摘要：能源互聯網研究與實踐快速推進，新理念、新技術開始涌現，呈現開放、融合態勢。準確把握能源互聯網發展方向與基本特征對研判中國能源行業未來形態、科學推進能源轉型尤為重要。立足于中國中長期能源轉型不同路徑比較，著眼于“能源+”的高度去定位能源在未來經濟高質量發展中的位置，結合對能源互聯網架構與運行機理的分析以及對跨界融合實踐特點的總結，提出了廣義能源互聯網發展理念;在此基礎上，探討影響其產業頭部格局的關鍵因素，即互聯互通能力、綜合能源系統規劃設計能力和產業創新生態系統建設能力等。這種更包容、更開放的能源互聯網發展理念，有利于推動能源轉型突破新動能、新模式、新業態的創新瓶頸。

關鍵詞：廣義能源互聯網 能源轉型 能源+ 綜合能源系統

引言

改革開放四十年來，中國能源發展取得了舉世矚目的成就，能源生產和消費總量躍升世界首位，能源結構持續優化，節能降耗成效顯著，能源安全保障能力實現跨越式發展。立足未來生態文明建設新高度，能源發展進入新的轉型期，亟待解決不同范圍、不同程度存在的高污染、高排放、高能耗、體驗不佳等問題，以建立現代能源經濟體系，實現高質量發展。

本輪能源轉型相對于薪柴–煤炭–油氣的進化規律而言，出現了廣泛使用分散、低能量密度、高波動新能源的新特點，也面臨市場化改革深入推進和互聯網技術廣泛應用等新機遇，具有高度復雜性、高度不確定性，各類新理念、新技術開始涌現[1-5]。能源互聯網作為其中最具有包容性和時代技術特征的解決方案，受到政產學研金等社會各方廣泛關注[6-8]。在中國能源轉型的關鍵期，準確把握能源互聯網發展方向成為構建清潔低碳、安全高效能源體系，落實建設生態文明千年大計，重塑能源行業未來發展形態的關鍵。

目前，對能源互聯網的研究與實踐呈快速擴張狀態[9-12]。本文在已有研究基礎上，結合對能源轉型路徑、與互聯網的關系、架構與運行機理等分析，研判能源互聯網基本特征;進一步提出具有更大包容性的廣義能源互聯網發展理念，并從互聯互通、綜合能源系統規劃、產業創新生態系統等方面，探討影響能源互聯網產業頭部格局的關鍵因素。

1 能源互聯網發展路徑依賴特征

能源互聯網建立在未來的能源系統之上，研判中國能源互聯網發展前景，需要放到中國能源生產與消費革命大背景下。在能源發展戰略目標和現實條件約束下[13]，不同能源轉型路徑意味著各類能源品種的不同位置和作用，不同的節能降耗強度，不同的能源結構和資源配置模式，從而形成不同的安全、經濟、環境水平。能源互聯網的發展方向、建設路徑、開發模式與中長期能源轉型戰略密切相關，具有強路徑依賴特征。

一是基于不同轉型路徑的比較可知，突出電氣化將是中國能源互聯網發展的重要特征。文獻[14]立足于經濟高質量增長新趨勢和能源變革發展新格局，以提高能效水平和天然氣消費比重為基礎，以電氣化和清潔能源發展為重點構建未來發展情景，研究設置了各類轉型措施實施力度相對平衡的常規轉型情景和電氣化水平更快提升的電氣化加速情景。分析表明，相對常規轉型，電氣化加速路徑有終端能源需求總量更少、能效水平提升更快、碳減排力度更大等優勢。到2050年中國人均電力消費將達到8 800~10 300 kW·h。

二是發展能源互聯網不能走促進用戶提高能源使用強度的道路，綜合能源服務業務開拓重點在于提高終端能源利用效率。文獻[14]測算表明，2040年以后人均能源需求穩定在4.0~4.2 t標準煤，低于OECD國家目前平均水平，表明中國可以以更低的人均能源消費水平支撐經濟長期增長。而到2050年能源消費強度將降至2015年的1/4，意味著巨大的提高能效市場空間。未來，工業部門、建筑部門(建筑部門分為城市住宅、農村住宅和公共建筑三大類，包括統計口徑中的第三產業(不含交通運輸)和居民用能)、交通部門的終端用能占比從目前的63.5%、21.7%、13.5%演變成41.4%、30.0%、26.7%格局[14]，綜合能源服務業務創新重點應隨著能源需求增長動力的轉變而逐步轉移。

