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文/伍爱群,同济大学 上海航天信息科技研究院,科技中国杂志

深入贯彻新发展理念,打造清洁低碳、安全可靠、智能开放的能源互联网,构建现代智慧能源体系,是“双碳”目标下我国能源电力行业实现低碳转型发展的重要抓手。本文从我国发展能源互联网的必要性和可行性出发,剖析了当前我国能源互联网发展中存在的三方面短板,在此基础上提出了推动能源互联网发展的几点对策建议。

能源是重要的基础产业,能源安全是国家安全的重要组成部分,是关系社会经济发展的全局性、战略性问题。我国力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和,是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策,事关中华民族的永续发展和人类命运共同体的构建。深入贯彻新发展理念,打造清洁低碳、安全可靠、智能开放的能源互联网,构建现代智慧能源体系,是能源电力行业肩负的时代使命。

一、发展能源互联网是我国能源转型的必然选择

“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期。我国能源行业碳排放总量大、减排时间紧、历史包袱重,亟需探索提出适合我国资源禀赋和资源利用特点的减排路径。从资源禀赋看,我国风能、太阳能等低碳能源较为丰富,但能量密度小、地域分布不均衡,需就地转化为电能才能实现高效开发和优化配置。从资源利用看,太阳能、风能、水能等低碳能源具有波动性、随机性、间歇性等特性,需通过能源网络互联互通,才能充分利用能源生产与用户分布的时空差和价格差,提高能源供给的可靠性与经济性。从减排路径看,达成“碳达峰碳中和”目标的窗口期非常有限,只有加快打造能源转化和传输平台,加速低碳能源开发和外送,大幅提升我国绿色低碳发展的速度和规模,才能有效降低全社会减排成本,加快实现“碳达峰碳中和”目标。

构建能源互联网是充分适应我国资源禀赋特征、加快推动能源低碳转型的可行方案。在技术上,能源互联网以智能电网为骨干,通过新能源、储能、智能调控和多能转换等技术,实现清洁能源广泛接入与终端供能网络相互联通;以先进信息网络为纽带,通过数字孪生、5G、“云大物移智链”、超算等数字信息技术对传统能源系统进行智慧赋能,实现能源的精准配置和高效利用。

在形态上,能源互联网分层耦合、结构灵活,实现大范围资源优化配置的广域能源互联网络、就地就近实现分布式能源高效利用的局域能源互联网络、支撑能源系统经济高效安全运行的高速信息网络,都是能源互联网的有机组成部分。

在功能上,能源互联网具有强大的资源配置能力,通过智能调度实现电力供给侧和需求侧的纵向灵活互动,通过电、气、热、冷综合能源服务实现不同能源品类的横向动态互补。

需要特别指出的是,储能技术的逐步成熟,为传统能源体系带来了革命性变化的契机。借助能源互联网各节点广泛存在的储能系统,电力发、输、供、用各环节不再受制于同时性约束,电力供应与一次能源供给实现时空解耦,用能终端有望实现能源的瞬时调用与按需供应,能源产供储销体系将发生深刻重构,按照互联网思维管理和改造能源系统成为可能。可以说,储能技术是能源互联网发展的关键环节,其规模化应用将为新型电力系统的构建和“碳达峰碳中和”目标的实现提供坚实的支撑。

总体看来,能源互联网能够最大程度利用我国能源行业技术积累和创新成果,具备联通多品类低碳能源生产网络、畅通多时空尺度能源传输网络、贯通电热气冷能源供应网络等诸多优势,是智慧能源体系的重要组成部分,将在推动能源转型、促进“碳达峰碳中和”目标实现方面发挥重要作用,是当前我国能源电力行业低碳转型发展的重要方向。二、能源互联网发展存在的主要短板弱项

近年来我国能源生产消费结构不断优化,资源配置能力显著增强,信息感知与智能调控水平稳步提升,能源互联网已具备较好发展基础。总体上看,能源互联网的发展仍需补强安全供应、智慧升级和市场机制三方面短板。

一是能源安全供应方面的短板。首先,我国各能源品类竖井式发展格局已形成多年,煤、电、油、气供应网络互联互通不足,高峰时段甚至相互掣肘。例如:在民生领域,近年各地推进的“煤改气”取暖导致冬季电力生产频频遭遇“气荒”;在工商业领域,大量使用电力取暖系统导致电力负荷超预期增长,全国多地被迫采取限电措施。

其次,新能源规模化并网导致系统安全稳定运行水平下降。新能源的随机性、波动性特性与经济社会对能源的刚性需求不匹配,现有能源体系在供需两端都处于弱可调、硬匹配状态,用能高峰时段新能源顶峰能力差,低谷时段消纳存在困难,能源紧缺和弃风弃光在不同时段交替出现。

