能源互联网101
智能电网产品部
目录
•能源互联网的背景•能源互联网的定义与特征•能源互联网的架构•能源互联网的分层设计•能源互联网在中国的实施与发展•总结与展望
1
能源互联网的源起
于化石燃料大规模利用的工业模式正在走向终结。里夫金预言，以新能源技术和信息技由于化石燃料的逐渐枯竭及其造成的环境污染问题，在第二次工业革命中奠定的基术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系，即“能源互联网”（Energy Internet）
即将出现。而以能源互联网为核心的第三次工业革命将给人类社会的经济发展模式与生
活方式带来深远影响。
杰里米·里夫金Jeremy Rifkin
《第三次工业革命》
The Third Industrial Revolution）
能源互联网的能源转型大背景
1. 由于风力发电与光伏发电具有随机性和波动性；其大量接入将改变电力系统结构。包括：电源结构、电网结构、负荷结构2. 未来能源互联网将具有以下特性：（1）可再生能源高渗透率；（2）非线性随机特性；（3）多元大数据特性；（4）多尺度动态特性。
2
能源互联网早期探索
——美国FREEDM项目
美国
未来可再生能源利用和分配管理中心未来FREEDM (Future Renewable Electric Energy Delivery and Management由器之间利用通信技术实现对等交互由器之间利用通信技术实现对等可再生能源利用和分配管理中心交互。交互。) 利用电力电子技术实现对变压器的控制，利用电力电子技术实现对变压器的控制，路FREEDM 的第一代固态变压器采用的第一代固态变压器采用6.5 kV 的HV-IGBT ，每相3个H 桥串联来承受7.2 kV电压；电压；
单相固态变压器示意图
3
中国能源互联网的研究进展
• 中国提出了智能能源体系架构
• 国家能源局2011年开展了《中国智能能源体系专题研究》提出了中国智能能源
体系架构、模型、技术标准、通信协议、实施方案等。主要是以配电网为载体，在终端用能层面，采用智能仪表、EMS、DSM、DR、节能、能效实现能源智能控制，将电力、天然气、热力网、电动汽车充电站信息互联、深度耦合，形成“智能能源网”。
• 提示：中国能源利用率低于国际平均水平，能源互联网建设需要从中国实际出发
，从接纳可再生能源，需求侧管理、节能及提高能效入手。
4
能源互联网的特征与定位
能源互联网的特征
：分享、开放、互联、对等、可再生。
能源互联网本质上是通过能源基础设施的数字化，产生大数据、构建能源云平台、实现能源交易与服务、在维持能量动态平衡过程中实现能源智慧化。
能源互联网的革命、能源体制革命。
定位：支持实现能源生产革命、能源消费革命、能源技术能源互联网以用户为中心，用户既是能源消费者，又是能源生产者。
能源互联网的架构
5
第一层：多能协同能源网络
多能协同能源网络以电力网络为主体，并融合有气、热等网络，覆盖整个能源链：
•能源生产•能源存储•能源传输•能源转换•能源消费
能源融合依赖于高度可靠、安全的主体网架（电网、管网、路网），并具备柔性、可扩展的能力，支持分布式能源（生产端、存储端、消费端）的即插即用。
6
第一层：多能协同能源网络——能源转换
不同类型能源的转换（切换）：
不同承载方式的能源的转换（变换）：
多能源类型协同示例
7
多能协同管理
能源互联网基础设施——电动汽车基础设施规划
8
能源互联网基础设施——电动汽车无线充电技术
能源互联网基础设施——电动汽车电池管理系统
9
多能协同管理——风场功率预测与控制
全球能源互联网
全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架（通道），以输送清洁能源为主导，全球互联泛在的坚强智能电网。全球能源互联网将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网（输电网、配电网）的国家泛在智能电网构成，连接“一极一道”和各洲大型能源基地，适应各种分布式电源接入需要，能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户，是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台。
10
全球能源互联网的发展路线
发展阶段：
第一阶段：在2020年前形成
共识基础上，到
20