三是解決高污染高排放等問題將成為能源互聯網業務模式衍生的重點。能源系統產生的碳排放占排放總量的50%，而且空氣污染物中85%的顆粒物、幾乎所有的硫氧化物和氮氧化物也是由能源系統產生的。其中，碳排放量未來會進一步向電力系統轉移，2025年前后電力部門碳排放達42億t峰值，排放指標成為促進產業升級的關鍵動力，通過用能方式轉變實現減排的需求日益增多。

四是有效支撐大規模發展的新能源的高效利用將成為能源互聯網持續發展的重要動力。電氣化加速情景下，到2030年陸上風電與光伏將達13.7億kW[14]，為解決相應的電力電量平衡與調峰等問題，需要煤電等各類電源協同發展，大力推進需求側資源、儲能等重要靈活性資源發展。源-網-荷-儲協調運行作為多約束下實現能源轉型多目標的重要手段，也將成為能源互聯網的典型運行特征。

五是發展能源互聯網需要著力于解決能源轉型實施中面臨的難題。能源消費總量雖然較快進入平臺期，但仍有大幅增加，考慮到能源利用空間的聚集性，在土地資源、水資源、環保容量有限等約束下，能源基礎設施布局等面臨較大挑戰，綜合能源系統規劃設計需要更多創新突破。

此外，應客觀認識能源互聯網走電氣化加速路徑在發展速度、發展重點上的不確定性，需跟隨新能源、儲能等各類要素技術經濟特性演化情況做出調整。

2 能源互聯網功能特征

能源互聯網概念的提出雖然源于互聯網的時代背景，但不能完全按照里夫金的“互聯網+”改造能源系統的理念來認識[15]。在充分吸收互聯網技術、共享經濟思維基礎上，有必要在更高層面按照與“互聯網+”相似的“能源+”或“能源互聯網+”高度去認識能源在未來經濟高質量發展中的位置，從而以更積極的態度、更開放的理念認識能源互聯網。這將有助于打開能源領域新動能、新模式、新業態創新的瓶頸，也有利于進一步找準能源互聯網創新發展的切入點。

2.1 以“能源+”功能定位能源互聯網

未來的能源互聯網將具有與互聯網相似的網絡特征和技術特點，采用相近的運行方式，表現出相仿的市場特性和組織模式。一是能源互聯網具有泛在、多層次結構，不同能源子網間多重耦合，與由主干網、區域網、園區網構成的互聯網具有相似的廣泛互聯網絡結構。二是能源互聯網與互聯網都采用標準的接口與協議，支持海量主體即插即用。三是都通過“路由器”組網，實現能量/信息流雙向快速變化。能源路由器通過能源轉換、分配技術控制能量傳輸路徑，通過內部儲能裝置調整能量盈缺、實現能量雙向快速變化[16]。四是都注重能源/信息的雙向流動，激發主體互動。五是能源互聯網與互聯網類似，通過打破傳統能源系統內部的信息壁壘，促進價值發現和高度市場化。六是都接觸廣泛用戶，是廣泛創新、高速發展的系統。

以更長時間尺度、能源大歷史觀來看，能量作為與信息同等重要的要素，有望像“互聯網+”破除各行各業的信息壁壘一樣，以“能源+”的形態改進各類高污染、高排放、高能耗的生產生活方式，推動全社會綠色可持續發展。縱覽人類上千年的用能歷史，能源始終是工業革命的先導。能源產業每一次躍遷都會帶來人類生產生活的巨變。事實上，相對于當代的“互聯網+”，“能源+”在人類歷史上已經出現過多輪。

綜上，“能源+”是充分發揮能量生產要素在經濟社會發展中的基礎性、約束性(生態)和驅動性作用，通過能源互聯網技術與傳統產業融合，形成清潔低碳、優質高效、靈活便捷的能源消費新模式和產業升級新業態。

