能源 以智慧的名义

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信息通信技术是能源互联网的载体。在互联网概念的指导下，能源基础设施领域将发生深刻的变化。能源互联网和智能都有广泛的应用，但在能源互联网的“广域网”实施之前，“局域网”在垂直应用领域是主要的应用场景。

能源互联网示意图

资料来源:国防科技大学中信证券研究部(报价、询价)

不同储能技术的优缺点比较

用互联网理念构建能源网络

能源互联网是采用分布式能量收集系统，充分收集分散的可再生能源，然后通过存储技术存储间歇能量，利用互联网和智能终端技术使能量和信息双向流动，从而实现整个网络中能量的分配、交换和共享的智能能源网络。能源互联网将集中、单向和生产者控制的能源系统转变为大量分散的辅助性、不太集中和互动性更强的能源网络。

与信息互联网的局域网和广域网架构类似，能源互联网基于互联网理念构建了一种新型的信息能源“广域网”，包括大电网的“骨干网”和微电网的“局域网”，双向按需传输，动态均衡使用。

“微电网”是能源互联网的基本组成部分，它通过微电网中的新能源发电、微能源收集、汇聚和共享以及能量存储或消耗，形成一个“局域网”。大电网在传输效率上仍有不可比拟的优势，未来仍将是能源互联网的“骨干网”。

通过储能技术、能量收集技术和智能控制技术，能源互联网将有效解决可再生能源供应不可持续、质量不稳定和难以接入电力骨干网等问题，使可再生能源逐步成为减少污染物排放的主要能源。能源互联网一旦实现，人类将获得充足的能源供应，信息技术、智能控制技术、能量收集技术、储能技术和动力技术等相关技术也将迅速发展，新能源、动力设备、智能产品、生产设备和新材料领域将取得新的进展。

虽然国家电网公司提出建设以UHV电网为骨干、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、自动化、数字化、互动为特征的坚强智能电网，但坚强智能电网只能解决设备利用、安全可靠性、供电质量、新能源接入等基本问题。通过信息化和智能化手段对现有网格体系结构进行改造；然而，能源互联网的不同之处在于采用互联网概念、方法和技术来实现能源基础设施架构本身的重大变革，并构建新的信息和能源融合网络。我们认为，能源和信息技术的融合将从根本上改变能源的生产和利用模式，从而形成能源供应向分散生产和网络共享模式转变的总趋势。

能源互联网是可再生的、分布式的、互联的、开放的和集成的。

可再生能源是能源互联网的主要能源供应来源。可再生能源发电具有间歇性和波动性，其大规模接入将对电网的稳定性产生影响，从而推动传统能源网络向能源互联网的转变。由于可再生能源的分散性质，为了以最大效率收集和使用可再生能源，有必要建立地方能源收集、储存和使用网络。这些能源网络规模小、分布广，每一个微能源网络都构成了能源互联网的一个节点。

大规模分布式微能源网络不能保证自给自足，因此需要联网进行能源交换，以平衡能源供需。能源互联网将分布式发电设备、储能设备和负载组成的微能源网络互联起来，而传统电网更注重如何将这些元件连接起来。

能源互联网的基础设施建设不能完全抛弃现有的传统电网。尤其是传统电网中现有的骨干网投资巨大。在能源互联网结构中，应考虑改造传统电网的基础网络设施，将微能源网络融入改造后的大电网，形成新的大规模分布式能源共享互联网络。

各国积极推动

美国首先提出了能源互联网的概念。2008年，美国国家科学基金会(nsf)在北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)建立了未来可再生电力输送与管理系统(freedm)，并提出了能源互联网的概念，希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统，在未来配电网层面实现能源互联网的概念。

2011年2月，美国能源部启动了阳光计划，旨在到2020年将太阳能光伏系统的总成本降低75%，降至每千瓦时6美分。阳光计划的成功实施将大大降低能源互联网的实施成本。

欧洲等国家也在积极探索能源互联网领域。自2000年以来，欧盟开始大规模推进碳减排计划和政策，以加快新经济和能源模式向可再生能源循环清洁模式的转变。欧洲国家设定了目标和基准，并形成了第三次工业革命的主流。2011年，欧盟发布了《能源基础设施》战略报告，提出了将欧盟各国的电网、燃气网等能源网络连接起来，构建跨欧能源互联网的战略构想。英国政府还积极支持以能源互联网为核心的第三次工业革命，并在电动汽车和电网基础设施等建设项目中实施能源互联网。

