以來,我國能源互聯網產業已經歷了5年發展。各行各業對于能源互聯網的認識似乎并不統一。能源行業認為是能源的互聯網化升級轉型、互聯網行業則認為是互聯網的能源化應用。您如何評價當前兩種觀點,您又如何界定能源互聯網?
孫宏斌:能源互聯網是能源系統和互聯網深度融合的產物,具有明顯的學科交叉特性,具有包容性,可以從不同角度進行闡述,這也是它的魅力所在。國內外的研究和實踐趨勢表明,能源互聯網和互聯網融合分為兩個層面:
一是互聯網思維對現有能源系統的改造,即“能源系統的類互聯網化”,是指能量系統自身的變化,包括多能流開放互聯、能量自由傳輸、開放對等接入,與通信、交通、工業、農業等其他行業的深度融合等。
二是互聯網技術在能源系統的融入,即“互聯網+”,互聯網技術在能源系統中的應用,包括物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、人工智能、區塊鏈、5G等。但是,無論從哪個角度理解,“能源互聯網”姓“能源”,研究和改造的對象是“能源”,互聯網思維和技術是手段。
尤其重要的是,應該認識到能源互聯網不單單是技術詞匯,它是帶著使命而來,是支撐我國能源革命的支點和顛覆性技術,是我國社會和經濟崛起和發展的一個全新動能,一個巨大的動能。如果不從這個使命來看,所有的技術和商業形態的創新都會偏離初心。
能源互聯網的愿景是構建綠色低碳、安全高效和開放共享的能源生態,其使命是突破這一生態形成的各式各樣的壁壘,不但有技術壁壘,還有商業和市場壁壘,更有體制機制壁壘,從而促進能源系統更好的互聯互通和開放共享,成為能源行業“大眾創新、萬眾創業”的沃土。在需要突破的眾多壁壘中,最難突破的是體制機制壁壘,唯有突破了體制機制壁壘,才能真正釋放能源領域的先進生產力和創新力。這是一次先進生產力突破束縛它的生產關系的過程,因此是一次真正的革命。
記者:如今,電網企業信息化建設蓬勃發展,并成立自己的大數據中心,您講的能源互聯網和國家電網建設的智能電網是怎樣的一個關系?
孫宏斌:我國發展能源互聯網的首要任務是解決能源革命中的兩大關鍵問題,一是改變我國以化石能源為主的能源結構,加快開發利用可再生能源,實現我國能源系統綠色低碳的目標;二是大幅度提高能源的綜合利用效率,實現我國能源系統安全高效的目標。
能源互聯網是對智能電網的發展和革新。在技術形態上,能源互聯網比智能電網具有更多更開放的互聯,是能源的開放生態和共享經濟。主要解決以下兩個層面的互聯問題。
首先是物理能量互聯,單一的電力系統轉向關注供電、供熱、供冷、供氣、電氣化交通等綜合能源系統,關注能源與交通、通信、工業、商業和農業等眾多行業的相互融合和現代化
其次是數據互聯,互聯網比傳統電力專網更為開放,進一步實現能源資源的數字化和透明化,通過數據連接產消者,形成新的商業模式和新業態,促進大眾創新創業,其社會影響力和公眾興趣度遠高于智能電網。如果讓我們只用一個標準來衡量能源互聯網是否成功,那么這個金標準就是“能源互聯網已成為能源行業大眾創新、萬眾創業的沃土”。
在不同的電力能源公司及其不同的發展階段,能源互聯網具有不同的形態和實例。泛在電力物聯網是能源互聯網在國家電網公司的某一個發展階段的實例,能源互聯網的外延和范疇比泛在電力物聯網大得多。國家電網公司和南方電網公司的能源互聯網實例特別重要,在能源互聯網中處于中心和樞紐的地位,這是由能源的綠色低碳轉型和再電氣化的大趨勢決定的。
記者:在《能源互聯網》理論框架中,電網是能源互聯網的樞紐,熱力網、燃氣管網與電網如何實現能源、信息、價值的互聯互通?互聯網的本質是建立生態系統,各種類別能源供應商在這個系統中是怎樣的關系?
