人類社會經(jīng)歷的兩次工業(yè)革命都與人類生產(chǎn)與利用能源方式的變革密切相關(guān)。

進入21世紀以來，在第二次工業(yè)革命中奠定的以化石能源集中式利用為特征的傳統(tǒng)能源生產(chǎn)與消費模式已經(jīng)逐漸走到了盡頭，而以可再生能源為主的新能源利用模式正在快速發(fā)展。預期這將導致新一輪工業(yè)革命的興起，并再次深刻地改變?nèi)祟惿鐣慕?jīng)濟與社會發(fā)展模式。

與傳統(tǒng)的化石能源相比，可再生能源具有時空分布高度不平衡、出力具有間歇性和不確定性等特征。針對可再生能源自身的特征與可再生能源大規(guī)模利用所面臨的困難，通過實現(xiàn)廣域內(nèi)能源的有效配置與智能管理，充分利用能源消費的需求彈性，推動用戶由單純消費者向生產(chǎn)型消費者轉(zhuǎn)變，可望顯著促進能源的清潔、安全與高效利用。能源互聯(lián)網(wǎng)為此提供了一種很有前途的實現(xiàn)途徑。

能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心,以互聯(lián)網(wǎng)及其他前沿信息技術(shù)為基礎,以分布式可再生能源為重點,與天然氣網(wǎng)絡、交通系統(tǒng)等其他系統(tǒng)緊密耦合而形成的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)清潔能源替代和電能替代。我們建立了能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念與研究框架,認為發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，需要重點研究下述理論與核心技術(shù)：

1.廣域電力網(wǎng)絡互聯(lián)的理論與技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)可以覆蓋的范圍很大,從而可以實現(xiàn)能源尤其是可再生能源在大范圍內(nèi)的優(yōu)化配置和利用。以太陽能為例，在我國西北、北非、澳大利亞等國家或地區(qū)，日照時間長、強度大，而且干旱和沙漠化區(qū)域的面積很大，因此太陽能資源非常豐富。上述地區(qū)或國家的豐富太陽能資源一般遠離電力負荷中心，而且如果能夠充分開發(fā)的話，由于地區(qū)或本國電力需求量不大而難以消納。通過構(gòu)建廣域能源互聯(lián)網(wǎng)，就可以將上述地區(qū)的太陽能發(fā)電（或風力發(fā)電）遠距離輸送到其它毗鄰的國家,從而實現(xiàn)可再生能源發(fā)電的大規(guī)模傳輸和利用。

此外，不同國家或地區(qū)的可再生能源發(fā)電出力的變化規(guī)律不同（如峰值和低谷出現(xiàn)的時間不同），通過基于能源互聯(lián)網(wǎng)的廣域電力網(wǎng)絡互聯(lián)，可以充分利用可再生能源在不同區(qū)域的時空互補特性，有效增強接納可再生能源發(fā)電的整體能力,在跨區(qū)域范圍內(nèi)實現(xiàn)可再生能源發(fā)電的優(yōu)化利用，改善電力系統(tǒng)整體運行的經(jīng)濟性和可靠性。

為了實現(xiàn)廣域能源互聯(lián)網(wǎng)，就需要完善主干電網(wǎng)，發(fā)展大容量、高效率、遠距離的先進輸電理論與技術(shù)，依托信息、控制科學和新穎儲能等領域的先進技術(shù)，加強電力傳輸與信息處理的融合，增強電網(wǎng)資源的優(yōu)化配置和供電能力，改善供電可靠性，促進大型可再生能源基地的集約化開發(fā)，進而在國內(nèi)或與毗鄰國家在廣域能源互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)下形成新的能源配置格局。

2.多能源融合與儲能的理論與技術(shù)

