在能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命的大背景下，能源系統(tǒng)的運(yùn)行方式、組織結(jié)構(gòu)、利益格局都將面臨深刻變化，新技術(shù)、新模式、新市場將應(yīng)運(yùn)而生。其中，智慧能源將是能源革命的重要支撐：運(yùn)行層面，智慧能源能夠深入挖掘能源系統(tǒng)效率提升空間，支持可再生能源大范圍接入，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；機(jī)制層面，智慧能源技術(shù)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(cè)響應(yīng)、負(fù)荷量交易等新商業(yè)模式?？紤]到目前智慧能源系統(tǒng)建設(shè)還處于初級階段，明確智慧能源技術(shù)路線、闡明智慧能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展途徑對于智慧能源系統(tǒng)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(tǒng)的技術(shù)框架和具體功能，目前很多機(jī)構(gòu)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(shù)在能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)化、傳輸、儲存、消費(fèi)各環(huán)節(jié)的深入融合，能源系統(tǒng)運(yùn)行將更加協(xié)調(diào)、高效。然而需要認(rèn)識到，智慧能源體系十分復(fù)雜精細(xì)，建設(shè)和運(yùn)營都需要很高成本。在目前能源信息化水平較低，能源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)條塊分離的條件下，從無到有地建設(shè)智慧能源技術(shù)體系，需要科學(xué)謀劃和整體設(shè)計。

本文基于對能源系統(tǒng)和信息系統(tǒng)融合的基本認(rèn)識，從發(fā)揮能源信息價值的角度，初步設(shè)計了構(gòu)建智慧能源技術(shù)體系的主要途徑。通過本文的相關(guān)分析，可以得到智慧能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)的發(fā)展脈絡(luò)和運(yùn)行模式：能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)者都可以按照相同的技術(shù)框架，分別部署智慧能源，然后按照一定的產(chǎn)品/服務(wù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)連接起來；而信息在智慧能源系統(tǒng)中的流動和共享，并依賴于一系列的商業(yè)模式和市場機(jī)制實現(xiàn)能源信息價值的兌現(xiàn)。

智慧能源系統(tǒng)=能源系統(tǒng)+信息系統(tǒng)

智慧能源系統(tǒng)就是能源系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的深度耦合，依托信息技術(shù)來推進(jìn)能源系統(tǒng)的高效和優(yōu)化運(yùn)行。鑒于能源系統(tǒng)和信息系統(tǒng)復(fù)雜性和各自運(yùn)行規(guī)律，兩個系統(tǒng)的耦合是系統(tǒng)工程，自上而下的頂層設(shè)計十分重要。

能源系統(tǒng)是能源生產(chǎn)和消費(fèi)所有技術(shù)體系的總稱，包括能源的生產(chǎn)、加工轉(zhuǎn)換、傳輸配送、存儲、終端消費(fèi)等各個環(huán)節(jié)，是十分龐雜繁復(fù)的。目前，能源系統(tǒng)內(nèi)部信息流動不夠及時、通暢是能源系統(tǒng)面臨的主要問題之一。這可能導(dǎo)致一系列問題。以電力系統(tǒng)為例說明：在電力系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)電企業(yè)發(fā)電機(jī)組出力要動態(tài)匹配負(fù)荷側(cè)需求，這使得用電低谷時段發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率低下，單位電量煤耗增加。如果能夠?qū)l(fā)電側(cè)的信息傳導(dǎo)到需求側(cè)，切實推進(jìn)需求側(cè)響應(yīng)，實現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，則可以進(jìn)一步提升電網(wǎng)運(yùn)行效率。因而，能源系統(tǒng)迫切需要信息系統(tǒng)的支撐，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)信息的有效互聯(lián)。

有了信息系統(tǒng)的精準(zhǔn)量測、互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)挖掘等不同類型功能的支持，能源系統(tǒng)運(yùn)行將更加精細(xì)化、系統(tǒng)化、智能化，運(yùn)行效率將得到進(jìn)一步的提升，這會在系統(tǒng)內(nèi)各個環(huán)節(jié)得到體現(xiàn)。在終端消費(fèi)環(huán)節(jié)，用能企業(yè)能夠依托信息化手段，通過用能對標(biāo)、技術(shù)改造等手段，實現(xiàn)更加精細(xì)的用能管理；在傳輸環(huán)節(jié)，信息化系統(tǒng)將降低輸電網(wǎng)絡(luò)、天然氣管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗，切實提升系統(tǒng)穩(wěn)定性；在加工轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，可通過有效捕捉熱力需求，可以在熱電聯(lián)產(chǎn)過程中調(diào)整熱電比，使能效達(dá)到最優(yōu)；在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，風(fēng)電場等新能源也將在信息化條件下進(jìn)一步提升發(fā)電小時數(shù)，火力發(fā)電廠通過與需求側(cè)的互動，實現(xiàn)削峰填谷，提升設(shè)備使用率，同時信息化手段對煤礦里的安全生產(chǎn)等起到積極作用。

