2019年全球能源互联网行业研究报告

２０１９年全球能源互联网行业研究报告摘　要：㊀本文从能源消费变革㊁生产方式变革㊁技术创新㊁供给格局㊁商业模式㊁结构调整等方面，阐述了发展全球能源互联的战略意义㊂从清洁能源利用㊁发展组织成立㊁虚拟电厂建设等方面，总结了全球能源互联网的发展现状㊂最后，从技术创新㊁标准制定㊁体系架构㊁工作机制等方面，提出了加快全球能源互联网建设的对策建议㊂能源互联网是互联网行业与能源行业深度融合发展的产物，利用互联网将能源的生产㊁传输㊁存储㊁消费等环节智能互联，从而实现能源传输㊁能源配置㊁能源交易㊁信息挖掘㊁智能服务等不同于传统能源网络的功能，进而改变传统能源利用模式㊂每一次工业革命都伴随着能源领域的变革，能源互联网被认为是可能成为下一次工业革命的重要推动力量㊂全球能源互联网是中国为解决全球环境问题所提出的 中国方案 ，是习近平主席于２０１５年９月２６日，在 探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求 的联合国发展峰会上提出的，旨在以 智能电网＋特高压电网＋清洁能源 的形式，推动清洁能源在世界范围内的大规模开发㊁配送与使用，从而提高世界清洁能源消费市场份额，促进世界经济绿色低碳发展㊂一　全球能源互联网的战略意义全球能源互联网建设的战略意义主要有四个方面，一是促进清洁能源消费比例的提升，降低全球变暖速度；二是推动能源生产方式变革，优化资源需求配置；三是促进能源技术创新，重塑全球能源格局；四是催生新的商业模式，推动能源行业转型㊂（一）促进清洁能源消费比例的提升，降低全球变暖速度应对全球气候变化的‘巴黎协定“致力于将２１世纪全球平均气温增长控制在２摄氏度以内，同时将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上，即１ ５摄氏度以内，其主要目的是实现全球温室气体排放的减少与促进可持续发展㊂根据ＩＥＡ数据，全球二氧化碳排放量自２０１３年下降以来，２０１７年首次出现了１ ６％的上涨，２０１８年的排放量还将持续增长，可见‘巴黎协定“目标的实现仍然任重道远㊂清洁能源的使用是降低二氧化碳排放量的重要途径，虽然全球清洁能源资源十分丰富，但分布地区较为不均衡，资源富集地区大都远离能源消费中心㊂其中，水能最丰富的地区为亚洲，约占世界的４６％，最丰富的国家为中国；风能最丰富的地区为非洲，约占世界的３２％，最丰富的国家为俄罗斯；太阳能最丰富的地区为非洲，约占世界的４０％，最丰富的国家为中国（见表１）㊂全球能源互联网将开启全球能源配置新格局，实现全球清洁能源的共享，降低能源供给地与能源需求地分离程度不断加深的问题㊂另外，减少清洁能源供给国家的资源浪费，增加化石能源消费大国的清洁能源使用比例，从而提高全球清洁能源消费比例㊂综上所述，全球能源互联网可以优化全球能源消费结构，促进全球经济的可持续发展㊂表１㊀世界水能㊁风能㊁太阳能分布情况单位：万亿千瓦时／年，％地区水能风能太阳能理论蕴藏量占比理论蕴藏量占比理论蕴藏量占比亚㊀洲１８４６５００２５３７５００２５欧㊀洲２５１５０８３０００２北美洲６１５４００２０１６５００１１南美洲８２１２００１０１０５００７非㊀洲４１０６５０３２６００００４０大洋洲１３１００５２２５００１５合计３９１００２０００１００１５００００１００㊀㊀资料来源：刘振亚：‘全球能源互联网“，中国电力出版社，２０１５㊂（二）推动能源生产方式变革，优化资源需求配置能源互联网首先将改变传统的集中式能源供给方式，实现能源供应与消费的变革，推动能源结构向分布式㊁扁平化方向发展，不断