在應對氣候變化、解決能源危機背景下，可再生能源逐步替代化石能源成為世界各國能源發展共識，能源系統的結構正在發生根本性變化，伴隨以互聯網為主要形式的信息通信技術的快速普及和廣泛滲透，推動了能源互聯網的研究與實踐熱潮。2016年2月，國家發展改革委等部委發布關于推進“互聯網+”智慧能源（能源互聯網）發展的指導意見，能源互聯網成為推動我國能源革命，促進能源產業升級，形成新經濟增長點的重要戰略支撐；2017年6月，國家能源局公布了首批55個能源互聯網示范項目，能源互聯網進入試點示范階段。

1、能源互聯網的概念

2004年，能源互聯網概念在《經濟學人》雜志上被首次提出，2011年，里夫金在《第三次工業革命》中具象化了能源互聯網定義。當前對能源互聯網的概念理解尚未達成統一，可以按照緣起和特點分為三類：
（1）源于互聯網發展而來的能源互聯網
主要針對用戶側分布式可再生能源、電動汽車等智能終端大量接入產生的設備即插即用、能量信息雙向流動等需求，借鑒互聯網開放對等的理念及體系架構，對電網的關鍵設備、形態架構、運行方式及發展理念等進行深刻變革。
里夫金提出了人們可分散自由生產可再生能源并共享的能源互聯網發展愿景。在互聯網發展理念下，能源互聯網的核心設備是電力路由器，它起著與信息網中路由器類似的關鍵作用，多位學者就電力路由器開展了研究。美國北卡羅萊納州立大學研制了基于電力電子技術和信息技術實現電力流和信息流融合的能源路由器(energy router)裝置。日本早稻田大學和VPEC公司聯合研制了集群電網電力路由器，根據蓄電池的剩余電量改變輸出電力的頻率。東京大學研發的數字電網電力路由器可根據“IP地址”識別電源及區域電網。美國克萊門森大學Corzine教授則借鑒互聯網中傳輸信息包的方式研制了傳輸能量包(energy packet)的電路。清華大學信息技術研究院的研究團隊認為能源互聯網是以大電網為主干網，以微網和分布式能源等能量自治單元為局域網的新型信息能源融合廣域網。另外，中國電力科學研究院、國防科技大學等研究團隊均基于互聯網思維對能源互聯網進行了研究。
（2）源于大電網發展而來的能源互聯網
主要針對電網在配置范圍、調控能力、雙向互動等方面存在的局限性，利用信息通信技術與能源電力技術的融合，全面提升電網性能，促進清潔能源大規模利用。
德國聯邦經濟技術部與環境部提出E-Energy促進計劃，基于面向服務體系結構使得電網和信息網深度融合，實現電網從最初大型發電廠統一供電的方式，轉變為分布式發電主導的供電方式。劉振亞提出以特高壓電網為骨干網架，以輸送清潔能源為主導，全球互聯泛在的堅強智能電網的全球能源互聯網理念。趙俊華等提出了基于信息物理融合系統(cyber-physical system，CPS)的電網、信息網融合的基本理論和方法，討論了模型的建立、分析和控制等問題。
（3）源于多種能源綜合優化發展而來的能源互聯網
主要強調多種能源之間的相互替代和綜合優化，依托信息網絡實現多個能源系統之間的高度耦合。
瑞典聯邦理工學院Favre-Perrod等提出了能量集線器(energy hub)的概念，能夠實現電能、天然氣、熱能等多種能源相互轉化和存儲。董朝陽教授將能源互聯網視為電力系統、交通系統、天然氣網絡和信息網絡4個緊密耦合而成的網絡。武建東提出了包含水、電、氣甚至熱力的智能能源網。新奧集團提出由基礎能源網、傳感控制網和智慧互聯網組成的泛能網。
從已有的研究成果可以看出，能源互聯網的范疇有廣義和狹義之分。廣義上，能源互聯網涵蓋電力系統、油氣管網、能源運輸物流網絡等網絡集合；狹義上，能源互聯網涵蓋智能電網、發電設備設施及分布式能源系統。雖然范疇上有所差異，但其本質上均蘊含著信息通信技術與能源系統深度融合而引起的能源系統價值創造方式的深刻變化。以互聯網為代表的信息通信網絡迅猛發展，并衍生出了互聯網經濟業態，“互聯網+”全面興起。以分散、共享、扁平、高效、透明、開放等為代表的互聯網思維背后蘊含著新的基于信息網絡的經濟發展規律的變化。本文將聚焦在狹義能源互聯網的范疇內進行研究和探討。