未來，智慧能源系統(tǒng)將在能源系統(tǒng)-信息系統(tǒng)-能源系統(tǒng)閉環(huán)結(jié)構(gòu)下運(yùn)行，這樣的反饋結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更加高效。

積水成淵——羅織智慧能源的網(wǎng)絡(luò)體系

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

要建設(shè)這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)絕非一蹴而就，需要多方通力合作，“獨(dú)立建設(shè)，連接成網(wǎng)”將是智慧能源系統(tǒng)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(dú)自完成整個系統(tǒng)的建設(shè)。同時，由于不同的企業(yè)通過智慧能源系統(tǒng)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(tǒng)一投資的方式推進(jìn)智慧能源系統(tǒng)的建設(shè)。智慧能源系統(tǒng)內(nèi)，政府負(fù)責(zé)搭建統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范、市場平臺等，而各個企業(yè)則依據(jù)自身的能源消費(fèi)特點(diǎn)、能源管理需求，設(shè)計、實現(xiàn)滿足自身需求的能源信息管理平臺，在此基礎(chǔ)上與外部對接，連成智慧能源網(wǎng)絡(luò)。

在這樣的發(fā)展模式下，智慧能源系統(tǒng)就需要一個通用的框架。推進(jìn)智慧能源建設(shè)的初期，就要考慮連接成網(wǎng)的問題。如果缺乏統(tǒng)一的框架，那么不同的企業(yè)就難以對接：在技術(shù)層面，標(biāo)準(zhǔn)的缺乏使得信息的傳輸面臨問題；在運(yùn)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(wǎng)絡(luò)框架。同時，統(tǒng)一的框架使得管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和運(yùn)營成為可能，這將催生專門的智慧能源系統(tǒng)建設(shè)公司，在不同的企業(yè)內(nèi)推廣具有相同架構(gòu)的子系統(tǒng)，從而在系統(tǒng)層面上避免重復(fù)建設(shè)，節(jié)約成本。

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信息系統(tǒng)仍然存在一個具有普適性的基礎(chǔ)架構(gòu)。對照信息系統(tǒng)的基本功能需求，結(jié)合信息系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯，這個普適性的基礎(chǔ)架構(gòu)可以分為感知控制層、平臺層和應(yīng)用層等三個層次。

連接成網(wǎng)——智慧能源的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

從能源系統(tǒng)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(tǒng)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(lián)網(wǎng)而實現(xiàn)與外部的交互。因此，在設(shè)計智慧能源的體系框架時要遵循互聯(lián)互通的基本原則，在實踐中可借鑒互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展思路。

在前文所介紹的智慧能源普適性架構(gòu)下，可以預(yù)見各用戶連接成網(wǎng)變得更加便捷和高效：系統(tǒng)可拓展性強(qiáng)，應(yīng)用智慧能源系統(tǒng)可以滿足用戶不同的需求，其中諸如需求側(cè)響應(yīng)等功能需求必須與外界對接，用戶有動力聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，不必專門開發(fā)與外部通信的模塊，降低各用戶的聯(lián)網(wǎng)成本。因而，智慧能源系統(tǒng)內(nèi)用戶采用統(tǒng)一的架構(gòu)是聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，也是為了智慧能源網(wǎng)絡(luò)落地生根的切實保障。

然而現(xiàn)階段智慧能源的實踐大多是面向個案的。智慧能源的互聯(lián)特性通常不是項目用戶和開發(fā)者的重點(diǎn)關(guān)注?？紤]智慧能源連接成網(wǎng)切實的功能需求，智慧能源網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備以下特征：

接口開放

每個接入網(wǎng)絡(luò)的智慧能源子系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)將接口的開放以及交互協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化考慮在設(shè)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(tǒng)應(yīng)當(dāng)開放其一級計量數(shù)據(jù)、污染物排放檢測數(shù)據(jù)的訪問接口，以便于政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)開展監(jiān)管工作；若企業(yè)將其可中斷負(fù)荷加入到當(dāng)?shù)氐男枨髠?cè)響應(yīng)/管理項目中，企業(yè)的能源管理系統(tǒng)還要開放相應(yīng)的負(fù)荷控制接口。

