我國新能源發(fā)展已經(jīng)走在了世界前列，水電、風電、太陽能發(fā)電裝機已均居世界第一。為了進一步構建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系，國家大力推進能源互聯(lián)網(wǎng)的試點與示范工程，積極探索支撐能源互聯(lián)的新技術、新模式、新業(yè)態(tài)。能源互聯(lián)網(wǎng)是促進我國能源轉型的重要手段，而特高壓、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等被認為是能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵支撐技術。

 

（來源：微信公眾號“能源情報”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)、智能燃氣網(wǎng)、智能水網(wǎng)等多個行業(yè)，包括二次能源的電力和產(chǎn)生電力的一次能源風能、太陽能、核電、生物質能等，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、優(yōu)化配置的能源網(wǎng)絡。目前，由于我國能源的生產(chǎn)、調度、運維等屬于不同行業(yè)部門，存在管理權限和利益劃分等問題，致使能源互聯(lián)網(wǎng)的研究設計與示范工程建設往往是針對局部、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）調度交易方面的縱向分布：調度部分去中心化后源、網(wǎng)、荷、儲下的協(xié)同調度模式與物理約束因素；

 

3）網(wǎng)絡層：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)絡和信息流通信網(wǎng)絡的專網(wǎng)專用安全隔離體系的制約因素；

 

4）用戶層：售電側放開后售電公司和大客戶直購電、微網(wǎng)交易、多表合一、儲能設備的充放電、基礎設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)架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動”的四大特征，實現(xiàn)了以開放為基礎的對等互聯(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)塊鏈作為一個分布式的數(shù)據(jù)庫和去中心化的P2P對等網(wǎng)絡，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，天然上在運行方式、拓撲形態(tài)、安全防護等方面與能源互聯(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。

 

文獻中提到麥肯錫研究報告(2016年7月)指出了區(qū)塊鏈技術是繼蒸汽機、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。文獻提出了一種利用區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)多模塊系統(tǒng)分布式?jīng)Q策和協(xié)調自治的機制框架，探討了區(qū)塊鏈和能源互聯(lián)網(wǎng)融合的關鍵技術；文獻提出了能源互聯(lián)網(wǎng)中基于區(qū)塊鏈的弱中心化管理電力交易方法，使得各市場參與者基于智能合約自發(fā)交易；文獻提出了一種基于區(qū)塊鏈的去中心化的儲能系統(tǒng)自動需求響應方案，能源互聯(lián)網(wǎng)中各響應主體根據(jù)系統(tǒng)的實時運行情況及參數(shù)，按照既定準則自動調整自身功率需求；文獻針對能源互聯(lián)網(wǎng)以及分散能量市場的條件下需求側響應資源參與市場交易中存在的問題，提出了基于區(qū)塊鏈技術的綜合需求側響應資源交易整體框架。文獻結合電力市場中大用戶直購電的需求與特點，構建了基于區(qū)塊鏈技術的大用戶直購電交易框架，從市場準入、交易、結算和物理約束等 4 個方面闡述了區(qū)塊鏈技術在大用戶直購電中的應用模式。以上文獻在電力市場交易、自動需求響應、多模塊系統(tǒng)分布式?jīng)Q策和協(xié)調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用模式，但并沒有完全結合現(xiàn)階段我國能源互聯(lián)面臨的制約因素，通過將區(qū)塊鏈的架構與節(jié)點映射到能源互聯(lián)網(wǎng)的層次架構模型和關鍵功能節(jié)點，構建基于區(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度部分去中心化后的垂直分級調度系統(tǒng)和多級變電站的協(xié)同調度模式。因此，本文針對區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的相似網(wǎng)絡拓撲形態(tài)，從區(qū)塊鏈與能源互聯(lián)網(wǎng)的技術融合角度出發(fā)，研究在區(qū)塊鏈技術的區(qū)塊鏈支撐下能源互聯(lián)網(wǎng)的層次架構模型和關鍵功能節(jié)點，構建了具有“交易完全去中心化，調度部分去中心化”特點的基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)智能交易與協(xié)同調度模式，力求實現(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構，在拓撲形態(tài)上更加接近于互聯(lián)網(wǎng)。文獻借鑒開放系統(tǒng)互連(opensystem interconnection，OSI)模型，提出了由接入層、配控層、傳輸層、策略層和應用層等組成的能源互聯(lián)網(wǎng) 5 層參考模型，用于指導任意兩個能源開放系統(tǒng)之間的互連。為了更好的分析能源互聯(lián)網(wǎng)的結構特點，本文認為應從物理架構層次和邏輯協(xié)議層次 2 個角度分析能源互聯(lián)網(wǎng)的層次模型。

 

1）物理架構層次角度：能源互聯(lián)網(wǎng)強調各個能源體系之間的相互協(xié)調與互聯(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、光、生物質、潮汐和核能等清潔能源；從調度傳輸層講，包括電網(wǎng)、天然氣管網(wǎng)、石油管網(wǎng)等行業(yè)網(wǎng)絡；從用戶層講，包括微網(wǎng)、售電公司、工商業(yè)用戶、居民用戶、電動汽車等具有虛擬電廠功能的儲能設施。具體如圖1所示。