加深用户与供应商之间的联系，助力能源使用者从单一的消费者向消费者与生产者相结合的复合身份转变㊂其次，利用人工智能等新一代信息技术，能源互联网将融入智能控制系统，对一次能源与二次能源进行优化协同，实现燃料网㊁热力网㊁交通网㊁电力网㊁信息网间的互联互通（见图１）㊂再次，使个人与家庭等分图１㊀能源互联网构成资料来源：魏向向㊁杨德昌㊁叶斌：‘能源互联网中虚拟电厂的运行模式及启示“，‘电力建设“２０１６年第４期㊂散的小微能源生产者以分布式的方式接入能源互联网，通过水㊁电㊁气㊁热等用能环节的集中控制，实现能源的分散式管理与消费，改变传统的采用大容量设备㊁集中生产的能源供给模式，以及通过大电网与大热网输送给千家万户的消费模式㊂最后，能源生产与消费的变革将促进能源使用效率的提升㊁减少损耗与污染，优化资源的需求配置，实现资源环境效益最大化㊂（三）促进能源技术创新，重塑全球能源格局能源互联网将利用大数据技术对电力㊁石油㊁天然气等各个能源领域的全产业链环节数据进行综合采集㊁处理㊁分析，为产业环节间的沟通与协调提供了方便㊂传感器㊁超级计算㊁数据分析㊁自动化㊁人工智能等技术的应用，将有利于促进储能技术㊁节能技术㊁发电成本等能源技术的创新，促使能源的生产㊁供应㊁消耗等环节的需求得到实时反馈，从而使能源生产与需求得到最优化的配置，进而重塑全球能源新格局㊂例如，ＢＰ统计显示，目前一个油田的石油仅有３５％左右得到开采，油气作业中所收集的数据也仅有约３％得到应用，可见技术创新对能源领域的转型升级有巨大的潜力㊂能源互联网的出现可以利用海量数据对油田的管理㊁开采等环节进行优化，提高油田的可靠性与收益性，从而使世界石油与天然气的潜在增量大幅提高（见图２），预计到２０５０年，技术发展可使石油可采储量和天然气可采储量分别增长约５０％和２５％㊂（四）催生新的商业模式，推动能源行业转型能源互联网将打破传统售配电的商业模式，在能源产品交易㊁能源资产服务㊁能源增值服务㊁能源设备与解决方案等方面催生新的商业模式（见表２），例如，澳洲创新公司ＧｒｅｅｎＳｙｎｃ成立了分散式能源交易所（ＤｅｃｅｎｔｒａｌｉｓｅｄＥｎｅｒｇｙＥｘｃｈａｎｇｅ，ＤＥＸ），促进了企业㊁家庭㊁社区和公共事业间的能源交图２㊀世界石油与天然气的潜在增量资料来源：‘ＢＰ技术展望２０１８“㊂易㊂能源互联网使供电侧与用电侧有机结合在一起，提高了能源使用效率，推动了产业间的融合发展，形成生产㊁消费㊁存储等共享能源经济生态体系与新的商业模式，从而推动能源行业在勘探㊁生产㊁消费等全产业链环节的转型㊂表２㊀能源互联网催生的商业模式模式内容能源产品交易电力的批发和零售㊁虚拟电厂㊁售气㊁供暖㊁电动汽车的购电和返售电等能源资产服务能源资产的代理运营㊁能源资产的开发与交易㊁能源资产证券化的互联网金融㊁能源资产的电子商务能源增值服务基于大数据的用能咨询㊁能效产品销售㊁新能源汽车售后市场㊁节能解决方案㊁Ｏ２Ｏ商业消费能源设备与解决方案材料及设备的Ｂ２Ｂ行业垂直电商；Ｂ２Ｂ现货交易平台和期货交易平台㊀㊀资料来源：‘能源互联网商业模式分析㊀能源产业如何与互联网结合“，二　全球能源互联网发展现状在清洁能源利用方面，在各国的努力之下，清洁能源发电成本不断下降，可再生能源发电量呈现了迅速增长的趋势㊂发展组织方面，成立了专门的推进组织，即全球能源互联网推进组织，各领域合作伙伴也正在不断扩大之中㊂此外，虚拟电厂领域国际标准日渐完善㊂（一）全球能源互联网推进组织成立２０１６年３月２９日，由中国国家电网公司发起成立了推动全球能源互联网发展的组织机构㊂全球能源互联网发展合作组织，首批理事单位包括中国华能集团公司㊁中国电力企业联合会㊁山东大学㊁中国工商银行股份有限公司㊁华为技术有限公司㊁可再生能源协会㊁俄罗斯电网公司㊁巴西电力公司㊁气候议会㊁伯明翰大学㊁西门子股份有限公司㊁ＡＢＢ集团㊁摩根士丹利㊁埃森哲有限公司等㊂组织机构如图３所示，包括６个局㊁１个研究院㊁１个传媒中心，其中运行局下设７个区域办公室㊂２０１８年１２月１０日，全球图３　