我國(guó)新能源發(fā)展已經(jīng)走在了世界前列，水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)已均居世界第一。為了進(jìn)一步構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系，國(guó)家大力推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)的試點(diǎn)與示范工程，積極探索支撐能源互聯(lián)的新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)。能源互聯(lián)網(wǎng)是促進(jìn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的重要手段，而特高壓、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等被認(rèn)為是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。

 

（來源：微信公眾號(hào)“能源情報(bào)”ID：eipress 作者：龔鋼軍 張桐 魏沛芳 蘇暢 王慧娟 吳秋新 劉韌 張帥）

 

能源互聯(lián)網(wǎng)是能源網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)深度融合的產(chǎn)物，能源互聯(lián)網(wǎng)集合智能電網(wǎng)、智能石油網(wǎng)、智能燃?xì)饩W(wǎng)、智能水網(wǎng)等多個(gè)行業(yè)，包括二次能源的電力和產(chǎn)生電力的一次能源風(fēng)能、太陽能、核電、生物質(zhì)能等，以及傳統(tǒng)石化能源、環(huán)保節(jié)能、排放控制、垃圾發(fā)電、余熱利用等的多元互動(dòng)、優(yōu)化配置的能源網(wǎng)絡(luò)。目前，由于我國(guó)能源的生產(chǎn)、調(diào)度、運(yùn)維等屬于不同行業(yè)部門，存在管理權(quán)限和利益劃分等問題，致使能源互聯(lián)網(wǎng)的研究設(shè)計(jì)與示范工程建設(shè)往往是針對(duì)局部、小范圍的規(guī)模開展的，具體面臨的制約因素主要體現(xiàn)在以下方面：

 

1）調(diào)度交易方面的橫向分布：交易完全去中心化后能源端多源互補(bǔ)的智能交易方式，以及清潔能源與化石能源的互備與平衡制約因素；

 

2）調(diào)度交易方面的縱向分布：調(diào)度部分去中心化后源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)下的協(xié)同調(diào)度模式與物理約束因素；

 

3）網(wǎng)絡(luò)層：能量流與信息流的路由交換與分配模式，以及不同行業(yè)的能量流物理承載網(wǎng)絡(luò)和信息流通信網(wǎng)絡(luò)的專網(wǎng)專用安全隔離體系的制約因素；

 

4）用戶層：售電側(cè)放開后售電公司和大客戶直購(gòu)電、微網(wǎng)交易、多表合一、儲(chǔ)能設(shè)備的充放電、基礎(chǔ)設(shè)施的信息物理融合等模式及制約因素。能源互聯(lián)網(wǎng)具有“網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動(dòng)”的四大特征，實(shí)現(xiàn)了以開放為基礎(chǔ)的對(duì)等互聯(lián)式的能量交換與分享，以及能量流和信息流的高度融合與智能控制。區(qū)塊鏈作為一個(gè)分布式的數(shù)據(jù)庫和去中心化的P2P對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，具有智能合約、分布決策、協(xié)同自治、防篡改的高安全性和公開透明性等特征，天然上在運(yùn)行方式、拓?fù)湫螒B(tài)、安全防護(hù)等方面與能源互聯(lián)網(wǎng)有相似之處，可以很好的支撐能源互聯(lián)體系的建設(shè)。

 

文獻(xiàn)中提到麥肯錫研究報(bào)告(2016年7月)指出了區(qū)塊鏈技術(shù)是繼蒸汽機(jī)、電力、信息和互聯(lián)網(wǎng)科技之后最有潛力觸發(fā)第五輪顛覆性革命浪潮的核心技術(shù)。文獻(xiàn)提出了一種利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)多模塊系統(tǒng)分布式?jīng)Q策和協(xié)調(diào)自治的機(jī)制框架，探討了區(qū)塊鏈和能源互聯(lián)網(wǎng)融合的關(guān)鍵技術(shù)；文獻(xiàn)提出了能源互聯(lián)網(wǎng)中基于區(qū)塊鏈的弱中心化管理電力交易方法，使得各市場(chǎng)參與者基于智能合約自發(fā)交易；文獻(xiàn)提出了一種基于區(qū)塊鏈的去中心化的儲(chǔ)能系統(tǒng)自動(dòng)需求響應(yīng)方案，能源互聯(lián)網(wǎng)中各響應(yīng)主體根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況及參數(shù)，按照既定準(zhǔn)則自動(dòng)調(diào)整自身功率需求；文獻(xiàn)針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)以及分散能量市場(chǎng)的條件下需求側(cè)響應(yīng)資源參與市場(chǎng)交易中存在的問題，提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合需求側(cè)響應(yīng)資源交易整體框架。文獻(xiàn)結(jié)合電力市場(chǎng)中大用戶直購(gòu)電的需求與特點(diǎn)，構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的大用戶直購(gòu)電交易框架，從市場(chǎng)準(zhǔn)入、交易、結(jié)算和物理約束等 4 個(gè)方面闡述了區(qū)塊鏈技術(shù)在大用戶直購(gòu)電中的應(yīng)用模式。以上文獻(xiàn)在電力市場(chǎng)交易、自動(dòng)需求響應(yīng)、多模塊系統(tǒng)分布式?jīng)Q策和協(xié)調(diào)自治等方面闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)下區(qū)塊鏈的去中心化、智能合約、分布式?jīng)Q策、協(xié)同自治、交易的物理約束等應(yīng)用模式，但并沒有完全結(jié)合現(xiàn)階段我國(guó)能源互聯(lián)面臨的制約因素，通過將區(qū)塊鏈的架構(gòu)與節(jié)點(diǎn)映射到能源互聯(lián)網(wǎng)的層次架構(gòu)模型和關(guān)鍵功能節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)模型，以及能源互聯(lián)網(wǎng)在交易完全去中心化后的智能交易模式和調(diào)度部分去中心化后的垂直分級(jí)調(diào)度系統(tǒng)和多級(jí)變電站的協(xié)同調(diào)度模式。因此，本文針對(duì)區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的相似網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螒B(tài)，從區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)融合角度出發(fā)，研究在區(qū)塊鏈技術(shù)的區(qū)塊鏈支撐下能源互聯(lián)網(wǎng)的層次架構(gòu)模型和關(guān)鍵功能節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建了具有“交易完全去中心化，調(diào)度部分去中心化”特點(diǎn)的基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)智能交易與協(xié)同調(diào)度模式，力求實(shí)現(xiàn)能量流和信息流的安全傳輸與分配。

