在能源生產與消費革命的大背景下，能源系統的運行方式、組織結構、利益格局都將面臨深刻變化，新技術、新模式、新市場將應運而生。其中，智慧能源將是能源革命的重要支撐：運行層面，智慧能源能夠深入挖掘能源系統效率提升空間，支持可再生能源大范圍接入，保證系統安全穩(wěn)定運行；機制層面，智慧能源技術通過精確計量等支持能源市場化改革，同時還能夠支持需求側響應、負荷量交易等新商業(yè)模式

在能源生產與消費革命的大背景下，能源系統的運行方式、組織結構、利益格局都將面臨深刻變化，新技術、新模式、新市場將應運而生。其中，智慧能源將是能源革命的重要支撐：運行層面，智慧能源能夠深入挖掘能源系統效率提升空間，支持可再生能源大范圍接入，保證系統安全穩(wěn)定運行；機制層面，智慧能源技術通過精確計量等支持能源市場化改革，同時還能夠支持需求側響應、負荷量交易等新商業(yè)模式?？紤]到目前智慧能源系統建設還處于初級階段，明確智慧能源技術路線、闡明智慧能源產業(yè)發(fā)展途徑對于智慧能源系統建成和發(fā)揮效益都有巨大的作用。

對于未來智慧能源系統的技術框架和具體功能，目前很多機構都已開展了廣泛而深入的研究。各方共識是：在未來，通過信息技術在能源生產、轉化、傳輸、儲存、消費各環(huán)節(jié)的深入融合，能源系統運行將更加協調、高效。然而需要認識到，智慧能源體系十分復雜精細，建設和運營都需要很高成本。在目前能源信息化水平較低，能源系統各環(huán)節(jié)條塊分離的條件下，從無到有地建設智慧能源技術體系，需要科學謀劃和整體設計。

本文基于對能源系統和信息系統融合的基本認識，從發(fā)揮能源信息價值的角度，初步設計了構建智慧能源技術體系的主要途徑。通過本文的相關分析，可以得到智慧能源產業(yè)建設的發(fā)展脈絡和運行模式：能源生產、傳輸和消費者都可以按照相同的技術框架，分別部署智慧能源，然后按照一定的產品/服務規(guī)范和技術標準連接起來；而信息在智慧能源系統中的流動和共享，并依賴于一系列的商業(yè)模式和市場機制實現能源信息價值的兌現。

智慧能源系統=能源系統+信息系統

智慧能源系統就是能源系統與信息系統的深度耦合，依托信息技術來推進能源系統的高效和優(yōu)化運行。鑒于能源系統和信息系統復雜性和各自運行規(guī)律，兩個系統的耦合是系統工程，自上而下的頂層設計十分重要。

能源系統是能源生產和消費所有技術體系的總稱，包括能源的生產、加工轉換、傳輸配送、存儲、終端消費等各個環(huán)節(jié)，是十分龐雜繁復的。目前，能源系統內部信息流動不夠及時、通暢是能源系統面臨的主要問題之一。這可能導致一系列問題。以電力系統為例說明：在電力系統內，發(fā)電企業(yè)發(fā)電機組出力要動態(tài)匹配負荷側需求，這使得用電低谷時段發(fā)電機組發(fā)電效率低下，單位電量煤耗增加。如果能夠將發(fā)電側的信息傳導到需求側，切實推進需求側響應，實現電網削峰填谷，則可以進一步提升電網運行效率。因而，能源系統迫切需要信息系統的支撐，實現系統內信息的有效互聯。

有了信息系統的精準量測、互聯互通、數據挖掘等不同類型功能的支持，能源系統運行將更加精細化、系統化、智能化，運行效率將得到進一步的提升，這會在系統內各個環(huán)節(jié)得到體現。在終端消費環(huán)節(jié)，用能企業(yè)能夠依托信息化手段，通過用能對標、技術改造等手段，實現更加精細的用能管理；在傳輸環(huán)節(jié)，信息化系統將降低輸電網絡、天然氣管網的網絡傳輸損耗，切實提升系統穩(wěn)定性；在加工轉換環(huán)節(jié)，可通過有效捕捉熱力需求，可以在熱電聯產過程中調整熱電比，使能效達到最優(yōu)；在生產環(huán)節(jié)，風電場等新能源也將在信息化條件下進一步提升發(fā)電小時數，火力發(fā)電廠通過與需求側的互動，實現削峰填谷，提升設備使用率，同時信息化手段對煤礦里的安全生產等起到積極作用。