30年前，启动大型清洁能源基地建设，加强洲内联网。
第二阶段：到2040年，推动各洲主要国家电网实现互联，大型清洁能源基地开发和跨洲联网取得重要进展。
第三阶段：到2050年，基本建成全球能源互联网，逐步实现清洁能源占主导的目标。
实施举措：
总体上，先国内、再跨国，先洲内、再跨洲。各国国内电网建设和洲内电网互联是推动跨洲联网、实现全球互联的重要基础。
重点地区率先突破。在亚洲与欧洲、非洲与欧洲、亚洲（中东）与非洲等基础条件较好的地区，率先实现跨洲联网。
全球能源互联网发展路线图
全球能源互联合作机制
合国设立全球能源互联网合作联盟有助于推动全球能源互联网建设和发展；全球能源互联网发展需要全面合作的全球能源治理机制提供保障；在联全球能源互联网合作联盟将重点在战略规划、标准制定、资源支持和对外协作方面发挥统领作用。
全球能源互联网联盟组织结构示意图
刘振亚
11
第二层：信息物理能源系统
来源：IBM Institute for Business Value (IBV) analysis
• 物联网、大数据、移动互联网等信息技术的飞速发展，可为涵盖能源生传输、转换和消费整个能源链条的效率、经济、安全提供有效支撑
产、存储、• 价值示例：早期的试验显示在家庭中引入能源显示器后能源消耗降低4-15%
第二层：信息物理能源系统——智能电网是第一步
12
第二层：信息物理能源系统——Enable技术的出现
变成可能。
物联网、智能传感器、大数据、云计算技术使得“自学习、自适应、自优化”600个
数据传感器，200万条控制代码的智能风机可提高4%~15%的风电发电量
第二层：信息物理能源系统——价值的不断提升
13
能量与信息接入的融合
能量网卡是海量用能终端与发、输、变、配等电力系统设备接入能源互联网的物理入口
• 通过能量网卡实现各种电力设备中的信息交互，能量管控与能量交易• 通过能量网卡适配任意类型的电力设备，实现智能化的产能、储能与用能，以及平抑分布式能源的波动
• 通过能量网络适配
任意
类型的分布式能源和大量的分布式碎片化的储能资源，从而实现能源利用率最大化
14
第三层：创新模式能源运营
第三层：创新模式能源运营——以用户为中心的价值创造
15
能源互联网开放互动平台
（1）开放互动平台：构建多层级能量管理、能量交易与服务平台。
以分布式能量管理及服务平台为基础：采用传感器及智能仪表，主动收集能源大数据；采用开放互动平台实施能源优化，能源服务，多边交易。
（2）商业模式：分布式能源、智能微网、供应-需求侧管理（P R O-DSM）、合同能源管理（EMC ）、公私合作模式（PPP ）、虚拟电厂、基于大数据的能源交易、远程运维、用能服务等增值服务。
可持续的商业模式是以互联网为载体的创新性服务，包括能源交易服务、远程运维服务、节能服务。需要由市场决定价格，不能决定价格的市场不是真正的市场，也就不会有真正的商业模式创新和技术创新。企业的核心竞争力是创新
。
能源互联网的参与方
能源互联网的参与方包括：
（1）能源生产类：分布式能源、风电、光伏、CHP 、天然气、微网等（2）能源输送类：电网公司、天然气公司、气电转化服务商
（3）能源调节：储能、制氢、天然气调压站、地源热泵、电动汽车V 2G 、辅助服务、需求响应
（4）能源使用：工业用户、商业用户、社区、园区、新型城镇（5）能源交易：直接交易、第三方交易
（6）能源运营：电网公司、新增配电公司、新增售电公司、燃气公司、能源供应公司（7）能源服务：互联网公司、节能服务公司、大数据、云计算、信息、通信
16
社区综合能量信息管理平台
来源：清华大学能源互联网创新研究院
能源互联网开放互动平台——多能交易平台
来源：清华大学能源互联网创新研究院
17
能源互联网开放互动平台——多能交易平台架构
来源：清华大学能源互联网创新研究院
能源互联网开放互动平台雏形
广东电力交易平台（试点）于2015年3月1日正式上线运行
用户数：发电厂：185个交易电量：200+亿度
31个
18
能源互联网互动虚拟化示例
能源互联网商业模式示例——绿能宝
19
能源大数据
能源大数据——基于大数据分析的用户用能行为挖掘
20
中国能源互联网的顶层设计2015-2020年，建设分布式能源、智能微网、DSM 、充电桩、智能电表等能源基础设施；建设城市主动配电网。逐渐放开电力市场，互联网售电、能源交易、碳交易、EV 、IEMS 。实现数字化、实现数字化、信息化、信息化、互动化（互动化（第一阶段）第一阶段）。2020-2025年，在主动配电网基础上，建设智能配电网，实现智能化（实现智能化（第二阶第二阶）。2020-2030年，采用CPS 、灵活的能量调度、智能组网及云计算，形成自组织的网络，实现信息物理融合，实现广域协调（实现广域协调（第三阶段）第三阶段）
