能源互联网价值创造、业态创新与发展战略
能源互联网价值创造、业态创新与发展战略
唐跃中1，夏清2,3*，张鹏飞4，谭振飞3，刘宇尘3，孙冰莹5，汪洋5
（1．国网上海市电力公司；2．清华四川能源互联网研究院；3．清华大学电机工程与应用电子技术系；4．国网上海市电力公司电力科学研究院；5．北京清能互联科技有限公司）
原文发表在《全球能源互联网》2022年第2期“聚焦”栏目，欢迎点击品读。本文得到国家电网有限公司科技项目（52094021000A）资助。
文章导读
能源互联网的建设不仅需要技术手段的支撑，更需要以价值为驱动激活各方主体参与，打造互惠共赢的能源生态圈。为此，本文从能源、信息和制度经济学的视角出发，深入分析能源互联网的价值创造机理、业态创新范式和发展战略选择。
摘要
首先，剖析了能源互联网的价值创造机理，其本质是以多能融合突破孤立系统的边界，从而显著扩大资源优化配置的空间；通过信息技术使得能源系统更加有序，进而促进能源系统的“熵减”；通过能源互联网平台释放范围经济的巨大红利。其次，设计了基于共享经济机制、降低交易成本、激励共享共赢的能源互联网价值分配机制，谋划了能源互联网支撑智慧城市发展、支撑绿电追踪、支撑能源消费节能降耗、提升工业资产利用率、助力政府治理的新业态。最后，策划了以再电气化为核心目标、基于价值公平分配的数据共享、以数字孪生为平台的人工智能、以负荷调度替代需求侧响应、基于共享经济的能源互联网市场机制的发展战略。
引言
随着研究的不断深入，国内对能源互联网的定义不断扩充完善，目前的主流观点认为：能源互联网的价值及新业态不断发掘和涌现，在“新型能源体系论”基础上，其定义扩充为“一种新的能源经济业态”，基本架构由“能源系统的类互联网化”和“互联网+”组成，包括多能协同的能源网络、信息融合的能源系统和创新模式的能源运营三个层级，是互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。
⬆ 图1 能源互联网概念内涵演变
目前对能源互联网的价值来源的研究有三个角度：一是从能源转型战略的角度，二是从能源产业链的角度，三是从需求满足的理论角度。
对于能源互联网的价值创造机理，现有研究探讨可以分为三类：第一类立足能源互联网物理系统层面展开，包括多种能源互补和能源集成优化；第二类侧重于能源互联网信息技术层面的分析，包括能源互联网数据的交互、共享与挖掘；第三类着眼于能源互联网融合创新层面。
现有文献对能源互联网的业态创新的主要观点包括四个维度。一是促进能源系统清洁低碳化的业态创新，涉及绿色产能和绿色用能两方面。二是提升能源转换及利用效率的业态创新，涉及分布式能源、用户侧储能和园区综合能源等。三是优化能源市场资源配置的业态创新，包括市场体系的完善和市场形式数字化。四是协助能源规划及社会治理的业态创新，涉及能源规划、城市管理和社会决策。
当前，能源互联网已从探索阶段进入全面发展时期，迫切需要系统性地理解能源互联网的价值创造机理、业态创新范式和发展战略选择。
1、能源互联网价值创造
1.1 能源互联网促进了能源系统的“熵减”
能源互联网通过多能源融合打破了单一能源系统的封闭性，降低了熵增速度。
储能技术使得原本要耗散的能源被存储起来，避免了由于供需不匹配而产生的能源浪费进而降低了熵增的速度。
以低碳能源替代化石能源，减少温室气体排放。
使用数字技术极大地降低了能源系统的信息熵，使得能源系统变得更加有序，降低了能源耗散，进而降低熵增。
1.2 能源互联网将支撑新能源的汇聚、传输和存储
实现“双碳”目标的重要途径之一是构建新型电力系统，未来能源供给中新能源发电起重要作用，电网是电能汇聚、传输、配送的平台，储能则是应对新能源发电与电力需求空间与时间上不平衡的关键手段，将成为能源互联网的重要环节。能源互联网将以成熟的输配电网作为新能源输送的载体，实现新能源的聚集、传输和配送。
1.3 多能融合的本质是实现了资源在更大范围内的优化配置
在能源供给与需求侧，不同能源之间互相替代，以竞争的方式提升了能源供给与需求的弹性。能源的梯级利用也极大提升了一次能源的利用效率。不同能源的供需时序差异性形成了彼此之间的强烈互补协同效益。从经济学的角度，多能融合本质是实现了不同能源市场之间的开放，通过能源消费者在不同市场上跨品种、跨区、跨期的交易和套利行为，实现了多能源市场在空间和不同时间尺度上的市场均衡，必然提升能源资源在更大时空范围内的优化配置水平。
1.4 数据技术使得能源系统变得更加有序、协同、智慧