未來，智慧能源系統將在能源系統-信息系統-能源系統閉環(huán)結構下運行，這樣的反饋結構使得系統更加高效。

積水成淵——羅織智慧能源的網絡體系

從上面的分析可以看出，智慧能源系統將是一個十分復雜的系統。這一方面是因為能源系統和信息系統本身就十分復雜，兩者的耦合更使得智慧能源系統復雜度急劇增加；另一方面也是由于智慧能源系統集成了多種功能和應用，還對接政府和能源市場，這使得智慧能源系統的運行變得繁復。智慧能源的復雜性，決定了從無到有的建設智慧能源系統需要高屋建瓴的頂層設計和細致全面的實施路徑規(guī)劃。

要建設這樣一個復雜的系統絕非一蹴而就，需要多方通力合作，“獨立建設，連接成網”將是智慧能源系統發(fā)展的必然路徑。無論從投資層面，還是從執(zhí)行層面上看，任何企業(yè)以及政府部門，都無法獨自完成整個系統的建設。同時，由于不同的企業(yè)通過智慧能源系統獲得的效益不同，企業(yè)的實際情況也各不相同，也難以通過統一投資的方式推進智慧能源系統的建設。智慧能源系統內，政府負責搭建統一的技術規(guī)范、市場平臺等，而各個企業(yè)則依據自身的能源消費特點、能源管理需求，設計、實現滿足自身需求的能源信息管理平臺，在此基礎上與外部對接，連成智慧能源網絡。

在這樣的發(fā)展模式下，智慧能源系統就需要一個通用的框架。推進智慧能源建設的初期，就要考慮連接成網的問題。如果缺乏統一的框架，那么不同的企業(yè)就難以對接：在技術層面，標準的缺乏使得信息的傳輸面臨問題；在運行層面，功能不對接、框架不匹配會使得企業(yè)各自為政，難以組成網絡框架。同時，統一的框架使得管理系統的標準化建設和運營成為可能，這將催生專門的智慧能源系統建設公司，在不同的企業(yè)內推廣具有相同架構的子系統，從而在系統層面上避免重復建設，節(jié)約成本。

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信息系統仍然存在一個具有普適性的基礎架構。對照信息系統的基本功能需求，結合信息系統的運行邏輯，這個普適性的基礎架構可以分為感知控制層、平臺層和應用層等三個層次。

連接成網——智慧能源的網絡化發(fā)展

從能源系統的分工角度來看，智慧能源體系中各個用戶是立體分布的。然而，從信息化系統的角度而言，這些主體的分布卻是高度扁平化的——他們都通過接入互聯網而實現與外部的交互。因此，在設計智慧能源的體系框架時要遵循互聯互通的基本原則，在實踐中可借鑒互聯網的發(fā)展思路。

在前文所介紹的智慧能源普適性架構下，可以預見各用戶連接成網變得更加便捷和高效：系統可拓展性強，應用智慧能源系統可以滿足用戶不同的需求，其中諸如需求側響應等功能需求必須與外界對接，用戶有動力聯網；系統架構和標準統一，不必專門開發(fā)與外部通信的模塊，降低各用戶的聯網成本。因而，智慧能源系統內用戶采用統一的架構是聯網的重要基礎，也是為了智慧能源網絡落地生根的切實保障。

然而現階段智慧能源的實踐大多是面向個案的。智慧能源的互聯特性通常不是項目用戶和開發(fā)者的重點關注?？紤]智慧能源連接成網切實的功能需求，智慧能源網絡應具備以下特征：

接口開放

每個接入網絡的智慧能源子系統應當將接口的開放以及交互協議的標準化考慮在設計中。接口的開放是基于功能定位的，例如，一個企業(yè)級能源管理系統應當開放其一級計量數據、污染物排放檢測數據的訪問接口，以便于政府和相關機構開展監(jiān)管工作；若企業(yè)將其可中斷負荷加入到當地的需求側響應/管理項目中，企業(yè)的能源管理系統還要開放相應的負荷控制接口。