孫宏斌:能量、信息、價值是能源互聯網的三個層面。一是能量層:打破物理壁壘,利用互聯網思維改造傳統能源系統,構建電/熱/冷/氣/交通等綜合能源系統,是物理基礎;二是信息層:打破信息壁壘,將物聯網、5G、大數據、云計算、人工智能和區塊鏈等互聯網技術應用到能源系統中,打造“互聯網+”智慧能源,促進能源資源的數字化和開放協同。三是價值層:打破商業和市場壁壘,打造基于互聯網的能源共享經濟,創新商業模式和市場機制,促進能源互聯網的共建共享共贏。
能源互聯網是顛覆性技術,是來改變能源行業生態鏈的,是具有“破壞性”的巨大的創新力量,目標是促進整個能源行業的重大發展。它將打造一個新的扁平的以用戶為中心的能源生態系統,其中會存在大型的能源互聯網平臺,但更多的是各種類別的能源供應商、綜合能源服務商等新業態,他們都是推動能源變革、打破各種壁壘、創新商業模式和市場機制的重要力量,實現能源互聯網的共建共享共贏。各種類別能源供應商和服務商在能源互聯網生態中是共享共贏的關系。值得反復強調的是,建立共享共贏的能源生態的難點不在共享,而在于共贏,唯有共贏才可持續。而要共贏,就要有好的商業模式創新。就像信息互聯網,一開始沒有找到賺錢的商業模式,因此是燒錢的,不少互聯網公司是探索者,成為了“先烈”,當找到好的商業模式后,才成就了今年大家耳熟能詳的偉大的互聯網企業。能源互聯網應該也是這個規律,如果沒有探索者,也不可能成就偉大的能源互聯網企業。
商業模式才是生存之本
記者:對于能源互聯網來講,構建成功的商業模式才是其健康發展的關鍵。《能源互聯網》對能源互聯網商業模式進行了重點論述。在能源互聯網生態系統中,能源企業都有哪些商業模式?對于電網企業來講,和現在相比,其定位以及商業模式會有哪些不同?
孫宏斌:構建成功的商業模式確實是能源互聯網的關鍵之一。比如目前大家在積極探索的虛擬電廠和需求側響應,就是在電力市場支持下的較好的商業模式,能帶來巨大的社會福祉,促進綠色低碳、安全高效的能源生態的形成。同時,在能源行業和其他行業的融合中,各類能源資源,包括:能量、數據、服務、設備和空間的共享協同上,也有巨大的想象空間和潛力,需要我們的企業家們有足夠的創意和想象力。國家能源局首批能源互聯網示范項目中,有個項目叫“特大城市(廣州)能源互聯網示范工程”,去年通過了國家能源局的驗收,該項目提出并實現了“基于云邊協同的大型城市能源互聯網資源共享協同平臺”、“通信基站備用儲能云”、“集成高速充電樁和5G基站的智慧路燈”、“基于工業物聯網的工業企業有序用能技術”、“打通信息孤島的電動汽車有序充電技術”、“基于合同管理商業模式創新的四網合一”等,促進了電力行業與通信行業、交通行業和工業用戶的融合和共贏,是較好的綜合性探索和示范,該項目是廣州供電局牽頭,體現了電網公司作為大型國企的使命感。
在我國能源革命長期戰略指引下,國家電網公司作為共和國長子,具有最專業的技術隊伍和處于中心地位的電網平臺,肩負重大歷史使命,快速轉型,打造能源互聯網的平臺型和共享型企業,有望成為能源互聯網發展的主導者。尤其在新冠疫情之后,正在努力成為我國經濟振興的主力軍,為上下游企業創造良好的能源生態和營商環境,并帶動相關的各個行業,主動讓電力系統成為“大眾創新、萬眾創業”的沃土,在我國偉大崛起的歷史進程中再次書寫濃墨重彩的一筆。
記者:能源互聯網對于我國能源革命有著重要的意義,但是我國在推進能源互聯網示范項目建設過程中,也遇到了諸多挑戰。
記者:互聯網的接入是開放的、分布式的,這意味著互聯網具有無限的延展性、無邊界。當前我們的電網、燃氣、熱力網都是集中式的,更多的是局域網,并且企業、用戶的接入也面臨多重因素影響。本質上只能說是能源網,遠還未達到互聯的程度。對此您怎么看,有什么建議?