德国积极通过信息化建设能源互联网。2008年，德国联邦经济技术部和环境部推出了一项基于智能电网的4年技术创新推广计划，即电子能源计划，该计划提出建设一个新的能源网络，实现全面数字互联和计算机控制与监控的目标。2011年8月，德国第六次能源研究计划决定从2011年至2014年拨款34亿欧元，重点资助与能源互联网相关的关键技术，包括可再生能源、能效、储能系统、电网技术以及可再生能源在能源供应中的整合。

中国还在实验基础上推出了智能能源网络。通过有机整合不同能源品种的网络，形成了跨能源品种的能源生产、流通(交易)和消费网络。据估计，智能能源网络将使中国的能源效率提高15%以上。国家电网在《UHV交流/DC电网》中指出，UHV电网不仅是传统的电力传输载体，还可以与互联网、物联网、智能移动终端等融合。，并成为中国未来的能源互联网平台。

近年来，新奥集团提出了泛能源网络的概念，利用智能协同技术将能源网络、物质网络和互联网耦合起来，形成“能源互联网”。泛在能源网由基础能源网、传感控制网和智能互联网组成，整合了燃气分布式能源、浅层地下水热能、太阳能、风能、工业剩余能源和温差能等多种新能源，形成泛在能源站。根据终端用户的需求，本地区各种可再生能源和化石能源被高效转化为冷、热、电等不同种类和等级的适用能源，形成清洁能源循环利用、多种能源有序配置的能源网络。

核心技术需要被打破

能源互联网对现有技术提出了更高的要求。能源路由器是能源互联网的核心，但能源路由器比信息路由器复杂得多，这主要体现在存储和控制的难度上。储能相当于能源互联网中的缓存。经济可行的大规模储能仍是一个技术难题，效率、充放电次数、成本和容量等问题有待解决。电力电子技术是实现能源网络化控制的主要手段，而根据用户需求控制特定电压和频率的输电技术仍需克服。

能源互联网可分为五层，即支撑层、传感层、传输层、平台层和应用层。

支撑层构建了完整的技术支撑体系，包括物联网协同传感技术、样本库通用技术、自主组网技术、传输模块仿真技术和td网络融合技术。在传感层，信息采集方法主要包括二维码标签和阅读器、rfid标签和阅读器、摄像头、gps、各种类型的传感器(声、光、电、热、压力、温度、湿度、振动、化学、生物等)。)和光纤探针。传输层覆盖网络通信的整个产业链，包括网络通信芯片设计与制造、网络通信模块/终端制造、网络通信基础设施制造、网络通信运营、网络通信软件/中间件设计、网络安全系统解决方案提供、网络系统解决方案提供等。平台层主要承载各种应用，促进其成果转化。应用层主要包括智能安全、智能环保、智能交通、智能农业、智能医疗等。

据ccid-mrd预测，“十二五”期间中国传感器和敏感元件市场需求年均增长率将达到31%，市场规模预计将从2010年的600亿元增长到2015年的1000多亿元。此外，在诸如变频空调制等产品的推广中，对传感器的需求比传统产品增加了3-4倍，预计该领域仍将实现快速增长。

在各类传感器中，流量传感器、压力传感器和温度传感器近年来保持了稳定的增长趋势，三种传感器占各类传感器市场份额的一半以上，分别占21%、19%和14%。其中，温度传感器作为应用最广泛的传感器之一，在2012年达到了78亿元的市场规模。未来，工业自动化、汽车电子和可穿戴设备等应用将成为推动传感器快速发展的重要引擎。高新技术产业研究院预测，到2015年，温度传感器的市场规模将达到156亿元。

作为传感器的下游应用，智能仪器正朝着智能化方向发展。智能仪表计量系统利用传感技术进行测量，利用现代中央处理器技术和嵌入式程序技术进行计算，利用智能ic卡技术或无线远程传输技术进行记录和传输。通过信息管理系统的配合，可以实现仪表数据的自动记录和程序控制，进而实现水、气、热、电的自动计价、自动支付和远程控制。此外，基于智能仪表的自动化和可编程特性，其发展可以极大地推动水、气、热价格的改革，为阶梯定价提供智能化和集成化的解决方案。