。第一阶段第二阶段第三阶段
中国能源互联网的实施方案
能源互联网需要“自上而下的设计，自下而上的实施”。
能源互联网实施的切入点：主要是“三点四面”
三点：以分布式能源/智能微网、P R O-DSM /DR、节能、储能/提高能效为切入点。采用传感器及智能仪表实现数据采集。能量产品不同于简单商品，关键在于掌握能源大数据。
中国能源实际：富煤、贫油、少气，人均占有资源有限，能源利用效率低，能源网络之间耦合度不高，中国电网是同步大电网。所以，能源互联网建设要从中国实际出发，研究如何落地，明确特征与功能定位，踏踏实实的去做产品。未来市场空间很大。
21
能源互联网的关键科学技术创新能源互联网的中短期发展方向
（1）智能微网：尽可能采用“可再生能源+CHP+储能”的智能微网方式。包括直供电和配电网新增业务放开。
（2）开放平台：分别对基于分布式能源、能量管理系统、需求侧管理、需求响应及能源服务云平台进行试点。
（3）售电公司：以售电公司为主体，建立独立能源数据中心，建立能源互联网服务平台，在提供精细化服务及多样化的增值服务中获利。
（4）商业模式：
a) “光伏发电+CHP+储能”与售电公司相结合
b) 智能微网与售电公司相结合
c) EMC/PPP模式
d) 虚拟电厂模式
上述模式可以向用户提供多种能源服务，切入售电公司业务。
22
能源互联网的产业链能源互联网产业链包括：
（1）基础设施类：分布式能源设备与系统、微网设备与系统、智能仪表、能量路由器、储能、制氢、CHP 、新能源汽车等；
（2）电子及信息类：传感器、CP S、SDN 、电力电子、微电子、通信、IPV6、移动互联网、物联网、大数据、云计算；
（3）平台类：H EMS、B EMS、F EMS、C EMS、可再生能源交易平台、需求侧管理平台、碳交易平台等，将具有广阔
的市场前景。
能源互联网的网络安全
（1）信息安全研究必须保证实用性；
（2）从最开始就要考虑到安全问题；而且是保证各个环节的安全；
（3）对组件、产品、服务和解决方案在全生命周期的安全性进行检查；
（4）通过设计保护国家及个人隐私；
（5）研究云安全；
（6）研究CP S安全；
（7）研究能源生产（SCA D A ）和消费（APP ）中的网络安全；
23
总结与展望
1. 中国能源互联网以分布式能源/智能微网、P R O-DSM /DR、节能、储能/能效为切入点。收集能源大数据，构建开放互动平台。
2. 展望：
（1）实现能源互联网真正落地还需要走很长的路，还有许多实际问题需要解决。
（2）储能是构建能源互联网的关键技术。不同储能类型之间差异很大，各有优势与劣势；需要在具体的应用场景中评判储能的价值。
（3）未来主要任务是：面向具体应用，突破核心技术瓶颈，提高可靠性、安全性、转换率、提高寿命、降低成本。
（4）应立足长远，重视基础研究，重视自主创新，踏踏实实的去做产品。靠市场换不来核心技术，材料需要慢慢研究。
（5）深度了解应用需求及技术成熟度，掌握切入市场的节奏和时机。有多大的市场潜力和本企业能获得多少份额不是一回事，而是两回事。
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能源互联网101
智能电网产品部
目录
•能源互联网的背景•能源互联网的定义与特征•能源互联网的架构•能源互联网的分层设计•能源互联网在中国的实施与发展•总结与展望
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能源互联网的源起
于化石燃料大规模利用的工业模式正在走向终结。里夫金预言，以新能源技术和信息技由于化石燃料的逐渐枯竭及其造成的环境污染问题，在第二次工业革命中奠定的基术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系，即“能源互联网”（Energy Internet）
即将出现。而以能源互联网为核心的第三次工业革命将给人类社会的经济发展模式与生
活方式带来深远影响。
杰里米·里夫金Jeremy Rifkin
《第三次工业革命》
The Third Industrial Revolution）
能源互联网的能源转型大背景
