原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（坎德拉學(xué)院）：深度解讀：從電力技術(shù)發(fā)展歷程理解能源互聯(lián)網(wǎng)
自2016年以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源（能源互聯(lián)網(wǎng)）作為電力體制改革的一部分，在全國(guó)漸成燎原之勢(shì)。全國(guó)各地發(fā)起或正在開(kāi)展的能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目不斷增加，以“多能互補(bǔ)、集成優(yōu)化”為目標(biāo)的綜合能源利用項(xiàng)目正在實(shí)踐著電力體制改革的精神。當(dāng)審視它的產(chǎn)生、發(fā)展過(guò)程，研究它的采用的技術(shù)、發(fā)展目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)手段和發(fā)展方向的時(shí)候，讓我聯(lián)想到了電的發(fā)展史。
當(dāng)今社會(huì)，我們真的無(wú)法想象：如果沒(méi)有了電，人類該如何生存。BBC曾經(jīng)拍了一個(gè)三集紀(jì)錄片《The Story of Electricity》，帶領(lǐng)我們重新回顧電的發(fā)展歷史。
▲B(niǎo)BC曾經(jīng)拍了一個(gè)三集紀(jì)錄片《The Story of Electricity》
我們都知道，最早的電起源于靜電。當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)絲綢和玻璃摩擦后能夠吸起羽毛，還發(fā)現(xiàn)剛死的青蛙體內(nèi)存在電（animal electric）。種種現(xiàn)象激起了科技先驅(qū)們對(duì)電的探索和研究。于是對(duì)電的研究不僅僅被用于娛樂(lè)或者魔術(shù)，而是轉(zhuǎn)向探究電到底是什么，如何控制它。在1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，并制成第一臺(tái)圓盤式單極直流發(fā)電機(jī)，電力才真正被控制和掌握。但直到Thomas Edison發(fā)明了燈泡后，電力才被用于民間。但由于直流電的低壓特性（最高2000V），以及難以進(jìn)行電壓變化，使得電力的傳輸距離受到限制。為了使電被大家使用，Edison必須在居住區(qū)周圍建很多噪音很大的發(fā)電廠。所以，這時(shí)的電還是奢侈品，造價(jià)昂貴，尚不能被大眾所普遍消費(fèi)。但人類對(duì)于光明的渴望使得Edison的電力事業(yè)得到了飛速發(fā)展。
▲Thomas Edison發(fā)明了電燈
我們要感謝NegolaTesla，他發(fā)明了三相交流電，并證明了三相交流電比直流電更高效和實(shí)用。然而，他無(wú)法說(shuō)服Edison同意他的觀點(diǎn)。Edison從安全的角度向世人宣布交流電是危險(xiǎn)的，并試圖游說(shuō)通過(guò)立法禁止交流電的使用。于是，Tesla找到了Westinghouse。Westinghouse是個(gè)企業(yè)家，他敏銳地認(rèn)識(shí)到了Tesla的電的價(jià)值。兩人很快達(dá)成了協(xié)議，并成立了Westinghouse Electric Company。很快，交流電的巨大優(yōu)勢(shì)使得有趣的交直之爭(zhēng)進(jìn)入了尾聲，Edison的公司也遭到了解散。
▲交流電的巨大優(yōu)勢(shì)使得有趣的交直之爭(zhēng)進(jìn)入了尾聲
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然而真正使電得到廣泛利用的還應(yīng)該感謝SamuelInsull（他曾是Edison的助手，在交直之爭(zhēng)中幫助Edison證明交流電的可怕和邪惡）。SamuelInsull認(rèn)識(shí)到只有讓更多的人使用電，才能使發(fā)電企業(yè)獲得利益。他認(rèn)識(shí)到，只有把電的成本攤到更多的用戶上，讓更多的用戶使用電，更長(zhǎng)的時(shí)間用電，更大量地用電才能夠獲得收益。單純的照明不論從利用時(shí)間和消耗量上都不足以降低發(fā)電和輸電的成本。于是他將人們?nèi)粘Ｉ钣秒?、工業(yè)用電、路燈照明等等進(jìn)行整合，使電力在更廣泛地場(chǎng)景得到應(yīng)用。
當(dāng)電被更多的用戶使用，電的成本被攤銷的越多，電價(jià)就越便宜。電價(jià)便宜了以后，就有更多的用戶用電，產(chǎn)生了更大的用電需求，從而形成良性循環(huán)。當(dāng)越來(lái)越多的用戶使用電力后，負(fù)荷越來(lái)越平衡，輸電損失越來(lái)越可控，就可以建設(shè)更大的發(fā)電廠。但建設(shè)大型電站需要大量的資金，Insull向公眾出售股票，并建立了美國(guó)的PUCs（Public Utility Commissions），為美國(guó)電力市場(chǎng)的充分競(jìng)爭(zhēng)埋下了很好的基因，于是電力工業(yè)才真正建立起來(lái)并開(kāi)始的快速發(fā)展。
▲當(dāng)越來(lái)越多的用戶使用電力后，就可以建設(shè)更大的發(fā)電廠