在储能领域，中国储能产业经过近几年的发展，逐渐引起了政府部门的重视。早在2009年9月，国家电网子公司鑫源控股有限公司就与河北省张家口市签署协议，在张北县和尚义县风电场建设国内首个风力储能示范项目，总投资超过200亿元，并建设500兆瓦风电场、100兆瓦光伏电站和110兆瓦储能装置。项目一期投资32.2亿元，于2011年12月25日竣工投产，其中风电98.5兆瓦，光伏40兆瓦，储能20兆瓦。随着国家示范项目的发展，大容量储能系统有望在未来几年开始大规模建设，抢占先机的企业有望获得丰厚的利润。

目前，主要的储能方法分为物理储能、化学储能和超导储能。其中，物理储能方法主要包括抽水蓄能、compression/き0/气体储能和飞轮储能。化学储能技术主要包括铅酸电池、液流电池、钠硫电池、超级电容器、金属空气体电池、二次电池(镍氢电池、锂离子电池)等。在我们看来，抽水蓄能是目前和今后很长一段时间内100兆瓦以上电网级储能市场无可争议的王者，这证明了抽水蓄能在这一领域的经济性和可行性。

在100kw-10mw储能应用领域，我们对化学储能技术更为乐观，尤其是钠硫储能电池和液流储能电池。其中，液流技术包括多硫化钠溴液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池和钒液流电池。目前，锌溴液流电池和全钒液流电池技术成熟，而钠硫电池在日本仅由ngk商业化。上海硅酸盐研究所是中国唯一从事钠硫电池研究的机构，但离商业化还很远。储能钠硫电池已被列为中国和上海的重点发展方向。

液流电池不受地理条件的限制，只要有新能源发电设备就可以安装，占地面积相对较小。与传统铅酸蓄电池等传统电池相比，液流电池具有更长的理论循环寿命、更高的安全性和可靠性、更高的能量密度和更低的一次性投资。

传统的电力变压器不能连续调节和综合控制电压和电流，电力电子变压器对能量转换和控制具有重要意义。电力电子变压器主要由电力电子变换器、高频变压器和控制器组成，其中由igbt或IGBT等高频大功率电力电子器件组成的电力电子变换器是电力电子变压器的核心。中国有2000多家单位从事电子变压器的研究、开发和生产。从事电力电子变压器业务的公司主要有荣信股份有限公司(报价、询价)、许继电气(报价、询价)、国电南瑞(报价、询价)、国电南资(报价、询价)、天威宝变、TBEA(报价、询价)、中国xd等。

信息通信技术作为能源互联网的技术发展载体，可以解决能源技术本身的瓶颈和可持续发展。我们认为，能源互联网不仅是电网的信息化和智能化，也是在互联网理念指导下的能源基础设施的变革，最终实现信息与能源基础设施的整合过程。

垂直“局域网”开始被应用

在能源互联网“广域网”实施之前，垂直应用领域的“局域网”是主要应用场景。

坚强智能电网是以UHV电网为骨干电网，与各级电网协调发展的坚强电网，并以通信信息平台为支撑。它具有信息化、自动化和交互性的特点，涵盖了发电、输电、变电站、配电、用电和调度的所有环节，覆盖了所有电压等级，实现了“潮流、信息流和业务流”的高度集成。国家电网计划从2009年到2020年分阶段投资3.45亿元建设一个强大的智能电网，其中3841亿元投资在智能上。2009-2010年为规划试点阶段，2011-2015年为综合建设阶段，2016-2020年为先行推广阶段。

其中，拟在厦门岛建设的主动配电网具有能源互联网的示范意义。2014年3月，主要由国家电网福建电力公司和国家电网福建电力研究院承担的“有源配电网关键技术研究与示范”项目正式启动。该项目是国家863计划中先进能源技术领域的主要项目之一。该项目将厦门岛作为示范对象之一，建设一个集CCHP、生物质、光伏、风电、储能、电动汽车充电和替代电站于一体的具有国际先进水平的主动配电网综合示范系统。

油气井信息化建设前景广阔。中国内陆油气资源丰富且分布广泛，有20多个大小油田由中石油、中石化和当地石油公司管理。目前，中国内陆油田的油、气、水井总数约为30万口，每年增加近2万口。受地质条件的影响，油气田具有单井产量低、井口数量多的特点。