1. 由于风力发电与光伏发电具有随机性和波动性；其大量接入将改变电力系统结构。包括：电源结构、电网结构、负荷结构2. 未来能源互联网将具有以下特性：（1）可再生能源高渗透率；（2）非线性随机特性；（3）多元大数据特性；（4）多尺度动态特性。
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能源互联网早期探索
——美国FREEDM项目
美国
未来可再生能源利用和分配管理中心未来FREEDM (Future Renewable Electric Energy Delivery and Management由器之间利用通信技术实现对等交互由器之间利用通信技术实现对等可再生能源利用和分配管理中心交互。交互。) 利用电力电子技术实现对变压器的控制，利用电力电子技术实现对变压器的控制，路FREEDM 的第一代固态变压器采用的第一代固态变压器采用6.5 kV 的HV-IGBT ，每相3个H 桥串联来承受7.2 kV电压；电压；
单相固态变压器示意图
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中国能源互联网的研究进展
• 中国提出了智能能源体系架构
• 国家能源局2011年开展了《中国智能能源体系专题研究》提出了中国智能能源
体系架构、模型、技术标准、通信协议、实施方案等。主要是以配电网为载体，在终端用能层面，采用智能仪表、EMS、DSM、DR、节能、能效实现能源智能控制，将电力、天然气、热力网、电动汽车充电站信息互联、深度耦合，形成“智能能源网”。
• 提示：中国能源利用率低于国际平均水平，能源互联网建设需要从中国实际出发
，从接纳可再生能源，需求侧管理、节能及提高能效入手。
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能源互联网的特征与定位
能源互联网的特征
：分享、开放、互联、对等、可再生。
能源互联网本质上是通过能源基础设施的数字化，产生大数据、构建能源云平台、实现能源交易与服务、在维持能量动态平衡过程中实现能源智慧化。
能源互联网的革命、能源体制革命。
定位：支持实现能源生产革命、能源消费革命、能源技术能源互联网以用户为中心，用户既是能源消费者，又是能源生产者。
能源互联网的架构
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第一层：多能协同能源网络
多能协同能源网络以电力网络为主体，并融合有气、热等网络，覆盖整个能源链：
•能源生产•能源存储•能源传输•能源转换•能源消费
能源融合依赖于高度可靠、安全的主体网架（电网、管网、路网），并具备柔性、可扩展的能力，支持分布式能源（生产端、存储端、消费端）的即插即用。
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第一层：多能协同能源网络——能源转换
不同类型能源的转换（切换）：
不同承载方式的能源的转换（变换）：
多能源类型协同示例
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多能协同管理
能源互联网基础设施——电动汽车基础设施规划
8
能源互联网基础设施——电动汽车无线充电技术
能源互联网基础设施——电动汽车电池管理系统
9
多能协同管理——风场功率预测与控制
全球能源互联网
全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架（通道），以输送清洁能源为主导，全球互联泛在的坚强智能电网。全球能源互联网将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网（输电网、配电网）的国家泛在智能电网构成，连接“一极一道”和各洲大型能源基地，适应各种分布式电源接入需要，能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户，是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台。
10
全球能源互联网的发展路线
发展阶段：
第一阶段：在2020年前形成
共识基础上，到
20
30年前，启动大型清洁能源基地建设，加强洲内联网。
第二阶段：到2040年，推动各洲主要国家电网实现互联，大型清洁能源基地开发和跨洲联网取得重要进展。