孫宏斌:新事物的發展總是要逐步進行的,量變引起質變。當年的信息互聯網的形成,也是從局域網發展到互聯網,經歷了較長的時間。而能源系統是重資產,不像信息互聯網屬于輕資產,因此,能源互聯網的建成需要更長的時間,需要由小的局域網,逐步發展為廣域網,需要不斷突破技術、商業、市場、體制機制等各種壁壘。
其實電力系統已經是大范圍互聯一體的,只是其中有形和無形的壁壘眾多。比如:大用戶中的局部電網與大電網互聯一體,但可能分屬不同行業和主體,這些都阻礙了能源開放共享生態的形成。因此,我們需要用數字革命帶動能源革命,通過數據把生產者和消費者連接在一起。一旦供需對接,創意創新無限。
近幾年,我們已經看到了許多的發展。在技術上,國內外的研究進展很快,2015年召開了能源互聯網香山科學會議,2017年召開了首屆IEEE能源互聯網與能源系統集成(IEEE EI2)會議,2018年成立了IEEE PES能源互聯網技術委員會和中國電機工程學會能源互聯網專委會。在商業上,近幾年,國內涌現了大批售電公司和綜合能源服務公司,跟能源互聯網相關的新公司如雨后春筍般的快速增長,電網公司也和電信公司、汽車公司、互聯網公司等進行了跨界合作。從面向工商業園區的能源局域網,到面向城市的能源廣域網,進行了各種示范項目的探索。在體制機制上,電力市場改革等在多個試點省份快速推進。能源互聯網也成為國家電網、南方電網和幾大發電集團公司的發展戰略。最近我國首部《能源法》公開征求意見,對能源互聯網的發展也有重要的促進作用,前景總體上是樂觀的。
能源互聯網的發展,除了需要頂層設計,也需要鼓勵底層的探索和試驗,尤其是在商業模式、示范工程建設等方面,在此基礎上總結經驗并為體制機制變革提供現實依據,并積極推廣成功經驗。
對企業界的建議是,千萬不要等到商業模式已經成熟了才介入能源互聯網領域,而應該在該領域發展的上升沿的前部進入,否則將來就沒你什么事了。對學術界的建議是,需要擁抱新生的學科交叉領域,能源互聯網具有顯著的學科交叉特性,研究空白點多,從0到1的原創機會多。對政府的建議是,在一些試驗田(比如山西能源革命示范省),先行先試,并盡快出臺可操作性強的支持政策,盡快突破體制機制的壁壘,釋放巨大的先進能源生產力和創新力。
記者:2019年,國家能源局開展首批55個“互聯網+”智慧能源(能源互聯網)示范項目驗收工作,結果顯示,55個首批能源互聯網項目中,有37個面臨延期,4個取消,只有14個項目通過了驗收。在您看來,我國能源互聯網示范項目推進難點在哪里?為什么出現這種情況?
孫宏斌:這種情況的出現我一點都不感到驚訝。示范項目推進有技術層面的重大難題,但更多的有商業模式和體制機制層面的難點,突破這些眾多壁壘決不是一朝一夕的事情,這個也進一步說明了能源互聯網的發展難度大,需要突破的壁壘多,特別是體制機制壁壘的突破難度最大。這些示范項目的情況,從一個側面說明了,目前能源互聯網的發展尚處于初級階段。
在國家能源局開展首批55個“互聯網+”智慧能源(能源互聯網)示范項目中,有成功度相對較高的項目,比如前述的廣州特大城市能源互聯網示范工程,也有不盡如人意的項目。現在應該是總結經驗和吸取教訓的階段,咱們不急于求成,這些經驗和教訓都非常寶貴。
我相信能源互聯網的成功,需要幾代人的努力。而進一步,能源綠色革命的基本完成,需要上百年甚至更長時間的全球性努力。
記者:日前,我國能源“十四五”規劃也在起草過程中,對于能源互聯網未來發展,您有哪些建議?
孫宏斌:對于科技界而言,當前一個奇怪的現象是,雖然科技界對能源互聯網的研究熱度很高,但是并未正面擁抱這個新生的學科交叉領域,有點“猶抱琵琶半遮面”之感,迄今為止尚無一個專項是正式命名為“能源互聯網”的,其實這個在很大程度上阻礙了重大創新,使得理論和技術創新滯后于重大工程的實施,這也在很大程度上影響了我國55個首批國家級能源互聯網示范項目的落地實施,雖然導致這一結果的原因眾多,但從一個側面說明了我國電力能源學科需要更大的創新勇氣。
對于行業而言,在能源安全和環境污染的倒逼下,我國對于能源互聯網的需求強勁,同時我國的“互聯網+”共享經濟的理念和技術處于世界引領地位,如果再有好的可操作的體制機制創新,我國能源互聯網行業將迎來井噴式發展,并很快搶占全球能源互聯網生態鏈的上游,對我國社會和經濟發展具有重大意義。
為此,建議在我國“十四五”的科技規劃中,將“能源互聯網”正式規范地確立為領域專項予以支持;同時在國家能源“十四五”規劃中,將“能源互聯網”作為疫情后拉動內需的國家社會和經濟發展的重大計劃來實施。我堅信,能源互聯網的發展必將迎來春天,煥發勃勃生機,真正成為我國偉大崛起歷史進程的一個巨大的新動能。
(孫宏斌,教授,清華大學能源互聯網創新研究院能量管理與調控研究中心主任,清華大學學術委員會委員,電機系學術委員會主席。國家級教學名師,IEEE Fellow,IET Fellow,教育部長江學者,國家杰青,萬人計劃科技創新領軍人才。兼任世界工程組織聯合會(WFEO)能源委員會副主席,中國電機工程學會能源互聯網專委會第一副主任,IEEE能源互聯網與能源系統集成會議創會主席,能源互聯網香山科學會議發起人與執行主席。研究領域為智能電網與能源互聯網。)
來源:電力大數據
責任編輯:張桂庭
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