交流電的出現(xiàn)使得產(chǎn)生大量噪音的電廠可以建在遠(yuǎn)離用戶的地方。隨著電力的普及，電力的需求不斷擴(kuò)大。隨著技術(shù)的進(jìn)步和理論的不斷完善，為了獲取更大的利益和效益，更高效的機(jī)組和更大的電廠成為發(fā)展趨勢(shì)。隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力的需求越來(lái)越旺盛，電廠也建得越來(lái)越大。大電廠建在資源集中的地方，如煤礦附近建設(shè)電廠催生了高壓、特高壓長(zhǎng)距離輸電的出現(xiàn)。電力企業(yè)在大容量發(fā)電廠-高壓輸電-用電的思維上一路高歌猛進(jìn)。此時(shí)的電力生產(chǎn)仍然以傳統(tǒng)的煤炭和石油為主，以集中式發(fā)電，長(zhǎng)距離輸電為主。隨著數(shù)字化技術(shù)的提高，又出現(xiàn)了智能變電站和數(shù)字化電廠，而這些都是基于提高電廠或電站單體效率而產(chǎn)生的思想。
▲大電廠建在資源集中的地方，催生了高壓、特高壓長(zhǎng)距離輸電的出現(xiàn)
在當(dāng)代，電力的供應(yīng)仍是基于化石燃料。在電力發(fā)展過(guò)程中，對(duì)電力工業(yè)思維產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的當(dāng)屬石油危機(jī)和幾次大停電事故。
人類迄今經(jīng)歷了三次石油危機(jī)。第一次石油危機(jī)發(fā)生在1973年的第四次中東戰(zhàn)爭(zhēng)。當(dāng)時(shí)石油價(jià)格飆升4倍之多，使得以石油作為發(fā)電原料歐美國(guó)家的發(fā)電成本暴增，電價(jià)飛漲。在美國(guó)還造成了很多售電公司和輸電公司的破產(chǎn)。這次石油危機(jī)使得人們認(rèn)識(shí)到，單靠一種能源形式供能是不可靠的。
▲第一次石油危機(jī)
1977年，紐約發(fā)生了大停電事故。停電事故必然會(huì)給人類的生產(chǎn)生活帶來(lái)很多不便，更為嚴(yán)重的是，長(zhǎng)時(shí)間大規(guī)模的停電事故會(huì)導(dǎo)致一些惡性社會(huì)行為的發(fā)生。在1977年7月13日到14日，紐約市長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)的停電事故影響了900萬(wàn)人口。大停電使人們認(rèn)識(shí)到，長(zhǎng)距離輸電存在著致命的缺陷，一旦輸電線路出現(xiàn)故障，將會(huì)對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生毀滅性的打擊。
▲1977年紐約發(fā)生了大停電事故
同時(shí)，在集中電站和更長(zhǎng)距離電力傳輸線路的發(fā)展思維中，人們發(fā)現(xiàn)電力的生產(chǎn)成本并沒(méi)有持續(xù)下降。為了滿足所有負(fù)荷的需求，電力的生產(chǎn)和傳輸必須按照最大負(fù)荷建設(shè)。由于負(fù)荷特有波動(dòng)性，使得峰谷不斷加大，造成了輸電的利用率降低，損耗加大，成本加大。于是，人類開(kāi)始重新審視電力工業(yè)的發(fā)展路線和發(fā)展理論，對(duì)電力供應(yīng)安全性的迫切需求產(chǎn)生了分布式能源的發(fā)展思路。
▲內(nèi)燃機(jī)
這里應(yīng)該感謝科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，小型內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展很快。人們發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷附近安裝小型機(jī)組可以提供更便宜的電力，而且在提供電力的同時(shí)，還可以提供熱力需求，而且效率更高。在Thomas Edison時(shí)代，布置在居民區(qū)附近的發(fā)電機(jī)被大容量機(jī)組、遠(yuǎn)距離輸電所取代跟當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)噪聲大、效率低轟隆隆應(yīng)該有很大的關(guān)系。但如果以現(xiàn)在的眼光來(lái)看，Edison的思路是符合當(dāng)前分布式發(fā)電模式的。
▲人類重新審視電力工業(yè)的發(fā)展路線和發(fā)展理論，對(duì)電力供應(yīng)安全性的迫切需求產(chǎn)生了分布式能源的發(fā)展思路
隨著新能源發(fā)電技術(shù)的提高和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)、用電安全的需求，更多的發(fā)電形式被應(yīng)用到能源的生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)。于是，人們開(kāi)始向清潔低碳用能的方向發(fā)展。
在1995年，正是認(rèn)識(shí)到安全、環(huán)保等問(wèn)題，丹麥開(kāi)展了多能源綜合利用、多能互補(bǔ)的研究。丹麥選擇SAMS?島進(jìn)行了實(shí)踐，由Alborg大學(xué)開(kāi)展規(guī)劃研究和評(píng)估，結(jié)論認(rèn)為Sams?島在2010年實(shí)現(xiàn)了理論意義上的100%零碳排放。丹麥稱之為smart energy system，就是我們時(shí)下常說(shuō)的能源互聯(lián)網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源）。Sams?是丹麥的一個(gè)離岸小島，當(dāng)前已成為世界上第一個(gè)在現(xiàn)代生活與生產(chǎn)狀態(tài)下的“零碳”地區(qū)。其更加宏偉的目標(biāo)是2030年全島完全不使用燃油，即實(shí)現(xiàn)真正意義上的100%可再生能源系統(tǒng)，零碳排放地區(qū)。