全球能源互联网发展合作组织组织机构资料来源：全球能源互联网发展合作组织官网㊂能源互联网发展合作组织与联合国气候变化框架公约秘书处共同成立了全球能源互联网智库联盟，由中国电建集团水电水利规划设计总院任首届主席单位，中国国家电网有限公司能源研究院㊁（阿拉伯）区域可再生能源和能效中心任首届副主席单位，首批联盟成员汇集了１３个国家共２８家知名研究机构㊂（二）清洁能源发电成本越来越经济根据‘ＢＰ技术展望２０１８“，随着技术的不断升级，到２０２５年风能与太阳能发电成本将大幅下降㊂太阳能模块的全球累计产能每翻一番，其平均成本将降低２３％；风力发电（含陆上和海上）的全球累计产能每翻一番，其平均成本将降低１９％㊂可见技术进步与规模化生产将大大降低可再生能源的发电成本，清洁能源发电将越来越经济，发电市场规模也将越来越大，全球能源互联网正在助力清洁能源开发规模的提升㊂‘全球能源互联网促进 巴黎协定⓪实施行动计划“显示，全球能源互联网能够将全球清洁能源开发规模提高４倍，清洁能源消费年均增速提高５倍，推动全球碳排放在２０２５年前后达到顶峰，２０５０年降至１９９０年的一半以下（见图４）㊂图４　各类资源发电成本比较资料来源：‘ＢＰ技术展望２０１８“㊂（三）世界可再生能源发电量增长迅速世界主要国家均高度重视清洁能源的导入，纷纷设定了清洁能源导入目标（见表３），世界各国的高度重视，促进了可再生能源发电量的不断增长㊂从世界可再生能源发电量的变化来看，可再生能源发电量从２００８年的５４７ ７兆瓦时增加到了２０１７年的２１５１ ５兆瓦时，年均增长率在１０％以上，２０１７年增长率达到１７％左右（见图５）㊂可再生能源发电量的不断增长，为全球能源互联网的不断发展壮大奠定了基础㊂表３㊀世界主要国家清洁能源导入目标国㊀家目标英㊀国到２０２０年废除低效既有发电所，新建６座核能发电站法㊀国到２０３０年可再生能源发电容量增加到５０吉瓦，并积极与其他地区开展可再生能源合作项目德㊀国到２０２２年废止全部核电站，并２０２０年可再生能源在能源消费中的占比达到３０％西班牙到２０２０年新增可再生能源等清洁能源发电６９００万千瓦美㊀国陆续出台了提高能效㊁发展太阳能㊁四代和小型模块化核能等清洁电力新计划日㊀本到２０３０年可再生能源发电占比在２２％ ２４％中㊀国到２０２０年，全部可再生能源发电装机容量达到６ ８亿千瓦，发电量达到１ ９万亿千瓦时，占全部发电量的２７％㊀㊀资料来源：根据相关报道资料整理㊂图５㊀世界可再生能源发电量变化资料来源：‘ＢＰ世界能源统计年鉴２０１８“㊂（四）虚拟电厂领域国际标准获批虚拟电厂建设是能源互联网建设的核心之一，为推动能源转型㊁促进分布式能源发展，中国㊁欧盟㊁德国㊁澳大利亚㊁美国等积极开展了虚拟电厂建设（见表４）㊂但全球能源互联网的发展需要统一的标准，２０１７年１０月，国网冀北电力公司与中国电科院组成了联合专家团队，代表中国向国际电工技术委员会（ＩＥＣ）提交了关于虚拟电厂的国际标准，即‘用例“和‘架构与功能要求“提案，该提案获得了德㊁英㊁法等成员国的加盟支持，并于２０１８年３月获得批准立项，成为ＩＥＣ在虚拟电厂领域的首批国际标准㊂表４　各国虚拟电厂的发展概况国家项目内容德国ＲｅｇＭｏｄＨａｒｚ项目由 Ｅ⁃Ｅｎｅｒｇｙ 