2、能源互聯網的架構

（1）物理架構
從物理架構上看，能源互聯網可分為全球能源互聯網、國家能源互聯網、城市能源互聯網和區域能源互聯網。

（2）邏輯架構
著眼于功能的實現邏輯，能源互聯網由價值層、業務層、信息層、能源層四層架構組成，如圖2所示。價值層是實現參與方價值的平臺，以為各參與方創造、交換、獲取價值為基本功能；業務層是價值的形式載體，以實現業務流的制定、運營為基本功能；信息層是業務服務實現和能源傳輸配置的技術支撐平臺，以實現信息流的采集、傳遞、應用與交互為基本功能；能源層是能量的物理載體，以實現能量的生產、傳輸、消費為基本功能。

（3）運營架構
從運營關系上看，能源互聯網基于業務流、信息流和能源流的深度融合，提高能源系統整體運行效率，實現供需雙方的高效匹配，如圖1所示。其中，能源獲取系統具備智能化的新能源發電功率預測及控制能力；分布式和集中式能源傳輸系統具備更加準確的狀態預測、調度控制和互動機制；能源利用系統具有高度信息化的特點和各類基于電力大數據的高級功能應用。各系統深度融合形成有機、開放的平臺系統，電將作為介質，電力骨干網架將作為發展基礎，數據信息將作為核心，多種能源和服務將在這一立體平臺上實現商品化交易。

圖1  能源互聯網的運營架構

3、能源互聯網與智能電網的相互關系

能源互聯網作為新時代下“互聯網+”變革力量在能源領域的滲透融合，體現了能源系統轉型升級的發展方向。智能電網作為國際電網發展的大勢，在技術創新的驅動下日益在能源系統中發揮重要作用，其范疇和內涵也在不斷與時俱進。從發展、系統的哲學觀看，兩者在內容范疇、內涵特征上均具有很強的一致性，是從不同視角對智能電力系統未來創新發展的勾勒和詮釋。
（1）內容范疇
根據發改委、能源局《關于促進智能電網發展的指導意見》給出的智能電網的基本概念，“智能電網是在傳統電力系統基礎上，通過集成新能源、新材料、新設備和先進傳感技術、信息技術、控制技術、儲能技術等新技術，形成的新一代電力系統，具有高度信息化、自動化、互動化等特征，可以更好地實現電網安全、可靠、經濟、高效運行”。同時，《意見》還進一步指出未來智能電網在信息與能源的深度融合、以及基于互聯網思維促進智能電網商業模式創新的重點發展方向。可見，植根于新一代電力系統的智能電網理念，與以電網為基礎的能源互聯網的范疇是一致的。
（2）內涵特征
回顧智能電網的發展歷程，智能電網不斷向著更高階段發展，智能電網的理念內涵也是不斷演進和與時俱進的。隨著能源電力技術的發展和市場機制的完善，其將呈現如下趨勢特征：一是形成以特高壓輸電、儲能、超導等先進技術為基礎，具有接納高滲透率清潔能源和抵御自然災害及各類重大威脅的彈性和自恢復能力的一體化現代電網。二是物理上實現全球電網互聯，滿足全球清潔能源輸送需求，發揮洲際聯網效益；功能上實現以電為介質的多種能源協調互補，與天然氣、熱、冷、交通等系統互聯。三是在應用大量智能設備和系統實現設備在線監測、智能巡檢、全壽命周期管理的基礎上，充分利用信息通信、信息物理融合技術實現信息與能源深度融合，將電力系統物理實體數字化，全面支持各主體各設備系統的即插即用。四是基于互聯網理念進行商業模式創新，為用戶提供多元化增值服務，促進用戶與電網深度互動，實現多利益相關方合作共贏。可見，智能電網未來發展趨勢與能源互聯網多種能源協調互補、信息通信技術的深度應用、新型商業運作模式等發展理念相一致。
總體來看，能源互聯網、智能電網體現了未來能源系統的發展趨勢，其內容范疇和內涵特征在本質上具有一致性，只是在發展階段、關注焦點上有所側重。智能電網側重于利用新能源技術、信息技術、儲能技術等新技術促進電網智能化，是具有高度信息化、自動化、互動化等特征的新一代電力系統。能源互聯網強調充分利用互聯網技術及理念促進能源網絡本體的信息化和商業模式創新，其中電網是促進多種能源優化互補、承載商業模式和業務創新的基礎平臺。