即插即用

即插即用是互聯(lián)網(wǎng)的一個顯著特征，任何一臺互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，只要接入網(wǎng)絡(luò)，就可以方便的獲取網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備實現(xiàn)交互。即插即用的基礎(chǔ)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(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)應(yīng)當(dāng)關(guān)注數(shù)據(jù)量和信息安全。能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是天量的，這些數(shù)據(jù)如果在未來都涌入互聯(lián)網(wǎng)，產(chǎn)生的影響是難以預(yù)知的。一個經(jīng)典的案例發(fā)生在電力系統(tǒng)中，電力調(diào)度目前使用的是專網(wǎng)，電力調(diào)度部門借助這一網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)內(nèi)部通訊，同時從各變電站、開關(guān)站獲取量測數(shù)據(jù)，并通過這一網(wǎng)絡(luò)下發(fā)控制指令。同時，智慧能源本質(zhì)上是一個信息-物理耦合系統(tǒng)，一旦信息安全問題（信息系統(tǒng)故障，信息攻擊等）直接或間接引起物理系統(tǒng)的安全問題，代價可能是極其高昂的。這些問題在學(xué)術(shù)界已經(jīng)被廣泛討論，在智慧能源發(fā)展、能源系統(tǒng)信息化程度不斷提高的環(huán)境下，也應(yīng)當(dāng)引起工業(yè)界和政策部門的高度重視。

結(jié)合分析，我們發(fā)現(xiàn)，智慧能源系統(tǒng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能需求、運(yùn)行邏輯上與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)具有非常高的相似性。以互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)為基礎(chǔ)，描繪智慧能源網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如上圖。

規(guī)圓矩方——智慧能源的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化

構(gòu)建智慧能源系統(tǒng)，本質(zhì)上是將系統(tǒng)內(nèi)無數(shù)的智慧體連接成網(wǎng)。前文梳理了這些子系統(tǒng)的框架，這為連網(wǎng)提供了必要的架構(gòu)基礎(chǔ)。然而，僅僅具有相似的框架是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這些子系統(tǒng)能夠有效對接、連接成網(wǎng)，還需要更多層面上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化不是一句空泛的口號，而要切實服務(wù)于智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行，以支撐各智慧體有效對接。在智慧能源系統(tǒng)內(nèi)，企業(yè)主要從四個方面彼此對接，標(biāo)準(zhǔn)化體系也主要服務(wù)于這四個方面：功能服務(wù)、層次模塊、通信協(xié)議、市場機(jī)制。

功能服務(wù)，智慧能源體系內(nèi)很多功能服務(wù)是多個智慧體對接實現(xiàn)的，諸如能源監(jiān)管、財務(wù)統(tǒng)計等需要在統(tǒng)一的模式下進(jìn)行；層次模塊，承接智慧能源智能體框架設(shè)計，針對不同的層次進(jìn)行更加細(xì)致的標(biāo)準(zhǔn)化；通信協(xié)議，通信是智慧能源信息傳遞的基礎(chǔ)，不同智慧體之間的互聯(lián)互通需要統(tǒng)一的信息格式、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；市場機(jī)制，市場將是智慧能源系統(tǒng)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)下才能有效對接。

在上述四個層面上的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，將避免出現(xiàn)智慧能源成網(wǎng)過程中各智慧體無法對接的問題，從網(wǎng)絡(luò)層面增強(qiáng)系統(tǒng)的可行性，降低系統(tǒng)的建設(shè)成本，這將是智慧能源體系落地生根中十分關(guān)鍵的一步。

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智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和機(jī)制創(chuàng)新

價值創(chuàng)造是智慧能源系統(tǒng)運(yùn)行的根本目標(biāo)。智慧能源系統(tǒng)本質(zhì)上是一個與物理系統(tǒng)緊密耦合、相互依存的信息系統(tǒng)，智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行正是通過在價值目標(biāo)的導(dǎo)向下驅(qū)動信息的合理流動來實現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的價值最大化的過程。因此，智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理本質(zhì)上就是能源信息的流動。通過分析能源系統(tǒng)信息流動的驅(qū)動力，可以將智慧能源系統(tǒng)運(yùn)行模式歸納為運(yùn)行驅(qū)動、交易驅(qū)動、監(jiān)管驅(qū)動和輔助服務(wù)驅(qū)動等四大類。