计划支持的再生能源示范项目㊂该项目所选定的哈茨地区，在分布式电力供应方面拥有风能㊁抽水蓄能㊁太阳能㊁沼气㊁生物质能以及电动车等多种方式，在输配电方面主要有６家配电运营商㊁４家电力零售商以及１家输电商运营中国 互联网＋智慧能源（能源互联网）示范项目城市能源互联网综合示范项目１２个㊁园区能源互联网综合示范项目１２个㊁其他及跨地区多能协同示范项目５个㊁基于电动汽车的能源互联网示范项目６个㊁基于灵活性资源的能源互联网示范项目２个㊁基于绿色能源灵活交易的能源互联网示范项目３个㊁基于行业融合的能源互联网示范项目４个㊁能源大数据与第三方服务示范项目８个㊁智能化能源基础设施示范项目３个欧盟ＦＥＮＩＸ项目北部以英国电力市场为依托建立商业性ＶＰＰ（ＣＶＰＰ）运行模式，在其架构中，各种分布能源被分散代理，并通过分布式能源接口传递其当前状态和数据信息，汇总后传给ＶＰＰ代理，并形成竞标曲线，参与市场竞争和市场交易南部在配电系统中聚合多种分布式发电技术，并应用商业型ＶＰＰ和技术型ＶＰＰ（ＴＶＰＰ）两种概念，展示了ＶＰＰ的三大功能澳大利亚ＡＧＬ能源公司项目在南澳的家庭和企业中安装１０００台连接电池，提供５兆瓦的峰值能力，并为客户提供节省能源费用的机会㊂在这一示范项目中，ＡＧＬ与澳大利亚可再生能源机构（ＡＲＥＮＡ）和美国领先的储能和管理公司Ｓｕｎｖｅｒｇｅ公司合作续表国家项目内容美国ＣｏｎＥｄｉｓｏｎ项目美国ＳｕｎＰｏｗｅｒ推出了新型屋顶太阳能与存储捆绑包，目的是在纽约建立一个虚拟电厂，包括１ ８兆瓦的光伏装机容量和４兆瓦的电池存储㊂该项目是纽约 能源愿景改革 （ＲＥＶ）计划的一部分，Ｓｕｎｖｅｒｇｅ提供锂离子电池存储系统，ＳｕｎＰｏｗｅｒ租赁其太阳能电池板，公用事业ＣｏｎＥｄｉｓｏｎ管理存储电力的电网供电㊀㊀（五）各领域合作伙伴逐年增加根据全球能源互联网发展合作组织的数据，全球能源互联网合作组织的合作伙伴涵盖了世界主要国际组织和五大洲７０多个国家的政府部门㊁能源企业㊁金融机构㊁科研单位以及高等院校，累计签署合作协议３１项㊂目前，会员数量从最初的８０家㊁１４个国家（地区）发展到６０２家㊁８５个国家（地区）㊂三　全球能源互联网发展的对策建议为加快推进全球能源互联网建设，应在以下几方面加大政策实施力度㊂一是加快推进技术创新发展，加强标准化建设㊂二是积极扩大合作伙伴数量，搭建全球能源互联网体系框架㊂三是应尽快建立全球能源互联网工作机制，加大宣传力度，使各国达成对建设能源互联网的共识㊂四是加快推进中国能源结构调整步伐，推动全球能源互联网倡议的落实㊂（一）推进技术创新发展，加强标准化建设全球能源互联网技术发展方向及重点主要涉及电源技术㊁电网技术㊁储能技术以及信息通信技术，各领域发展重点见表５㊂在加强各领域重点技术研发的同时，应积极推动清洁发电㊁海底电缆㊁大容量储能等关键技术研发与装备生产，提升能源互联网的能效水平㊁智能化水平与装备工艺水平，积极开展跨领域合作研发，推进能源互联网综合集成技术创新，加快创新型技术的应用与转移㊂另外，抓紧研究制定全球能源互联网标准化体系，持续推进特高压输电㊁特高压直流㊁新型输电㊁智能电网㊁清洁能源发电㊁技术标准的推广与应用，不断提升我国在全球能源互联网领域的话语权㊂表５　