4、能源互聯網的發展趨勢

（1）發展基礎
智能電網在電網基礎設施的建設、創新示范工程建設以及技術、裝備、標準等領域的實踐積累已成為發展能源互聯網的前提和基礎。
一是實現能源大范圍優化配置。智能電網具有廣泛互聯、堅強的電網骨干網架，能夠促進各類能源集中與分散并存的高效開發、優化配置和有效利用，是實現能源大范圍優化配置的基礎平臺。我國在大容量遠距離輸電、輸電設備狀態監測，直升機、無人機、機器人輸電線路智能巡檢，輸電線路冰凍災害預防和治理，柔性直流輸電，智能變電站，配電自動化，調度智能化等領域進行了一系列的研究與實踐，對供電可靠性和能源大范圍優化配置能力的提升具有重要作用。
二是促進源-網-荷互動、提高間歇性電源的利用程度。智能電網注重利用信息通信技術促進源-網-荷互動，以適應風電、光伏發電、分布式電源大規模接入和各類用戶智能終端即插即用的需求。
三是支撐商業模式創新。智能電網通過電網運行和信息共享以承載市場機制和豐富的交易產品，為開展靈活的電能服務商業模式及衍生的各類增值業務奠定基礎。目前我國已在智能電表、用電信息采集系統、電力光纖入戶、營銷互動服務、需求側管理、用戶側分布式電源、電動汽車充換電設施等方面開展了系列工程實踐。
四是提供技術和標準保障。智能電網將為各類儲能、信息通信、智能配用電等設備設施提供通用技術支撐，為多類型終端設備、多利益相關方之間的交互操作提供統一標準。當前我國智能電網核心技術和裝備整體已經實現了從“技術跟隨”到“技術趕超”，正在實現從“技術趕超”到“技術引領”的跨越。
（2）發展機遇
當前，我國能源系統正面臨能源革命、“互聯網+”國家戰略和電力體制改革三輪驅動下創新發展的內在要求。能源革命的核心是要實現生產環節的清潔替代和消費環節的電能替代，“兩個替代”對能源系統的可再生能源消納、能源大范圍優化配置和多種能源的協調互補等能力提出了更高要求。“互聯網+”國家戰略對能源系統提出了信息化和互聯網化的新要求。同時，在我國全面深化改革背景下的電力體制改革要求能源系統能夠適應市場化改革大勢。在此背景下，能源系統需要推出國家層面的戰略理念實現轉型升級、帶動產業發展。清潔化、電氣化、信息化、互聯網化應是這一戰略理念的核心訴求。探索能源系統可持續發展新路徑，推動產業升級發展，能源互聯網創新發展迎來重要機遇期。
2016年2月，國家發展改革委、國家能源局和工業和信息化部聯合發布《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，提出了2016-2018年推進試點示范工作和2019-2025年推進多元化、規模化發展的兩階段目標。在重點任務部分，部署了智能化基礎設施建設、多能協同綜合網絡建設、能源與信息基礎設施融合、生態體系、市場交易體系、智慧用能模式、綠色交易市場模式、能源大數據應用、關鍵技術和標準體系等十方面的重點任務。在組織實施部分，提出了完善政策法規、推動市場改革、開展試點示范、創新產業扶持、共享數據資源等八項保障措施。2017年6月，國家能源局公布了首批55個能源互聯網示范項目，對建設和運行所需的土地、價格、資金、科技、人才等方面的政策措施給予了規定。首批示范項目計劃于2018年底前建成，能源互聯網迎來試點建設期，將推動能源互聯網概念落地。
（3）能源互聯網本體發展趨勢
根據能源系統的演進規律，能源系統的發展演變分為三個階段，如圖2所示。初級階段（化石能源主導階段）是以油氣、熱力管網，智能電力系統、電氣交通等能源系統為主，各系統之間相對獨立和封閉，除電力系統外，各組成部分的網絡化屬性和優勢尚未顯現；中級階段（多種能源并存階段）是以多種能源網絡協調互補為主要特征，以電網為核心持續加強與氣網、熱力管網的耦合，提高清潔能源比例和能源利用效率，初步形成多能源品種間互聯互通的能源互聯網；高級階段（清潔能源主導階段）將以電能為主要能源配置形式促進分布式能源就地開發利用和優化配置，實現各類能源的靈活轉化和高效利用。