最后,储能设施在能源系统中配建不足。虽然我国储能系统近年来已取得快速发展,但整体规模和容量仍处于初级阶段,尚不足以支撑利用互联网思维改造能源体系的需要。二是智慧转型升级方面的短板。首先,能源互联系统数字化感知、末端处理能力不足,尚未实现生产、传输、消费数据贯通,特别是在新能源规模化接入、不同品类能源输配网络逐步融合阶段,各环节数据孤岛仍广泛存在。其次,先进信息化智能化技术在传统能源系统的应用仍处于初级阶段,能源数据价值未能充分体现,智能分析决策水平不高,与智慧能源体系个性化、互动化服务要求还存在较大差距。三是市场机制设计方面的短板。首先,多元市场导致利益格局更加复杂。风、光等新能源逐步成为市场主体,能源互联网的市场格局、市场机制、交易方式等将被重塑,传统能源生产者向能源辅助服务商转变,传统能源客户从单纯的消费者转变为“生产者﹢消费者”,构建多元主体互利共赢的市场机制,是能源互联网长期健康发展的基础和保障。其次,目前不同能源市场相互割裂,各品类能源价格缺乏转换媒介,价格信号难以推动各类能源协调发展。此外,如何通过市场手段有效调动海量网格化可调节资源、促进市场参与者主动平衡能源供需矛盾,将是能源互联网市场设计的关键。三、推动能源互联网发展的几点建议

当前,在“碳达峰碳中和”目标任务下,我国“十四五”现代能源体系规划和能源碳达峰碳中和实施方案正在紧锣密鼓研究制定之中。综合考虑当前国际国内能源发展形势,建议将推动能源体系智慧升级、大力发展能源互联网作为能源转型的重要方向,重点开展以下几项工作。

一是大力推动能源技术革命,为能源互联网建设提供技术支撑。加速信息技术与能源产业的深度融合,为传统能源行业智慧升级、业态创新、服务拓展及生态构建提供全新可能性。在能源生产方面,构建能源互联网系统平台和数据中心,支撑清洁低碳能源安全联通和消纳畅通。在能源消费方面,基于用户画像等大数据技术灵活汇聚需求侧资源,通过支撑综合能源服务等新业态、新模式,赋予用户更广泛的消费选择权,提升用户联网粘性。

在储能技术方面,拓宽储能技术路线比选范围,丰富储能技术实践应用方案,大力推动微小型抽水蓄能等储能技术广泛应用。在系统运行效率方面,基于“云大物移智链”的创新应用,利用能源大数据、能量路由器、数据中台等技术,推动工业互联网与能源电力系统深度融合,实现能源体系从差异化、松耦合向标准化、紧耦合转变。在能源交易方面,探索采用区块链、潮流追踪等技术进行点对点能量交易、绿证交易,实现电力市场交易模式创新,激发能源互联网市场活力。二是大力推进能源体制改革,为能源互联网建设创造良好政策环境。持续推进相关行业体制机制改革创新,助力能源互联网建设和商业模式创新。打破传统能源行业“竖井”,统筹煤、电、油、气等不同能源品种发展战略,推动供电、供气、供热、供冷等能源基础服务一体化审批,消除能源互联网建设行业壁垒。建立可再生能源与分布式能源并网快速通道,推动油气管网无歧视向第三方开放,实现大用户天然气直供,激发能源互联网商业模式创新动力,降低终端用户用能成本。三是大力推进试点示范,为能源互联网建设探索路径。将能源互联网建设明确为“碳达峰碳中和”目标下我国能源转型方向之一,围绕低碳能源互联、智慧转型升级、安全保障提升、健全市场机制等能源转型重大课题,分领域、分阶段开展能源互联网建设试点示范。在黄河流域和新疆能源富集区、长江经济带上游等清洁能源富集地区,科学规划布局一批以新能源为主的能源基地,通过示范工程引领低碳能源替代工程,促进新能源高比例、高质量、低成本互联。在中东部负荷密集区,布局分散式能源就地开发利用及需求侧响应试点示范。因地制宜建设一批综合能源服务试点项目,通过不同品类能源协调互补、优化利用、融通联供,有效提升终端能源利用效率。四是大力推进能源领域开放,为能源互联网“走出去”创造条件。积极主动参与全球能源治理,倡导通过构建能源互联网推动能源转型新模式,争取未来能源发展的主导权。在“一带一路”等能源国际合作中,通过亚洲基础设施投资银行、金砖国家新开发银行等金融平台,采取设立国际智慧能源产业基金等方式,推动我国能源互联网技术和商业模式走出去,共同推动国际能源转型。

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