2.2 “能源+”功能特征引領能源互聯網創新方向

現代能源經濟的實質是要求能源的角色從保障經濟增長向驅動經濟升級轉變。能源問題已經成為各類產業升級亟待突破的瓶頸之一，能源轉型不會局限于行業內部，能源產業的變化也會驅動相關行業模式和業態的創新。“能源+”經濟將成為具有引領性的經濟形態之一。

能源互聯網創新發展將落腳到能源消費升級，以“能源+”的方式與農業、工業、交通等其他產業結合，表現為各行各業能源消費水平、消費結構、排放程度、供能方式等變化。事實上，即使在農村，新一輪“能源+”成效也已顯現。散燒煤、薪柴等初級能源的電能替代推動了農村部分地區制茶等產業的興旺和生態環境改善。而隨著農村能源消費空間相對進一步集聚和品質逐步提升，鄉村振興戰略將得到更有效支撐。

“能源+”與用戶生活融合的重點是創造性解決存在的能源使用缺乏柔性和體驗不佳等問題，并引領消費模式升級。當前能源系統魯棒性不強，難以“即插即用”，難以應對潮流雙向變動，服務用戶模式單一。用戶正由滿足基本能源需求向更便捷、更經濟發展，未來會逐步成為產銷一體者，并在引導下愿意為清潔能源支付更高的用能成本，能源消費需求層次在逐漸提高。

能量與信息、資本等其他要素的結合將推動形成包括“能源+互聯網”、“能源+金融”等新服務形態、新盈利模式及新組織形式。不同要素的融合，將帶來綠色金融、能源大數據、能源區塊鏈等一系列新產品和新服務，也會促進能源行業價值鏈、產業鏈的優化，進而推動平臺型組織興起。

3 能源互聯網架構與運行特征

3.1 能源互聯網架構特征

結合“能源+”理念、能源系統特點等，多維度刻畫能源互聯網架構特征。

一是與社會系統深度結合，協同特征[5]。這是與“能源+”功能特征具有內在一致性的架構特征，符合生產力與生產關系的辯證關系。面對能源技術發展帶來的生態問題、社會問題，需要能源產業與自然系統生態功能協調，形成經濟-社會-生態新平衡。在此基礎上，進一步推進能源利用過程與社會生產生活升級體驗相結合，實現能源系統與社會系統協同進化。同時，維持三方共生關系的能源政策制定、社會治理機制建設和用戶行為培養也是重要組成部分。

二是存量增量二元結構特征。能源系統具有資本、人力、技術密集的特征，存在巨大的發展慣性。能源互聯網作為下一代能源系統，其體系架構必定以現有體系架構為主體，需要通過存量升級和增量換代解決能源系統正面臨的多層次、多方面問題。多層次的存量與增量并存，包括煤、油、氣、電、熱等多個能源品種的獨立系統與多能互補的終端融合系統。存量相對獨立、封閉，增量相對融合、開放，目前增量主要是園區級、大工業用戶等末端。

三是網絡化、分層特征。以發揮能源互聯網規模經濟、范圍經濟作用為基礎，通過分層協同的架構和運行機制，避免供需失衡向下層傳導和波動跨級上傳。大基地和分布式是可再生能源的主要開發形式，前者目前存在消納困難問題，亟需在能源主網進行大規模大范圍的供需匹配;后者在系統底層接入，未來數量大幅增長，將導致潮流波動加劇甚至逆轉，對能源網絡形成明顯沖擊，需要在配網層或新建的微網層進行充分管理，平抑波動，避免波動跨級上傳。

四是終端融合、互補特征。通過高效轉化裝置互為備用以有效避免供能中斷，也可利用不同能源互補特性有效提高綜合能源利用效率，有力解決低質量低效率問題。但受現有技術、體制和經濟性的限制，多能互補多在微網層面推廣，不同能源的配網層和主網層難以實現大規模互通，未來較長時間內仍將保持相對獨立。

五是物理信息應用深度融合、平臺化特征[10]。以信息層為紐帶促使物理層、信息層、應用層更為柔性，并以綜合能源服務平臺等方式，綜合提升能源系統適應變化和滿足用戶更佳體驗的能力。