即插即用

即插即用是互聯網的一個顯著特征，任何一臺互聯網設備，只要接入網絡，就可以方便的獲取網絡資源和網絡中的其他設備實現交互。即插即用的基礎除了上文提到的兼容性接口外，還有個體的自描述、自配置。也就是說，要建立一套通用的“語言”使得聯網的個體能夠自我明確自己的身份、基本特性和功能。

高效、安全的信息管理

智慧能源的聯網應當關注數據量和信息安全。能源系統的數據是天量的，這些數據如果在未來都涌入互聯網，產生的影響是難以預知的。一個經典的案例發(fā)生在電力系統中，電力調度目前使用的是專網，電力調度部門借助這一網絡實現內部通訊，同時從各變電站、開關站獲取量測數據，并通過這一網絡下發(fā)控制指令。同時，智慧能源本質上是一個信息-物理耦合系統，一旦信息安全問題（信息系統故障，信息攻擊等）直接或間接引起物理系統的安全問題，代價可能是極其高昂的。這些問題在學術界已經被廣泛討論，在智慧能源發(fā)展、能源系統信息化程度不斷提高的環(huán)境下，也應當引起工業(yè)界和政策部門的高度重視。

結合分析，我們發(fā)現，智慧能源系統內的網絡在結構設計、功能需求、運行邏輯上與現有的互聯網具有非常高的相似性。以互聯網架構為基礎，描繪智慧能源網絡架構如上圖。

規(guī)圓矩方——智慧能源的規(guī)范化和標準化

構建智慧能源系統，本質上是將系統內無數的智慧體連接成網。前文梳理了這些子系統的框架，這為連網提供了必要的架構基礎。然而，僅僅具有相似的框架是遠遠不夠的，這些子系統能夠有效對接、連接成網，還需要更多層面上實現標準化。

規(guī)范化和標準化不是一句空泛的口號，而要切實服務于智慧能源系統的運行，以支撐各智慧體有效對接。在智慧能源系統內，企業(yè)主要從四個方面彼此對接，標準化體系也主要服務于這四個方面：功能服務、層次模塊、通信協議、市場機制。

功能服務，智慧能源體系內很多功能服務是多個智慧體對接實現的，諸如能源監(jiān)管、財務統計等需要在統一的模式下進行；層次模塊，承接智慧能源智能體框架設計，針對不同的層次進行更加細致的標準化；通信協議，通信是智慧能源信息傳遞的基礎，不同智慧體之間的互聯互通需要統一的信息格式、數據標準；市場機制，市場將是智慧能源系統內的重要組成，買賣報價、成交價格、期貨價格等信息需要在同一標準下才能有效對接。

在上述四個層面上的規(guī)范化和標準化，將避免出現智慧能源成網過程中各智慧體無法對接的問題，從網絡層面增強系統的可行性，降低系統的建設成本，這將是智慧能源體系落地生根中十分關鍵的一步。

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智慧能源系統的運行機理和機制創(chuàng)新

價值創(chuàng)造是智慧能源系統運行的根本目標。智慧能源系統本質上是一個與物理系統緊密耦合、相互依存的信息系統，智慧能源系統的運行正是通過在價值目標的導向下驅動信息的合理流動來實現能源生產和消費的價值最大化的過程。因此，智慧能源系統的運行機理本質上就是能源信息的流動。通過分析能源系統信息流動的驅動力，可以將智慧能源系統運行模式歸納為運行驅動、交易驅動、監(jiān)管驅動和輔助服務驅動等四大類。