 

 

能源互聯(lián)網(wǎng)的物理功能架構模型應包括：能源交易層、調度傳輸層和用戶層。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)調度、石油調度、天然氣調度等。各類能源在該層結構中可實現(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、天然氣供應領域的升壓站以及電力行業(yè)的國調、網(wǎng)調、省調、市調、縣調及各級變電站構成的調度傳輸體系。調度系統(tǒng)依照分配交易模塊在上一層級達成的交易協(xié)議以及自身調控需求進行能源調度分配，在該層結構中，各行業(yè)能源之間實行專網(wǎng)隔離，傳輸通道和調度系統(tǒng)均不互相干擾，以保障能源調度傳輸?shù)母咝院桶踩浴＂塾脩魧又饕ǜ黝惸茉吹南M者。消費者并非僅使用單一能源，且存在微網(wǎng)、儲能節(jié)點等，以及開放式售電的逐步推進，故存在應用端之間的數(shù)據(jù)交互和交易。該物理架構下的能源交易層和用戶層實現(xiàn)了多類能源的橫向互補，因此網(wǎng)絡上是互聯(lián)互通的。但調度傳輸層需要行業(yè)專網(wǎng)專用，故為橫向隔離的。原因在于，國家發(fā)改委頒布的《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》(發(fā)改委第14號令)、《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護總體方案》等6個配套文件(國能安全[2015]36號)；工信部也頒布的《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護指南》(工信軟函[2016]338號)、《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全事件應急管理工作指南》(工信部信軟[2017]122號)等文件均要求能源行業(yè)安全防護遵循“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向認證”的十六字方針。因此，圖1中能源互聯(lián)實現(xiàn)了“源端橫向各行業(yè)能源的互聯(lián)互補、縱向相互隔離的各行業(yè)源網(wǎng)荷儲的協(xié)同調度、用戶端用戶負荷的橫向互聯(lián)互補”的架構，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)，而不能在調度傳輸層互聯(lián)互通，否則違背信息安全防護要求。

 

2）邏輯協(xié)議層次角度：能源互聯(lián)網(wǎng)綜合運用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與自動化等方面的技術，將大量由分布式能量采集與儲存裝置和各種類型負載所構成的新型電力網(wǎng)絡節(jié)點互聯(lián)起來，實現(xiàn)能量與信息雙向流動的能源交易與共享。能源互聯(lián)網(wǎng)結構上類似于互聯(lián)網(wǎng)，強調網(wǎng)絡體系的廣泛互聯(lián)與信息處理的高度智能，需要實現(xiàn)能量流的智能交易、協(xié)同調度、路由傳輸與分配等，以及信息流和業(yè)務流的路由傳輸與交換。因此，借鑒 TCP/IP四層模型，本文認為能源互聯(lián)網(wǎng)參考模型應由信息物理融合層、網(wǎng)絡傳輸層、信息融合層、調度交易層等組成的。其中，①信息物理融合層：強調能源互聯(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、開放互動的特點，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、分布式風電、儲能裝置及電動汽車等，完成分布式能源及儲能設備的即插即用，電動汽車負載，并通過計算、通信以及控制技術實現(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)采集與控制的關鍵基礎層。②網(wǎng)絡傳輸層涉及能源路由器、匯聚能源交換機、本地能源交換機以及能源交換機通過對設備模型的自動辨識，完成電網(wǎng)內部電能和信息的交換和管理、網(wǎng)絡運行的安全可靠、能源使用的高效經(jīng)濟。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)，通過對典型應用建模，提取數(shù)據(jù)特征，實現(xiàn)智能化、精細化決策與管理，與網(wǎng)絡傳輸層和信息物理融合層共同支撐應用層面的調度交易層。④調度交易層采用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)源端的各類能源與用戶之間的中遠期和實時競價交易、能源協(xié)同調度、運營效益評估、設備狀態(tài)評估和用戶互動服務。

 

 

能源互聯(lián)網(wǎng)基于化石能源和清潔能源的混合互補模式，打破了傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)之間的供需界限，極大程度地促進電力、石油、天然氣、熱等能源的互聯(lián)、互通和互補。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，但現(xiàn)有電力管理體制下，各電力調度部門因掌控調度權而處于行業(yè)強勢地位。同時，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，在電網(wǎng)多級調度中心的調控下承載能量流的電網(wǎng)與不同發(fā)電企業(yè)通過統(tǒng)一的電力交易平臺進行電量的中長期或日前交易，不符合能源互聯(lián)網(wǎng)“開放、對等、互聯(lián)、分享”的特性。而區(qū)塊鏈除了數(shù)字貨幣領域的規(guī)模化應用外，在能源交易、銀行間聯(lián)合貸款清算等領域的應用正處于快速發(fā)展階段。區(qū)塊鏈技術的分布式、智能性、市場性以及融合性與能源互聯(lián)網(wǎng)理念不謀而合，基于區(qū)塊鏈技術可以將能源互聯(lián)網(wǎng)概念升級到能源互聯(lián)網(wǎng)2.0時代，即能源區(qū)塊鏈時代。區(qū)塊鏈能夠為現(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。