第三阶段：到2050年，基本建成全球能源互联网，逐步实现清洁能源占主导的目标。
实施举措：
总体上，先国内、再跨国，先洲内、再跨洲。各国国内电网建设和洲内电网互联是推动跨洲联网、实现全球互联的重要基础。
重点地区率先突破。在亚洲与欧洲、非洲与欧洲、亚洲（中东）与非洲等基础条件较好的地区，率先实现跨洲联网。
全球能源互联网发展路线图
全球能源互联合作机制
合国设立全球能源互联网合作联盟有助于推动全球能源互联网建设和发展；全球能源互联网发展需要全面合作的全球能源治理机制提供保障；在联全球能源互联网合作联盟将重点在战略规划、标准制定、资源支持和对外协作方面发挥统领作用。
全球能源互联网联盟组织结构示意图
刘振亚
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第二层：信息物理能源系统
来源：IBM Institute for Business Value (IBV) analysis
• 物联网、大数据、移动互联网等信息技术的飞速发展，可为涵盖能源生传输、转换和消费整个能源链条的效率、经济、安全提供有效支撑
产、存储、• 价值示例：早期的试验显示在家庭中引入能源显示器后能源消耗降低4-15%
第二层：信息物理能源系统——智能电网是第一步
12
第二层：信息物理能源系统——Enable技术的出现
变成可能。
物联网、智能传感器、大数据、云计算技术使得“自学习、自适应、自优化”600个
数据传感器，200万条控制代码的智能风机可提高4%~15%的风电发电量
第二层：信息物理能源系统——价值的不断提升
13
能量与信息接入的融合
能量网卡是海量用能终端与发、输、变、配等电力系统设备接入能源互联网的物理入口
• 通过能量网卡实现各种电力设备中的信息交互，能量管控与能量交易• 通过能量网卡适配任意类型的电力设备，实现智能化的产能、储能与用能，以及平抑分布式能源的波动
• 通过能量网络适配
任意
类型的分布式能源和大量的分布式碎片化的储能资源，从而实现能源利用率最大化
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第三层：创新模式能源运营
第三层：创新模式能源运营——以用户为中心的价值创造
15
能源互联网开放互动平台
（1）开放互动平台：构建多层级能量管理、能量交易与服务平台。
以分布式能量管理及服务平台为基础：采用传感器及智能仪表，主动收集能源大数据；采用开放互动平台实施能源优化，能源服务，多边交易。
（2）商业模式：分布式能源、智能微网、供应-需求侧管理（P R O-DSM）、合同能源管理（EMC ）、公私合作模式（PPP ）、虚拟电厂、基于大数据的能源交易、远程运维、用能服务等增值服务。
可持续的商业模式是以互联网为载体的创新性服务，包括能源交易服务、远程运维服务、节能服务。需要由市场决定价格，不能决定价格的市场不是真正的市场，也就不会有真正的商业模式创新和技术创新。企业的核心竞争力是创新
。
能源互联网的参与方
能源互联网的参与方包括：
（1）能源生产类：分布式能源、风电、光伏、CHP 、天然气、微网等（2）能源输送类：电网公司、天然气公司、气电转化服务商
（3）能源调节：储能、制氢、天然气调压站、地源热泵、电动汽车V 2G 、辅助服务、需求响应
（4）能源使用：工业用户、商业用户、社区、园区、新型城镇（5）能源交易：直接交易、第三方交易
（6）能源运营：电网公司、新增配电公司、新增售电公司、燃气公司、能源供应公司（7）能源服务：互联网公司、节能服务公司、大数据、云计算、信息、通信
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社区综合能量信息管理平台
来源：清华大学能源互联网创新研究院
能源互联网开放互动平台——多能交易平台
来源：清华大学能源互联网创新研究院
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能源互联网开放互动平台——多能交易平台架构
来源：清华大学能源互联网创新研究院
能源互联网开放互动平台雏形
广东电力交易平台（试点）于2015年3月1日正式上线运行
用户数：发电厂：185个交易电量：200+亿度
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能源互联网互动虚拟化示例
能源互联网商业模式示例——绿能宝