3.2 能源互聯網運行特征

能源互聯網運行特征是未來能源系統運行物理規律和市場規律的綜合表現，是能源流、信息流、價值流之間關系的刻畫。一是以用戶為中心特征。這是改造傳統能源系統、達成“能源+”功能的關鍵，需要關注用戶需求，激發用戶互動，創新產品與服務。二是市場引導、多要素協同、共享互動特征。形成能源系統各節點間動態互動與交互式協同運作，從而統籌發揮大范圍能源資源配置優勢、局部自平衡作用和閑置資源充分利用的價值。市場引導還原能源商品屬性，發揮資源配置的決定性作用，多能互補和源–網–荷–儲協調是具體調節手段，共享互動體現了能源領域共享經濟思維。多能互補依據不同能源品種特點，調動能源轉換裝置，實現多種能源間余缺互濟。源–網–荷–儲協調通過各部分的深度交互，逐級消納供需矛盾、平抑波動。三是具有高比例可再生能源接入、多尺度動態、非線性隨機特征。包含連續動態行為、離散動態行為和混沌有意識行為的復雜系統，控制優化面臨更大挑戰[17]。四是大數據、人工智能驅動的智能特征。具體表現為廣泛挖掘潛藏信息價值，賦予系統預知供需變化能力，通過自我進化的方式高效滿足用戶需求，即自我感知、自我適應、自我進化。

4 能源互聯網發展理念

4.1 能源互聯網實踐特點

廣泛的實踐探索提供了認識能源互聯網特征的豐富樣本。以國家電網公司為代表的大型能源企業分別提出建設能源互聯網企業、向綜合能源服務商轉型等目標。傳統的能源規劃設計單位、節能服務公司、裝備制造企業及燃氣、熱力公司等積極拓展業務進入綜合能源系統建設。新奧、協鑫等新興能源企業以擅長的天然氣、光伏業務為基礎進入綜合能源服務領域。阿里、騰訊、浙江中控分別借助數據信息技術、人工智能，依靠對用戶行為的理解，參與能源行業競爭。此外，電動汽車、動力電池生產企業、建筑企業等也在延伸產業鏈進入能源行業。

能源互聯網作為新興事物，體現了貼近用戶、跨界探索、重視數據、合作共贏的實踐特點。一是進入企業類型多元化、分散化，均發展貼近用戶的業務，爭奪客戶粘性。二是相關企業均通過主營業務優勢、某種技術優勢、某細分市場優勢開展價值鏈延伸，實現模式創新與市場突破，體現了業務拓展的路徑依賴特點和集成創新性。三是數據獲取、價值挖掘和平臺建設作為價值高地，成為很多企業建立護城河的選擇。四是BOT、PPP等商業模式很多，合作共贏成為共識。

4.2 廣義能源互聯網

綜上，能源互聯網呈現開放、融合態勢。政產學研各方探索著不同技術路線，初期分別針對能源系統靈活性不足問題、高污染和高排放問題、低質量和低效率問題提出了多種理念：借鑒互聯網開放對等理念及體系架構變革能源系統關鍵設備、形態架構、運行方式以實現海量主體即插即用;融合信息通信技術和先進輸電技術構建能源堅強傳輸網絡實現清潔能源大范圍配置與大規模利用;通過信息技術促進多種能源之間的相互替代和綜合優化等。在融合過程中，各理念在清潔低碳、電氣化特征、物理信息融合三方面交集不斷加強，而并集則持續豐富，包括網絡堅強、互聯互通、多能互補、源網荷儲協調、互聯網思維和技術、分布自治、市場化和商業模式等。

能源互聯網正處于快速演進中，而且相關要素的技術經濟性、能源系統顛覆性技術、具有破壞性的商業模式等都有較大的發展不確定性，因此目前還遠未到可以較為成熟地全景勾勒其形態的階段。總體而言，持續開放和創新將成為常態。結合對能源互聯網“能源+”功能特征和跨界融合實踐特點的分析，一個廣義定義有利于發揮各方力量的不同優勢，加速能源互聯網生態的整體進化。這就如同互聯網行業未限定在信息通信領域一樣，各行各業與能源行業一起在實踐中可以各有側重突出能源互聯網建設的某一方面。