▲SAMS?島南部距海岸約三公里的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組
那么什么是能源互聯(lián)網(wǎng)？這里引用《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》（發(fā)改能源[2016]392號(hào)）所述：“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源（以下簡(jiǎn)稱能源互聯(lián)網(wǎng)）是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開(kāi)放等主要特征。在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，互聯(lián)網(wǎng)理念、先進(jìn)信息技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)深度融合，正在推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新模式和新業(yè)態(tài)的興起。能源互聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)我國(guó)能源革命的重要戰(zhàn)略支撐，對(duì)提高可再生能源比重，促進(jìn)化石能源清潔高效利用，提升能源綜合效率，推動(dòng)能源市場(chǎng)開(kāi)放和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，提升能源國(guó)際合作水平具有重要意義。這里的論述包羅萬(wàn)象，涵蓋了技術(shù)、市場(chǎng)、目標(biāo)、策略，使人很難抓住重點(diǎn)。
再引述清華大學(xué)編寫的《能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究》的論述：能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)的理念構(gòu)建的新型信息與能源高度融合的網(wǎng)絡(luò)，是以電力網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)架構(gòu)，協(xié)同了冷、熱、氣等多種能源所形成的智慧網(wǎng)絡(luò)。
我理解的能源互聯(lián)網(wǎng)主要是基于電力電子技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)技術(shù)的一次技術(shù)與資源的充分整合（資源、資本、技術(shù)）。能源互聯(lián)網(wǎng)將傳統(tǒng)的線性（Linear）能源供給和消費(fèi)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛ヂ?lián)互通的網(wǎng)狀（interconnected）模式，整合了冷、熱、電等多種能源品種，使缺少靈活性的能源在不同能源品種間實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。
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多能互補(bǔ)是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心目標(biāo)，以負(fù)荷平衡為目標(biāo)的多種能源能否實(shí)現(xiàn)平衡、能否實(shí)現(xiàn)彼此協(xié)調(diào)和互援至關(guān)重要。人們對(duì)環(huán)境的重視使能源的生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)向了可再生能源和清潔能源，通過(guò)先進(jìn)技術(shù)的采用提高能源利用效率和降低碳排放。人們對(duì)用能安全的考慮是能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)向了分布式能源，通過(guò)在負(fù)荷中心建設(shè)分布式電站，實(shí)現(xiàn)區(qū)域能源的自給，提高用能的可靠性和安全性。
社會(huì)的發(fā)展過(guò)程就是不斷滿足人類需求的過(guò)程。滿足對(duì)電、熱、冷、交通、通信、水、氣等的需求。基于傳統(tǒng)化石能源供應(yīng)體系下，人們建設(shè)發(fā)電廠生產(chǎn)電，送到用戶后產(chǎn)生熱和冷，建設(shè)供熱電站生產(chǎn)熱，提供燃油滿足交通，利用電力實(shí)現(xiàn)通信和水的供應(yīng)。通過(guò)儲(chǔ)存化石燃料，能夠隨時(shí)滿足發(fā)電廠、加油站的需求，進(jìn)而滿足人民的需求。
在降低碳排放和功能安全需求的驅(qū)動(dòng)下，人們開(kāi)始尋找替代能源。風(fēng)電、太陽(yáng)能、海洋能、生物質(zhì)能等可再生能源進(jìn)入視野。但先天的波動(dòng)性使得新能源的使用受到限制。在能源互聯(lián)網(wǎng)思維下，波動(dòng)性的能源通過(guò)互相結(jié)合，可以提供穩(wěn)定的能源供應(yīng)。在這里，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為這種結(jié)合提供了支撐，尤其是儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，將能源的生產(chǎn)和消費(fèi)集中在一個(gè)消費(fèi)區(qū)域成為可能。