 

 

 

能源互聯(lián)網(wǎng)為扁平化的能源體系結(jié)構(gòu)，在拓?fù)湫螒B(tài)上更加接近于互聯(lián)網(wǎng)。文獻(xiàn)借鑒開放系統(tǒng)互連(opensystem interconnection，OSI)模型，提出了由接入層、配控層、傳輸層、策略層和應(yīng)用層等組成的能源互聯(lián)網(wǎng) 5 層參考模型，用于指導(dǎo)任意兩個(gè)能源開放系統(tǒng)之間的互連。為了更好的分析能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文認(rèn)為應(yīng)從物理架構(gòu)層次和邏輯協(xié)議層次 2 個(gè)角度分析能源互聯(lián)網(wǎng)的層次模型。

 

1）物理架構(gòu)層次角度：能源互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)各個(gè)能源體系之間的相互協(xié)調(diào)與互聯(lián)互通。從能源交易層講，能源互聯(lián)網(wǎng)主要包括煤、石油、天然氣化石能源，以及水、風(fēng)、光、生物質(zhì)、潮汐和核能等清潔能源；從調(diào)度傳輸層講，包括電網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、石油管網(wǎng)等行業(yè)網(wǎng)絡(luò)；從用戶層講，包括微網(wǎng)、售電公司、工商業(yè)用戶、居民用戶、電動(dòng)汽車等具有虛擬電廠功能的儲(chǔ)能設(shè)施。具體如圖1所示。

 

 

能源互聯(lián)網(wǎng)的物理功能架構(gòu)模型應(yīng)包括：能源交易層、調(diào)度傳輸層和用戶層。其中，①能源交易層主要包括各類能源的生產(chǎn)模塊和總體分配交易模塊。能源生產(chǎn)模塊如電力行業(yè)的各類電廠、石油行業(yè)的石油精煉廠等；分配交易模塊如電網(wǎng)調(diào)度、石油調(diào)度、天然氣調(diào)度等。各類能源在該層結(jié)構(gòu)中可實(shí)現(xiàn)多向交易，如石油電廠、天然氣電廠、石油精煉廠用電等。②調(diào)度傳輸層主要包括各類能源專屬的傳輸通道，如石油行業(yè)的管道傳輸站、天然氣供應(yīng)領(lǐng)域的升壓站以及電力行業(yè)的國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、市調(diào)、縣調(diào)及各級(jí)變電站構(gòu)成的調(diào)度傳輸體系。調(diào)度系統(tǒng)依照分配交易模塊在上一層級(jí)達(dá)成的交易協(xié)議以及自身調(diào)控需求進(jìn)行能源調(diào)度分配，在該層結(jié)構(gòu)中，各行業(yè)能源之間實(shí)行專網(wǎng)隔離，傳輸通道和調(diào)度系統(tǒng)均不互相干擾，以保障能源調(diào)度傳輸?shù)母咝院桶踩浴＂塾脩魧又饕ǜ黝惸茉吹南M(fèi)者。消費(fèi)者并非僅使用單一能源，且存在微網(wǎng)、儲(chǔ)能節(jié)點(diǎn)等，以及開放式售電的逐步推進(jìn)，故存在應(yīng)用端之間的數(shù)據(jù)交互和交易。該物理架構(gòu)下的能源交易層和用戶層實(shí)現(xiàn)了多類能源的橫向互補(bǔ)，因此網(wǎng)絡(luò)上是互聯(lián)互通的。但調(diào)度傳輸層需要行業(yè)專網(wǎng)專用，故為橫向隔離的。原因在于，國(guó)家發(fā)改委頒布的《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》(發(fā)改委第14號(hào)令)、《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》等6個(gè)配套文件(國(guó)能安全[2015]36號(hào))；工信部也頒布的《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)指南》(工信軟函[2016]338號(hào))、《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全事件應(yīng)急管理工作指南》(工信部信軟[2017]122號(hào))等文件均要求能源行業(yè)安全防護(hù)遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的十六字方針。因此，圖1中能源互聯(lián)實(shí)現(xiàn)了“源端橫向各行業(yè)能源的互聯(lián)互補(bǔ)、縱向相互隔離的各行業(yè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)同調(diào)度、用戶端用戶負(fù)荷的橫向互聯(lián)互補(bǔ)”的架構(gòu)，即能源互聯(lián)網(wǎng)可分別在能源交易層和用戶層橫向互聯(lián)，而不能在調(diào)度傳輸層互聯(lián)互通，否則違背信息安全防護(hù)要求。