全球能源互联网技术发展方向与重点技术领域方向及重点电源技术风力发电技术①风电机组技术㊂风电单机容量大型化技术㊁低风速风机技术㊁适应极端气候条件的风机技术②风电场技术㊂大规模风电场向深海发展③风电控制技术㊂风电精确预测和运行调控技术太阳能发电技术①光伏发电㊂光伏板㊁光伏电站②光热发电㊂光热发电技术向大容量㊁高参数发展㊂光热电站发展空气冷却技术海洋能发电技术潮汐能㊁海浪能㊁温差能发电分布式电源协调控制技术㊁基于虚拟电厂的分布式电源消纳技术等电网技术特高压输电技术和装备①提升特高压输电容量和距离②研制高可靠性的换流变压器㊁换流阀等③研制适应极热极寒地区的特高压输电设备海底电缆技术高压㊁长距离㊁大容量海底电缆超导输电技术高温超导材料直流电网技术更高电压等级的直流电网技术微电网技术微电网与大电网的协调优化运行技术大电网运行控制技术①大电网安全稳定机理㊁特性和分析技术②实时／超实时仿真和决策技术③电网故障诊断㊁恢复及自动重构技术储能技术①大型能量型储能可用于全球能源互联网调峰填谷②大型功率型储能可用于平抑大规模清洁能源的波动性③小型储能电池可用于电动汽车信息通信技术①宽带化㊁数字化㊁智能化㊁个人化㊁综合化②更安全㊁更可靠㊁更智能的技术保障㊀㊀资料来源：刘振亚：‘全球能源互联网“，中国电力出版社，２０１５㊂（二）扩大合作伙伴数量，构建全球能源网络体系持续提升全球能源互联网的国际影响力，积极开展与其他国家在项目合作㊁研究开发㊁标准制定等方面的交流与合作，协助提升各国能源互联网基础建设与规划标准制定能力，促进全球能源互联网合作组织规模的不断扩大㊂尤其以 一带一路 沿线国家为重点，推进实施清洁能源开发与电网互联互通项目，加强与其他国家在电网规划方面的合作，推进跨洲电网㊁跨国电网㊁国内智能电网建设，促进各级电网互联互通，加快形成全球能源互联网体系框架㊂（三）建立全球工作机制，寻求各国力量的支持从全球能源互联网组织机制构想来看，全球能源互联网组织机制主要涉及组织机制㊁运行机制㊁市场机制以及政策保障几方面（见表６）㊂其中，应重点在市场交易㊁体制机制障碍㊁全球能源互联网规划㊁基础设施建设㊁电网运行等方面，加快推进形成全球性的工作机制，激励各国自主实施节能减排政策，推动全球清洁能源的使用㊂此外，在技术㊁经济㊁政策㊁法律㊁政治㊁宣传等方面，加强与各国相关部门的合作交流，尤其是加大面向非洲㊁东南亚等不发达地区的宣传力度，提高其对转变能源发展方式的认识，以及对全球能源互联网的支持㊂表６　全球能源互联网组织机制构想机制内容组织机制①全球能源互联网发展需要全面合作的全球能源治理机制②在联合国设立全球能源互联网合作联盟，推动全球能源互联网建设和发展③全球能源互联网合作联盟将重点在战略规划㊁标准制定㊁资源支持和对外协作方面发挥统领作用运行机制①建立高效协同机制②构建全球能源互联网调度中心，保障全球能源互联网安全高效运行③全球能源互联网调度中心在全球电力安全和全球化配置能源资源中发挥作用续表机制内容市场机制①构建全球电力市场体系②健全跨国跨洲电力交易机制③形成全球能源共享的市场机制和商业模式政策保障①各国形成对气候变化的共识②各国能源政策协调推进③建立合作共赢的地缘政治格局㊀㊀资料来源：刘振亚：‘全球能源互联网“，中国电力出版社，２０１５㊂（四）加快中国能源变革，推动“中国倡议”的落地实施近年，中国能源结构调整步伐不断加快，但清洁能源消费占比仍然较低㊂国家统计局的数据显示，２０１８年中国能源消费总量较２０１７年增长３ ３％㊂其中，天然气㊁水电㊁核电㊁风电等清洁能源消费占能源消费总量的比重同比增加了１ ３个百分点，煤炭消费比重下降了约１ ４个百分点㊂未来，政府将通过推动提高清洁能源使用比例与化石能源的高效利用㊁深化电力行业体制机制改革等措施，加快中国能源结构调整，实现能源行业的高质量发展㊂‘全球能源互联网发展战略白皮书“显示，全球能源互联网的实现大致分为国内互联㊁洲内互联㊁洲际互联三个步骤，中国作为全球能源互联网倡议的提出者，势必需要加快推进国内能源互联网建设步伐，为全球能源互联网的实现奠定基础㊂。