綜合已有各方研究進展，結合前述發展方向研判和特征刻畫，本文試圖提出具有較大包容性的廣義能源互聯網發展理念，即沿著能源轉型電氣化加速路徑，發展符合能源革命要求、以新一代電力系統為標志的未來能源系統，形成基本的物理條件[1];同時，從邊緣開放出發，以主動用戶需求和市場機制為內生動力，推進技術、業務、主體、產業的跨界集成，達成能源系統與社會系統泛在的全新融合形態;利用綜合能源服務平臺、源網荷儲協調、多能互補及大云物移新技術等實現工具，形成“能源+”系統功能，推動能源消費升級，催生經濟新業態。

簡言之，這一理念著眼于發展現代能源經濟，建立在能源轉型驅動社會經濟發展的理論邏輯架構之上，吸收了能源網絡的互聯網特征認識及相應的網絡經濟、范圍經濟和共享經濟等思維模式，有利于保持能源互聯網發展的強擴展性。

5 能源互聯網產業頭部格局影響因素

近年中國新興產業發展表現出明顯的頭部效應，有必要研究影響未來能源互聯網產業頭部格局的關鍵因素。這也是能源互聯網企業塑造核心競爭力所在。產業頭部格局競爭表現在不同能源品種之間、網絡之間、技術和商業模式之間的競爭，具有多層次、多方位和多元化的特點。各類能源互聯網企業需要充分發揮不同的能源資源優勢、網絡優勢、品牌優勢、用戶優勢和技術優勢。

5.1 能源互聯互通能力

能源互聯網發展主導權的競爭關鍵在于互聯互通能力。一是各類能源網絡的規模、布局，其互聯互通所達范圍、網絡結構特征、與其他網絡連接深度等，影響其在能源互聯網中的地位。互聯互通能力是各類能源網絡實力的傳遞和影響力的施展途徑[18]。能源系統中已形成了油氣管網等多種網絡，其中，電網相對是互聯互通范圍最大、配置能力最強、與海量用戶互動潛力最大的能源網絡，最具互聯網特征，智能化水平和互聯網應用基礎相對更好，開展能源增值服務潛力極大，因而在發展能源互聯網方面具有先發優勢。未來的電網不僅是傳統意義上的電能輸送載體，還將成為構建能源互聯網的基礎平臺，通過與互聯網、物聯網、智能移動終端等相互融合，服務智能家居、智能社區、智慧城市發展。

二是綜合能源服務平臺建設。綜合能源服務平臺具有入口、聯接、激發屬性，是調控、交易及衍生各類應用的操作系統，能實現廣泛主體間能源、信息、市場等方面的整合，是企業組織能夠平臺化的物質基礎。這與“蘋果系統”、工業互聯網平臺等類似，均是各領域的底層核心競爭力。平臺的本質之一是數據，數據獲取能力、價值挖掘能力及相關的能源互聯網業務理解與創新能力對于平臺建設尤為關鍵。

三是標準體系建設。標準影響互聯互通發展效率和最終質量，標準競爭獲得的產業領先能力可轉化為持續的比較優勢，不同的標準體系也會在能源互聯網不同層面導致不同的發展形態。一個高質量的標準體系應該有利于降低能源互聯網復雜度，即通過對多能轉換接口、綜合能源服務平臺交互接口等關鍵環節標準的設計，提高“即插即用”、信息交互水平。

5.2 綜合能源系統規劃設計環節

綜合能源系統規劃設計是能源互聯網產業鏈條上的特殊一環，尤其在當前發展路徑多元、導則標準缺失、技術融合難的產業引導期顯得更為重要。一是規劃層面較接近市政決策層的話語體系，易輸出理念，直接與市政規劃對接，是從上而下切入市場的重要入口。二是規劃理念、原則等影響一個地區綜合能源系統發展方向，決定未來幾十年的能源利用格局。三是規劃設計可以成為拓展綜合能源服務市場的先導，規劃層面易搭建生態體系，統籌理順新能源、儲能、電動汽車、節能各類業務邏輯，可帶動相關設備企業、金融企業進入，并發展為總包能力，進而形成規劃+能源實業的平臺。