 

2）邏輯協(xié)議層次角度：能源互聯(lián)網(wǎng)綜合運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與自動(dòng)化等方面的技術(shù)，將大量由分布式能量采集與儲(chǔ)存裝置和各種類型負(fù)載所構(gòu)成的新型電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)能量與信息雙向流動(dòng)的能源交易與共享。能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上類似于互聯(lián)網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)體系的廣泛互聯(lián)與信息處理的高度智能，需要實(shí)現(xiàn)能量流的智能交易、協(xié)同調(diào)度、路由傳輸與分配等，以及信息流和業(yè)務(wù)流的路由傳輸與交換。因此，借鑒 TCP/IP四層模型，本文認(rèn)為能源互聯(lián)網(wǎng)參考模型應(yīng)由信息物理融合層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、信息融合層、調(diào)度交易層等組成的。其中，①信息物理融合層：強(qiáng)調(diào)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也是遵循工業(yè)化和信息化融合的思路，為了滿足能源互聯(lián)網(wǎng)廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動(dòng)的特點(diǎn)，信息物理融合是必須的。信息物理層涉及配用電系統(tǒng)涵蓋的分布式光伏、分布式風(fēng)電、儲(chǔ)能裝置及電動(dòng)汽車等，完成分布式能源及儲(chǔ)能設(shè)備的即插即用，電動(dòng)汽車負(fù)載，并通過計(jì)算、通信以及控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能源互聯(lián)網(wǎng)一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的深度融合，也是能源互聯(lián)網(wǎng)的智能數(shù)據(jù)采集與控制的關(guān)鍵基礎(chǔ)層。②網(wǎng)絡(luò)傳輸層涉及能源路由器、匯聚能源交換機(jī)、本地能源交換機(jī)以及能源交換機(jī)通過對(duì)設(shè)備模型的自動(dòng)辨識(shí)，完成電網(wǎng)內(nèi)部電能和信息的交換和管理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全可靠、能源使用的高效經(jīng)濟(jì)。③信息融合層基于大數(shù)據(jù)分析能源互聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)，通過對(duì)典型應(yīng)用建模，提取數(shù)據(jù)特征，實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化決策與管理，與網(wǎng)絡(luò)傳輸層和信息物理融合層共同支撐應(yīng)用層面的調(diào)度交易層。④調(diào)度交易層采用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)源端的各類能源與用戶之間的中遠(yuǎn)期和實(shí)時(shí)競(jìng)價(jià)交易、能源協(xié)同調(diào)度、運(yùn)營(yíng)效益評(píng)估、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估和用戶互動(dòng)服務(wù)。

 

 

能源互聯(lián)網(wǎng)基于化石能源和清潔能源的混合互補(bǔ)模式，打破了傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)之間的供需界限，極大程度地促進(jìn)電力、石油、天然氣、熱等能源的互聯(lián)、互通和互補(bǔ)。電力系統(tǒng)是能源傳輸?shù)淖钪饕统杀咀畹偷氖走x方式，也是能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，但現(xiàn)有電力管理體制下，各電力調(diào)度部門因掌控調(diào)度權(quán)而處于行業(yè)強(qiáng)勢(shì)地位。同時(shí)，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，在電網(wǎng)多級(jí)調(diào)度中心的調(diào)控下承載能量流的電網(wǎng)與不同發(fā)電企業(yè)通過統(tǒng)一的電力交易平臺(tái)進(jìn)行電量的中長(zhǎng)期或日前交易，不符合能源互聯(lián)網(wǎng)“開放、對(duì)等、互聯(lián)、分享”的特性。而區(qū)塊鏈除了數(shù)字貨幣領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用外，在能源交易、銀行間聯(lián)合貸款清算等領(lǐng)域的應(yīng)用正處于快速發(fā)展階段。區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式、智能性、市場(chǎng)性以及融合性與能源互聯(lián)網(wǎng)理念不謀而合，基于區(qū)塊鏈技術(shù)可以將能源互聯(lián)網(wǎng)概念升級(jí)到能源互聯(lián)網(wǎng)2.0時(shí)代，即能源區(qū)塊鏈時(shí)代。區(qū)塊鏈能夠?yàn)楝F(xiàn)有能源互聯(lián)網(wǎng)一些不能落地的問題提供有效的解決方案，具體如表1所示。