新型儲能技術(shù)的廣泛應用，為平抑可再生能源發(fā)電的間歇性和不確定性提供了一種有效手段。除了傳統(tǒng)的抽水蓄能之外，應當大力發(fā)展電池儲能、氫儲能、壓縮空氣儲能等，并特別關(guān)注鋰—空氣電池、電轉(zhuǎn)氣等新技術(shù)的發(fā)展。在接入方式上，能源互聯(lián)網(wǎng)應當具有同時支持大容量儲能電站集中式接入與小容量儲能設備分布式接入的能力。此外，能源互聯(lián)網(wǎng)應具有融合多能源載體的能力，通過應用冷熱電聯(lián)供、電轉(zhuǎn)氣等技術(shù)，充分發(fā)揮可再生能源與制冷、供暖、燃氣等能源需求的互補性，在消費側(cè)實現(xiàn)以電代煤、以電代氣，從而提高電能在終端能源消費中所占比重，實現(xiàn)提高能效與降低污染的目的。

3.能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃、運行與控制的理論與技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)的引入將使能源生產(chǎn)與消費的模式發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。首先，能源生產(chǎn)模式將由傳統(tǒng)的以大規(guī)模集中式發(fā)電為主向集中式與分布式并重發(fā)展。其次，終端用戶將從單純的能源消費者向具有產(chǎn)消合一特征的生產(chǎn)型消費者轉(zhuǎn)變。第三，能源交易的范圍將由區(qū)域市場向跨區(qū)市場甚至跨國市場發(fā)展。上述三個重大轉(zhuǎn)變，將給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運行與控制帶來巨大挑戰(zhàn)。為此，需要大力開展能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃、運行與控制的理論研究與技術(shù)開發(fā)，重點突破復雜交直流電網(wǎng)的規(guī)劃、安全運行與控制、考慮眾多用戶集聚特性的需求側(cè)響應、大量分布式發(fā)電與分布式儲能參與電力市場交易等的核心理論與技術(shù)。

4.電動交通及其與電網(wǎng)的交互理論與技術(shù)

綠色交通已成為國內(nèi)外的共識。交通作為化石能源消費和廢氣排污的大戶，也是導致霧霾現(xiàn)象的重要因素之一。因此，目前針對鐵路、公路交通的電氣化改造與升級日顯突出。以電動汽車廣泛應用為核心的電氣化交通技術(shù)的發(fā)展方興未艾；從長遠來看，為實現(xiàn)交通領域的節(jié)能減排，大力發(fā)展電動汽車，在交通領域推動以電代油，已經(jīng)成為主流發(fā)展趨勢。未來的電動交通系統(tǒng)將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。

電動汽車的規(guī)模化應用，一方面可能加劇電力系統(tǒng)的供需不平衡，危害電網(wǎng)安全；另一方面，通過發(fā)展電動汽車的智能充放電管理的理論與技術(shù)，有效利用車載電池的儲能功能，可以在一定程度上實現(xiàn)削峰填谷與平抑可再生能源出力波動性的目的。因此，應當大力推動電動交通與電力系統(tǒng)的融合，結(jié)合電池技術(shù)、智能充放電管理技術(shù)與車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)交通領域的電氣化與智能化。

5.支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的前沿信息與通信的理論與技術(shù)。

為了實現(xiàn)對能源互聯(lián)網(wǎng)的有效運行與控制，需要對電源、電網(wǎng)、一次能源、電動交通、儲能、用電設備、用戶、天氣、環(huán)境等海量信息進行有效的整合與分析。因此，前沿的信息與通信技術(shù)是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎。需要盡快開展能源互聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議與標準的設計及制定，實現(xiàn)不同領域多通信協(xié)議與標準的融合和交互。推動制定支持分布式電源、分布式儲能與智能用電設備即插即用的通信接口標準，將能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建成能夠支持各種能源設備接入的統(tǒng)一能源協(xié)調(diào)配置平臺。大力發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大數(shù)據(jù)與云計算理論與技術(shù)，支持海量能源信息的有效處理、存儲與分析。

世界各主要國家目前都在高度關(guān)注能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。在上述幾個核心技術(shù)領域里，我國與主要發(fā)達國家的差距并不大，在有的子領域甚至還處于領先地位。我國應在能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)研發(fā)與工程實踐方面加大投入，力爭引領這一戰(zhàn)略性學術(shù)與技術(shù)領域的發(fā)展，從而確保我國在新一輪的工業(yè)和技術(shù)革命大潮中占得先機。

（韓禎祥：中國科學院院士；文福拴：浙江大學電氣工程學院教授、博導；趙俊華：浙江大學電氣工程學院博士）