第五代移动通信（5G）、物联网、人工智能、云计算、区块链、数据中心等数据技术赋予了能源生产、传输、存储与消费各环节的智能化。这种智能化的本质是能源系统的各要素不但产生功能，而且也提供表征其功能的数据；由于数据之间的交流，实现了各要素之间的协同，通过协同产生了自组织、自趋优、自适应的功能。数据就像语言一样，使得各要素之间能够对话，从而使得整个系统变得更加有序、协同。人工智能使得人类从物理机理认知世界走向利用大数据认知世界， 能源系统变得更加智慧。
1.5 源网荷储高度协同开创了新型电力系统运行的新模式
新型电力系统中新能源发电占重要地位，新能源在不同时间尺度和更大空间范围内的不平衡需要“荷随源动”与大规模储能互动的新型电力系统运行方式。新型电力系统的调度也不再仅仅是调度电源，而将以负荷与储能调度开启新型电力系统源网荷储全面、精准互动的新模式。
1.6 能源互联网将获取互联网经济的巨大红利
互联网丰富与发展了传统微观经济学的理论与方法，催生了互联网经济。在互联网上，经济主体通过互联网进行生产、交换、分配、消费等经济活动，互联网不仅为经济主体提供了交易活动所依赖的决策信息，而且提供了交易的平台。在这一平台上：
所有生产与消费的市场主体聚集在一起，便构建了传统经济学认为最理想的完全竞争市场
需求的种类、数量、品质直接牵引着生产者，避免了“蛛网振荡”的供需平衡方式
通过远期电子化的市场交易，可以稳定经济主体对商品价格的预期，确保经济活动的平稳性
支撑市场主体决策的外部信息获取与加工的共享化，可消除由于外部信息不对称而产生的市场主体决策的差异性，确保外部信息获取的公平性
可创新以互联网为纽带、产权分离、使用权共享的企业
区块链构建了去中心化的信用体系，不可更改的历史信用记录，极大地降低了经济主体违约的风险与由此产生的成本
以经济实体的用电量反映微观经济活动规律，为政府制定宏观经济政策和产业政策提供科学依据，消除了政府治理过程中可能存在的信息不对称
2、能源互联网业态创新
2.1 能源互联网开创了市场高效交易的新业态
能源互联网企业将以市场方式配置资源，建立起以电力市场为主的能源市场体系。新型电力系统决定了电力市场在整个能源市场中的主导地位。能源互联网以数字技术消除市场竞争中的信息不对称，能源互联网能够全面提升能源经济系统的弹性，以此更加高效地实现资源配置。
2.2 能源互联网开创了价值公平分配的新业态
能源互联网之所以能够吸引各市场主体的不断加入并共享信息，是因为各主体能够公平获取资源优化配置与信息共享所产生的价值。
2.3 能源互联网开创支撑智慧城市的新业态
智慧城市是利用各种信息技术将城市的系统和服务集成贯通，进而提升资源运用的效率、优化城市管理和服务、改善市民生活质量。能源互联网对智慧城市的主要支撑之一是利用能源互联网采集能源信息的通道，传输其他的信息，从而降低了获取其他信息的成本，产生了通道的共享效益。
2.4 能源互联网开创支撑绿电追踪的新业态
能源大数据内隐藏着新能源生产、传输与消费的轨迹。如图2所示，电表精准记录了新能源发电，绿电市场记录了新能源生产与消费之间的交易，绿证市场记录了绿证在不同企业之间的转移，据此则能够追踪企业产品的绿证拥有量，实现了能源大数据支撑新能源全过程的追踪，能够精准地描述各中间或终端产品消费新能源的比例，从而获得反映产品竞争力的绿色指标。
⬆ 图2 能源互联网支撑绿电追踪
2.5 能源互联网开创节能降耗和提质增效的新业态
能源互联网企业通过物联网获得了用户生产过程的用电信息后，应建立用户用能行为的研究中心，开展诊断服务，可以通过比对同类用户的用能效率，给出提升能效的关键环节。能源大数据能够分析企业所有设备的利用率，帮助企业家了解生产的进度，帮助企业家获得各设备的实时利用率，帮助企业家了解设备的投资效果。
2.6 能源互联网开创助力政府治理的新业态
能源大数据反映了整个城市能量流，表征了能源生产、传输与消费。能源消费的地理位置反映了社会活动的空间特征，能源消费的密度反映了工业生产的布局和居民区的分布视图，支撑未来城市发展合理布局的决策。能源消费的时变特性反映了社会与生产活动的时序性。
3、推进能源互联网建设的战略
实现能源互联网的价值与业态创新迫切需要科学地制定发展战略。能源互联网的主要定位应该是再电气化、能源数据共享化、城市低碳化、电网智能化、用电智慧化、交易市场化。
再电气化是能源互联网建设的驱动力
以价值公平分配机制激励能源生产、传输、消费的全面数据共享
构建基于数字孪生的人工智能平台
以数字技术推进能源互联网智慧化
用电侧被动需求响应走向负荷精准调度
构建基于数据技术与共享经济的市场机制
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