未來智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行依賴于一系列商業(yè)模式或典型應(yīng)用驅(qū)動信息的流動，并通過信息采集、傳輸、分析、利用實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。這個特點(diǎn)將隨著能源市場化改革的不斷推進(jìn)而逐漸凸顯。在市場化的環(huán)境下，能源的消費(fèi)者和供應(yīng)者還需要通過優(yōu)化交易來實現(xiàn)自身利益的最大化。這就需要各個參與個體根據(jù)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(chǎn)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(yīng)的制度安排下撮合交易，實現(xiàn)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(xiàn)金流，也指導(dǎo)了市場參與者改變行為，實現(xiàn)整個能源系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置。能源市場遠(yuǎn)比普通的商品市場要復(fù)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(shù)據(jù)的及時性和可靠性要求不同；從標(biāo)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(fèi)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(xiàn)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(yù)測、供給預(yù)測數(shù)據(jù)，后兩者還需要市場的組織者通過精細(xì)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(fù)雜，以及潛在的市場力因素，應(yīng)當(dāng)在監(jiān)管部門的密切監(jiān)視下運(yùn)行。監(jiān)管者一方面可以直接干預(yù)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(yīng)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(fèi)者、生產(chǎn)者、市場和監(jiān)管部門外，以行業(yè)協(xié)會以及其他的能源服務(wù)提供商為代表的能源系統(tǒng)參與者則沒有固定的運(yùn)行模式形態(tài)。他們可以廣泛收集能源系統(tǒng)中的公開數(shù)據(jù)，并進(jìn)行行業(yè)調(diào)研，和能源系統(tǒng)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(shù)據(jù)庫。這些參與者的重要貢獻(xiàn)是將綜合性的能源信息轉(zhuǎn)變?yōu)橛绊憘€體和行業(yè)決策的知識，并反饋到能源系統(tǒng)中，對整個能源系統(tǒng)起到了潤滑和推動的作用。

在具有統(tǒng)一架構(gòu)、連接成網(wǎng)的系統(tǒng)內(nèi)，信息高效流通將催生諸多商業(yè)模式和典型應(yīng)用，具體如下圖所示：除了上述介紹的智慧能源運(yùn)行模式外，還應(yīng)注意智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行模式不是固有的。隨著智慧能源技術(shù)以及能源技術(shù)本身的進(jìn)步、制度的改革、商業(yè)模式創(chuàng)新等等，智慧能源系統(tǒng)會不斷呈現(xiàn)出新的運(yùn)行模式。

在技術(shù)進(jìn)步方面，需求側(cè)管理/響應(yīng)是近年來能源技術(shù)進(jìn)步帶來能源系統(tǒng)運(yùn)行模式改變的典型案例。通過主動管理，需求側(cè)也能夠參與系統(tǒng)運(yùn)行和市場交易，改善系統(tǒng)的供需匹配水平。這項技術(shù)的推廣首先對需求側(cè)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(cè)管理平臺、需求側(cè)響應(yīng)交易平臺等信息化工具以及相應(yīng)的運(yùn)行模式。類似的技術(shù)進(jìn)步還包括綜合能源網(wǎng)絡(luò)、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(xí)近平總書記提出了要開展“能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命”，其中特別強(qiáng)調(diào)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(nèi)對包括電力、油氣、煤炭、熱力等在內(nèi)的能源商品進(jìn)行階段化的市場化改革。其中售電側(cè)改革引起了業(yè)界的集中關(guān)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(tǒng)角色，也顛覆了傳統(tǒng)的運(yùn)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(jīng)濟(jì)、互聯(lián)網(wǎng)金融、P2P等商業(yè)模式在短時間內(nèi)席卷了各個傳統(tǒng)的商業(yè)領(lǐng)域，也同樣會影響到能源市場，尤其是能源消費(fèi)側(cè)市場。新的商業(yè)模式的出現(xiàn)勢必也會對智慧能源系統(tǒng)的運(yùn)行模式提出新的要求。

結(jié)論

本文重點(diǎn)從宏觀層面上關(guān)注智慧能源系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行模式。通過本文的分析，可以看到，智慧能源系統(tǒng)建設(shè)過程中，能源生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)者都將遵循“獨(dú)立建設(shè)，連接成網(wǎng)”的原則，按照相同的技術(shù)框架，分別部署智慧能源，然后按照一定的產(chǎn)品/服務(wù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)連接起來；在智慧能源系統(tǒng)運(yùn)行過程中，信息在智慧能源系統(tǒng)中的流動、共享和利用將是智慧能源運(yùn)行的主要驅(qū)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(jī)制實現(xiàn)能源信息價值兌現(xiàn)。

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