圖2  能源系統發展演進過程

其中，能源互聯網是能源系統的主體組成，伴隨能源系統的清潔化發展，增量能源將以清潔能源為主，且主要配置方式以電為主，能源互聯網在能源資源優化配置中地位會越來越重要，當能源供應實現以清潔能源為主的戰略轉型后，能源互聯網將成為能源系統的核心組成部分。對于油氣管網、熱力管網，輸油管網在電能替代尤其是交通部門電氣化發展趨勢下將逐漸被替代，燃氣、熱力管網在能源系統低碳、高效、清潔發展趨勢下規模將逐漸縮小，且與能源互聯網的交互耦合作用愈益增強。對于交通網絡，在交通部門電能替代的推動下，燃油車將逐漸被電動車替代，以充換電基礎設施為樞紐與能源互聯網的智能交互逐漸增強，且伴隨智能交通的發展，交通網絡將逐漸演變為智慧車聯網，極大改善出行交通環境、提升生產生活水平，交通系統的網絡化屬性和優勢逐漸顯現。
（4）能源互聯網業務服務創新發展趨勢與動向
隨著可再生能源、儲能、電動汽車等電力相關技術與領域的發展，以及信息通信、互聯網、人工智能等基礎技術的滲透融合，低碳環保、可持續發展、以用戶為中心等理念的深入，能源運營商、服務商的創新意識逐漸增強，持續提升業務服務水平。結合發展現狀與未來形勢分析，智能配電網、智能用電、需求側響應、綜合能源、基礎平臺等方面將是能源互聯網業務服務創新的重要領域。對五類業務模式進行細分，如表1所示。

以下從業務執行主體出發，選取傳統電力企業（法國電力集團EDF、東京電力公司、中國國家電網公司等），綜合能源服務商（STEM、AutoGrid、EnerNoc、協鑫等），跨界企業（特斯拉、ABB、華為、阿里等）三類企業為代表，分析其2016-2017年業務服務模式創新動向，以點窺面，看能源互聯網業務服務創新發展趨勢。

① 智能配電網
?   隨著儲能技術快速發展和市場日益成熟，以建設儲能項目為手段提升配電網運行靈活性和安全性；
?   把握物聯網等技術發展契機，推動配電網數字化轉型；
?   以智能電表為依托，提升配電網運維管理水平。
② 智能用電
?   滿足用戶用電需求多元化趨勢的電費計劃創新；
?   把握物聯網、移動互聯網等技術發展契機，創新用戶用電管理、移動報修等服務；
?   滿足電動汽車快速發展帶來的智能管控、增值服務需求的智慧車聯網平臺服務模式創新。
③ 需求側響應
?   以電費優惠、電費抵扣、電費紅包等方式激勵用戶參與需求側響應；
?   以快速調頻儲能、虛擬電廠等模式提升電網調節能力；
?   ③以業務重組等組織管理創新提升企業需求響應能力和規模。
④ 綜合能源
?   滿足用戶熱、電、氣等多元化用能需求的綜合能源供應服務創新；
?   以電和其他商品捆綁銷售、多表費用集抄方式創新綜合能源營銷服務；
?   跨界企業通過產業鏈延伸轉型垂直一體化能源公司，創新全程一體綜合能源服務。
⑤ 基礎平臺
加快推進電力云平臺的建設、能源數據平臺搭建及管理體系建設、電力生產、管理及服務一體化云平臺建設。