以廣義能源互聯網為指導，綜合能源系統規劃設計可包括2個層面。底層是圍繞對象能源轉型指標要求，基于多能互補、源–網–荷–儲協調理念，按照充分利用清潔能源，充分考慮冷熱氣電等在滿足終端用戶用能需求上的等效替代關系，計及能源加工轉換環節經濟性和轉化速度與效率條件下，規劃設計多能耦合環節的規模和布局。此外，要拓展形成能源子系統與交通等城市其他子系統一體化規劃能力，實施電、氣、冷、熱管網布局綜合規劃、管廊一體化規劃。上層是基于“能源+”理念，考慮對象產業升級等需求，因地制宜整合分布式光伏業務、儲能業務、清潔供暖業務、綠色建筑、工業節能、能源云(光伏云、儲能云、充電設施云)及能源數據平臺等，提供能源驅動生產生活方式優化的構想級的一攬子綜合解決方案。

5.3 產業創新生態系統建設水平

傳統能源產業向新興朝陽產業轉變，行業生態發生較大變化。傳統能源產業是“豎井式”垂直集成、邊緣封閉的業態，未來將逐步向邊緣開放、各能源品種末端融合的能源新業態轉變。未來能源互聯網行業將發展成為由傳統能源企業、新興能源企業、互聯網企業、人工智能企業、金融機構、規劃設計機構、汽車企業、設備制造商、建筑企業等構成的生態系統。

未來參與綜合能源服務市場競爭，要依靠生態模式、平臺模式實現共贏。新生態對傳統能源企業創新能力、體制活力、容忍風險提出了更高要求，需增強自身包容性、自適應性，以適應跨領域進入者，同時能創造性地通過“能源+”進入其他行業。一是有必要調整圍繞某能源品種或業務的單一產業鏈條，形成以資本為紐帶的產業集群能力和產融結合競爭力。二是由單一的商業模式向高維商業模式轉變，開展以用戶為中心的價值創造，以技術為驅動的業務革新，以數據為核心的信息增值，積極探索基于新生態的新型業務體系。三是面對潛在的大量小微主體帶來的邊緣創新、跨領域創新，需要建立能篩選、吸收創新創業團隊的創新生態體系，超前布局具有潛在顛覆性的獨角獸企業，有效應對產業發展高不確定性帶來的風險。

5.4 關鍵技術創新能力

新科技新產業的發展仍面臨諸多不確定因素，一些重大科技方向由于各種原因被忽視，而另一些一度被視為前景廣闊的科技項目最終被證實缺乏市場價值[19]。能源互聯網產業發展也在所難免。影響未來頭部格局的最大變數在于關鍵技術進展情況[20]。其復雜性不僅體現在新一代電力系統等能源技術突破性進展，而且由于能源互聯網產業的跨界特點，新材料、新一代信息技術、高端裝備制造等戰略新興產業的重大突破也會帶來顛覆性影響。

在當前技術條件和商業環境下，綜合能源服務業務主要局限在能效提升領域，因而在新能源和多能互補技術上具備成本優勢對提升競爭力很關鍵。未來來看，為打開產業空間，需立足能源互聯網多領域技術交叉融合趨勢，加快石墨烯、儲能、能源大數據、物聯網等各類核心技術、關鍵設備、新材料的研發，加大前沿引領技術儲備。其中，儲能獨特的能量時空轉移特性，可能打破局部電力系統即發即用平衡模式，作為多能互補的紐帶和解放用戶主動性的關鍵，將帶來能源互聯網商業模式的關鍵性突破。

6 結語

本輪能源轉型將形成不同于化石能源時代的產業進化邏輯，更強調生態約束，更貼近用戶需求，更突出跨領域科技創新、商業模式創新的多輪驅動。為高質量推進能源轉型，有必要加快發展更具有包容性的能源互聯網戰略新興產業。這需要充分汲取四十年來寶貴的改革開放經驗，堅持創新、協調、綠色、開放、共享五大發展理念，以能源革命為統領，加強國家產業政策支持，并落腳為發揮市場配置資源的決定性作用。

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