未來智慧能源系統的運行依賴于一系列商業(yè)模式或典型應用驅動信息的流動，并通過信息采集、傳輸、分析、利用實現系統的功能。這個特點將隨著能源市場化改革的不斷推進而逐漸凸顯。在市場化的環(huán)境下，能源的消費者和供應者還需要通過優(yōu)化交易來實現自身利益的最大化。這就需要各個參與個體根據自身的用能特性和市場的供需特性做出策略性和競價和生產活動安排。市場從各個參與者獲取需求和供給信息，并在相應的制度安排下撮合交易，實現市場出清，并將價格信號反饋給各個參與者。這些價格信號一方面直接決定了參與者現金流，也指導了市場參與者改變行為，實現整個能源系統資源的優(yōu)化配置。能源市場遠比普通的商品市場要復雜，從時間尺度上看，分為年度、月度、周前、日前等各類前向市場以及不斷刷新的實時市場，不同的市場對數據的及時性和可靠性要求不同；從標的物的角度，又分為實物市場和衍生市場；從參與者的類型來看，又分為上游市場和下游市場、大用戶市場和終端消費市場等。這些市場的存在是為了充分挖掘能源的不同屬性，匹配不同的市場安排以實現社會效益的最大化。市場不僅涉及競價信息，還包括部分需求預測、供給預測數據，后兩者還需要市場的組織者通過精細而可靠的模型計算或從第三方獲取。此外，能源市場因為交易量龐大，參與者特征復雜，以及潛在的市場力因素，應當在監(jiān)管部門的密切監(jiān)視下運行。監(jiān)管者一方面可以直接干預市場，另一方面也可以通過上述的行政管理渠道直接對相應的市場參與者實施監(jiān)管。

需要特別指出的是，除了能源消費者、生產者、市場和監(jiān)管部門外，以行業(yè)協會以及其他的能源服務提供商為代表的能源系統參與者則沒有固定的運行模式形態(tài)。他們可以廣泛收集能源系統中的公開數據，并進行行業(yè)調研，和能源系統的直接參與者開展雙邊合作，以建立具有附加價值的行業(yè)數據庫。這些參與者的重要貢獻是將綜合性的能源信息轉變?yōu)橛绊憘€體和行業(yè)決策的知識，并反饋到能源系統中，對整個能源系統起到了潤滑和推動的作用。

在具有統一架構、連接成網的系統內，信息高效流通將催生諸多商業(yè)模式和典型應用，具體如下圖所示：除了上述介紹的智慧能源運行模式外，還應注意智慧能源系統的運行模式不是固有的。隨著智慧能源技術以及能源技術本身的進步、制度的改革、商業(yè)模式創(chuàng)新等等，智慧能源系統會不斷呈現出新的運行模式。

在技術進步方面，需求側管理/響應是近年來能源技術進步帶來能源系統運行模式改變的典型案例。通過主動管理，需求側也能夠參與系統運行和市場交易，改善系統的供需匹配水平。這項技術的推廣首先對需求側的信息化程度提出了更高要求，另一方面也衍生出了需求側管理平臺、需求側響應交易平臺等信息化工具以及相應的運行模式。類似的技術進步還包括綜合能源網絡、儲能、分布式電源等。

制度的變革往往會帶來更為激烈的沖擊。2014年，習近平總書記提出了要開展“能源生產與消費革命”，其中特別強調要“還原能源的商品屬性”。這意味著我國將在未來一段時間內對包括電力、油氣、煤炭、熱力等在內的能源商品進行階段化的市場化改革。其中售電側改革引起了業(yè)界的集中關注；與此同時，面向電力大用戶的雙邊市場也開始逐漸開放。這些制度變革不僅催生了新的系統角色，也顛覆了傳統的運行模式。

制度的改革也伴隨著活躍的商業(yè)模式創(chuàng)新，近年來，共享經濟、互聯網金融、P2P等商業(yè)模式在短時間內席卷了各個傳統的商業(yè)領域，也同樣會影響到能源市場，尤其是能源消費側市場。新的商業(yè)模式的出現勢必也會對智慧能源系統的運行模式提出新的要求。

結論

本文重點從宏觀層面上關注智慧能源系統的建設和運行模式。通過本文的分析，可以看到，智慧能源系統建設過程中，能源生產、傳輸和消費者都將遵循“獨立建設，連接成網”的原則，按照相同的技術框架，分別部署智慧能源，然后按照一定的產品/服務規(guī)范和技術標準連接起來；在智慧能源系統運行過程中，信息在智慧能源系統中的流動、共享和利用將是智慧能源運行的主要驅動力量，在智慧能源體系下信息價值得到充分開發(fā)和挖掘，并最終依賴于一系列的商業(yè)模式和市場機制實現能源信息價值兌現。

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