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能源大数据
能源大数据——基于大数据分析的用户用能行为挖掘
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中国能源互联网的顶层设计2015-2020年，建设分布式能源、智能微网、DSM 、充电桩、智能电表等能源基础设施；建设城市主动配电网。逐渐放开电力市场，互联网售电、能源交易、碳交易、EV 、IEMS 。实现数字化、实现数字化、信息化、信息化、互动化（互动化（第一阶段）第一阶段）。2020-2025年，在主动配电网基础上，建设智能配电网，实现智能化（实现智能化（第二阶第二阶）。2020-2030年，采用CPS 、灵活的能量调度、智能组网及云计算，形成自组织的网络，实现信息物理融合，实现广域协调（实现广域协调（第三阶段）第三阶段）
。第一阶段第二阶段第三阶段
中国能源互联网的实施方案
能源互联网需要“自上而下的设计，自下而上的实施”。
能源互联网实施的切入点：主要是“三点四面”
三点：以分布式能源/智能微网、P R O-DSM /DR、节能、储能/提高能效为切入点。采用传感器及智能仪表实现数据采集。能量产品不同于简单商品，关键在于掌握能源大数据。
中国能源实际：富煤、贫油、少气，人均占有资源有限，能源利用效率低，能源网络之间耦合度不高，中国电网是同步大电网。所以，能源互联网建设要从中国实际出发，研究如何落地，明确特征与功能定位，踏踏实实的去做产品。未来市场空间很大。
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能源互联网的关键科学技术创新能源互联网的中短期发展方向
（1）智能微网：尽可能采用“可再生能源+CHP+储能”的智能微网方式。包括直供电和配电网新增业务放开。
（2）开放平台：分别对基于分布式能源、能量管理系统、需求侧管理、需求响应及能源服务云平台进行试点。
（3）售电公司：以售电公司为主体，建立独立能源数据中心，建立能源互联网服务平台，在提供精细化服务及多样化的增值服务中获利。
（4）商业模式：
a) “光伏发电+CHP+储能”与售电公司相结合
b) 智能微网与售电公司相结合
c) EMC/PPP模式
d) 虚拟电厂模式
上述模式可以向用户提供多种能源服务，切入售电公司业务。
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能源互联网的产业链能源互联网产业链包括：
（1）基础设施类：分布式能源设备与系统、微网设备与系统、智能仪表、能量路由器、储能、制氢、CHP 、新能源汽车等；
（2）电子及信息类：传感器、CP S、SDN 、电力电子、微电子、通信、IPV6、移动互联网、物联网、大数据、云计算；
（3）平台类：H EMS、B EMS、F EMS、C EMS、可再生能源交易平台、需求侧管理平台、碳交易平台等，将具有广阔
的市场前景。
能源互联网的网络安全
（1）信息安全研究必须保证实用性；
（2）从最开始就要考虑到安全问题；而且是保证各个环节的安全；
（3）对组件、产品、服务和解决方案在全生命周期的安全性进行检查；
（4）通过设计保护国家及个人隐私；
（5）研究云安全；
（6）研究CP S安全；
（7）研究能源生产（SCA D A ）和消费（APP ）中的网络安全；
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总结与展望
1. 中国能源互联网以分布式能源/智能微网、P R O-DSM /DR、节能、储能/能效为切入点。收集能源大数据，构建开放互动平台。
2. 展望：
（1）实现能源互联网真正落地还需要走很长的路，还有许多实际问题需要解决。
（2）储能是构建能源互联网的关键技术。不同储能类型之间差异很大，各有优势与劣势；需要在具体的应用场景中评判储能的价值。
（3）未来主要任务是：面向具体应用，突破核心技术瓶颈，提高可靠性、安全性、转换率、提高寿命、降低成本。
（4）应立足长远，重视基础研究，重视自主创新，踏踏实实的去做产品。靠市场换不来核心技术，材料需要慢慢研究。
（5）深度了解应用需求及技术成熟度，掌握切入市场的节奏和时机。有多大的市场潜力和本企业能获得多少份额不是一回事，而是两回事。
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