利用信息技术建设智能油田，可以提高产量和采收率，降低作业成本，提高作业效率。在中国石油信息技术“十二五”规划中，“油气生产物联网系统(a11)”被明确列为重点建设项目，总投资规模为12.72亿元。主要是通过传感、射频、通信等技术综合感知油气井、计量室、油气站场等生产对象，实现生产指挥中心和生产控制中心对生产数据和设备状态信息的集中管理和控制，进一步提高油气田生产决策的及时性和准确性。从全国来看，无论每年新建多少口井，在未来几年内，每年都将有40，000-50，000口现有井的数字化建设需求。

智能矿山是矿山信息化发展的高级阶段，它与移动互联网、光纤网络、物联网、云计算等信息技术紧密结合，实现矿山企业的智能管控、安全可靠、经济高效、绿色环保和可持续发展的目标。据计算，该智能矿井系统已经实现了初步智能化，可大大减少直接操作人员50%以上，提高生产效率30%以上，提高安全效率80-90%以上。

据各产品保守估计，未来三年，煤矿和非煤矿山安全监管系统市场将达到50亿元，人员定位管理系统市场将达到50亿元，煤矿瓦斯抽放及综合利用系统市场将达到15亿元，煤与瓦斯突出实时诊断系统市场将达到40-50亿元，煤矿顶板安全监控系统市场将达到30亿元以上。上述相关产品的总市场容量将达到200多亿元。同时，如果矿山应急避难系统市场启动，移动救生舱和应急避难室的市场容量预计将超过300-400亿元。

根据国家安全生产监督管理局和其他相关政府网站提供的数据，中国只有大约86万个露天煤矿、尾矿库、非金属地下矿山、水库和大坝、加油站、危险品码头、铁路道口、液化气交换站、渡船和锅炉。假设监测点终端数据处理器平均价格为68000元，平均年服务费为12000元，十大类危险源对应的数据处理器采购规模将达到560亿元，平均年服务市场容量将达到100亿元。如果把除煤矿以外的其他30个行业都考虑进去，市场容量可能达到1000亿元。

在燃料智能领域，燃煤成本约占火电企业发电总成本的70%，在影响火电企业运行效率的诸多因素中，燃料管理居于首位。传统的燃料管理、生产、生产和化工生产是最基本、最重要的三个环节，通常由人工完成，劳动效率不高。提高燃料管理控制全过程的自动化程度，堵塞管理漏洞，是燃料管理的发展方向。随着近年来电力企业煤质管理的加强，火电厂正在迅速推进煤炭燃料管理的信息化建设。

目前，中国有1000多家规模以上(30万千瓦及以上)的火电企业，其中主要发电集团下的火电企业约占55%。根据发电装机容量和自动化程度的不同，单个电厂的智能燃料改造投资在1000万至1500万元之间，已投产的整个火电企业的智能燃料管理系统改造投资规模将达到100亿至150亿元。从燃料智能资本支出结构来看，取样和制样的总体投资最大(40%-50%)，主要包括自动取样设备、自动制样设备和相关信息管理系统。其他投资如计量和数字化煤场建设约占8%，信息化建设投资约占15%，其他费用约占20%。

目前，参与电厂项目试运行的供应商主要有:软件产品主要有远光软件(报价、咨询)和武汉博盛信息技术公司；样品采集与制备自动化设备的主要供应商包括北京何志卓远科技有限公司、南昌光明实验室设备有限公司、沈阳宋新机器人(报价、询价)、国电南京电气研究院、长沙开元仪器有限公司等。

另外，随着近年来网上众筹的兴起，在能源众筹领域出现了很多案例。被《美国快速公司》(American Fast Company)杂志评选为能源领域十大最具创新力公司之一的马赛克，自2011年5月成立以来，主要通过在线众筹筹集了600多万美元，为超过18兆瓦的个人屋顶光伏项目提供融资服务。2012年6月，马赛克也得到了美国能源部200万美元的支持。

分布式光伏众筹也正在中国破冰。2014年2月，联合光伏与国电光伏、网通金融(众筹网络)等合作伙伴携手启动光伏互联金融战略合作，通过互联网众筹模式，共同开发了深圳前海新区世界首个兆瓦级分布式太阳能电站项目。

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