當(dāng)解決了困擾能源波動(dòng)性問(wèn)題后，區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。于是產(chǎn)生了智慧微電網(wǎng)、智慧熱網(wǎng)以及智慧燃?xì)饩W(wǎng)。智慧電網(wǎng)將柔性電力負(fù)荷如熱泵、電動(dòng)汽車與波動(dòng)性能源整合，如風(fēng)能和太陽(yáng)能；智慧熱網(wǎng)利用分布式供冷和供熱，將電力需求和熱力需求進(jìn)行整合。通過(guò)儲(chǔ)熱技術(shù)的使用將提供額外的靈活性并回收能量生產(chǎn)系統(tǒng)中的熱量損失；智慧燃?xì)饩W(wǎng)將電力、熱力和交通整合，通過(guò)燃?xì)鈨?chǔ)存技術(shù)提高系統(tǒng)的柔性。若采用燃?xì)庖夯夹g(shù)，液化天然氣存儲(chǔ)將更方便。
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在負(fù)荷集中的地方，利用現(xiàn)代技術(shù)將多種能源形式進(jìn)行整合，可以在能源端、生產(chǎn)端、消費(fèi)端分別耦合，也可以將消費(fèi)端和能源端整合，從而實(shí)現(xiàn)自循環(huán)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。下圖是能源互聯(lián)網(wǎng)概念圖。
▲能源互聯(lián)網(wǎng)概念圖
電力電子技術(shù)的發(fā)展使得直流電不能變壓的劣勢(shì)得到克服，將交流和直流在各種電壓等級(jí)實(shí)現(xiàn)互換和融合。比如，±800kV高壓直流輸電和±500kV柔性直流輸電就是利用了電力電子技術(shù)的發(fā)展成果對(duì)長(zhǎng)距離高壓輸電技術(shù)產(chǎn)生影響。而中低壓交直流混合配電網(wǎng)概念的興起將會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生影響。電力電子技術(shù)使得對(duì)電的控制更加可能，使得交流電使用和傳輸?shù)闹萍s因素得以規(guī)避。
互聯(lián)網(wǎng)的思維和大數(shù)據(jù)技術(shù)將電力的生產(chǎn)、傳輸和使用有機(jī)結(jié)合，充分挖掘各個(gè)環(huán)節(jié)的特性，預(yù)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的能力，使發(fā)電、輸電、用電互補(bǔ)、可控、可調(diào)。
回過(guò)頭來(lái)看，在人類探究電過(guò)程中有兩個(gè)重要的因素起著關(guān)鍵作用：欲望和技術(shù)進(jìn)步。人類征服世界的欲望從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，這種欲望使人類一直想控制世界，使世界為人類使用。放到電的上面，自從人類發(fā)現(xiàn)了電的現(xiàn)象后，就一直想控制電。而這種欲望也激發(fā)了人類創(chuàng)造的激情，不斷創(chuàng)造新的技術(shù)，新的技術(shù)又幫助人們更好的研究電和利用電。但單純的有欲望、激情和技術(shù)還不足以使電得到廣泛普及，還需要商業(yè)、金融。缺少商業(yè)和經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)與支持，電就沒(méi)法為更多的人所熟悉和使用，也無(wú)法獲得發(fā)展。
當(dāng)能源互聯(lián)網(wǎng)的理念產(chǎn)生后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，能源互聯(lián)網(wǎng)里所涉及的很多技術(shù)都已經(jīng)存在。我們只需要對(duì)這些現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行分解和整合，就能夠產(chǎn)生新的技術(shù)。當(dāng)有了電力電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)后，通過(guò)對(duì)能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)數(shù)據(jù)的采集和分析，掌握其特性，能源可以不再以單一的模式存在。尤其是波動(dòng)性可再生能源可以互相補(bǔ)償，協(xié)調(diào)配合滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。
因此，能源互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不再遙遠(yuǎn)，在分解和整合的理念下，以能源互聯(lián)網(wǎng)的思維構(gòu)建的綜合能源體系肯定會(huì)發(fā)展起來(lái)。能源互聯(lián)網(wǎng)做為新興能源業(yè)態(tài)的發(fā)展，需要相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步整合和創(chuàng)新。能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目已經(jīng)突破了常規(guī)工程項(xiàng)目的規(guī)劃、建設(shè)思路，集成了能源規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新、管理知識(shí)、商業(yè)模式、運(yùn)營(yíng)模式、顧客管理等多領(lǐng)域知識(shí)，需要人員思想和觀念的更新。
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