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能源互联网发展研究

国家能源局主导,清华大学能源互联网研究院组织,能源领域58位专家和学者参与编写,何建坤、石定寰、陈升、汤和松4位知名专家推荐

作者:能源互联网研究课题组
定价:79.80
印次:1-2
ISBN:9787302452591
出版日期:2017.01.01
印刷日期:2017.08.31

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费,以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑,对提高可再生能源比重,促进化石能源清洁高效利用,提升能源综合效率,推动能源市场开放和产业升级,形成新的经济增长点,提升能源国际合作水平具有重要意义。 本书全面介绍了国内能源互联网的发展现状及进展,共分4篇,第1篇为战略篇,第2篇为技术篇,第3篇为应用篇,第4篇为机制篇,分别从发展战略、关键技术、实践应用和机制模式等层面对能源互联网进行了系统的阐述和探讨。 本书可供政府部门、能源行业、互联网行业及金融行业的从业人员和高校的相关学生、研究人员参考。

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序 言 能源是人类生存和发展的重要基石,是社会经济运行的动力和基础。每一次工业革命都离不开能源 类型和使用方式的革新,推动着人类社会的发展和进步。目前,第三次工业革命正在世界范围内发生,而能源互联网是第三次工业革命的核心之一,是未来能源行业发展的方向。 能源互联网的提出和发展具有深刻的环境、经济、社会、技术和政策等诸多驱动力,既是能源系统自身发展的趋势,也有外部对能源系统提出的迫切需求。随着传统化石能源的逐渐枯竭以及能源消费引起的环境问题日益恶化,未来人类发展与传统能源结构不可持续的矛盾不断尖锐,世界范围内对能源供给与结构转变的需求愈发高涨,从而催生新型能源结构与供给方式的提出。以深入融合可再生能源与互联网信息技术为特征的能源互联网的提出,将是实现能源清洁低碳替代和高效可持续发展的关键所在。 发展能源互联网将从根本上改变对传统能源利用模式的依赖,推动传统产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业转变,是对人类社会生活方式的一次根本性革命。我国《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》中提出“将推进能源与信息等领域新技术深度融合,统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设,建设‘源-网-荷-储’协调发展、集成互补的能源互联网”。 为全面介绍国内能源互联网的发展现状及进展,系统阐述能源互联网的发展战略、关键技术、实践应用和机制模式等,总结我国在能源互联网相关领域中的研究成果,为以后我国能源互联网发展及建设提供有益参考,清华大学能源互联网创新研究院组织专家编写了《能源互联网发展研究》一书。 本书的出版,凝聚了我国能源领域众多专家和广大科研人员的汗水和心血,希望更多关心能源互联网的读者、有志投身于能源互联网的学者和工程技术人员,能从本书中汲取有用的知识,共同打造我国能源互联网的美好未来! 中国科学院院士 周孝信 2016年8月31日 于北京 编者按 能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,是国民经济的基础产业和战略性资源,对保障和促进经济增长与社会发展具有重要作用。当前,融合信息技术、互联网技术和新能源技术的新一轮能源革命,正在引领第三次工业革命的浪潮。作为能源革命战略支点的能源互联网,是将互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。 2016年2月29日,国家能源局发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,能源互联网将在能源技术、生产、供应等多个环节激发“链式变革”,是推动我国能源革命的必然选择。 为了加深大众对能源互联网的认知,清华大学能源互联网创新研究院组织专家编写了《能源互联网发展研究》一书。由于能源互联网涵盖内容非常广泛,本书主要从发展战略、关键技术、实践应用和机制模式等角度,对能源互联网的相关问题展开论述,希望能对读者认知能源互联网带来帮助,为推动我国能源互联网的发展做出贡献。 本书的编撰得到了国家能源局能源互联网发展研究课题组的大力支持,编委会成员和作者均做了大量工作,在此深表谢意。文章仅代表作者观点,不代表作者所在机构观点。此外,限于编者和作者水平,书中难免存在错误和不妥之处,恳请广大读者批评指正。 编委会 2016年8月31日 于清华园

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  • 本书出版背景


    第三次工业革命正在世界范围内发生

    能源互联网是第三次工业革命的核心之一

    能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑

     

    本书特色

    由国家能源局主导,清华大学能源互联网研究院组织

    能源领域58位专家和学者参与编写

    全面介绍能源互联网的发展现状及进展

    系统阐述能源互联网的发展战略、关键技术、实践应用和机制模式

    展望与解读未来十年中国能源互联网发展的路线图。



    主编简介


    曾嵘  清华大学电机系教授,系主任,清华大学能源互联网研究院院长,国家杰出青年科学基金获得者,IET Fellow

    19957月本科毕业于清华大学电机系,19997月博士毕业,后留校任教。2005年教育部新世纪优秀人才,2007年清华大学电机系教授。期间多次赴斯坦福大学、新加坡大学和香港大学开展访问合作与研究。目前主要从事超特高压交直流输电中的电磁暂态及其防护,以及电磁环境与电磁测量、直流电网及其关键装备等教学和科研工作。先后负责和参与973计划、863计划、国家科技支撑计划和国家自然科学基金等几十项科研项目。荣获国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖2项、二等奖多项,并荣获首都劳动奖章。发表论文300余篇,其中SCI论文 90余篇。

    现为CIGRE SC C3委员,WG C4.26秘书长,IEC TC 22/WG 19 委员,全国高压直流输电设备标委会委员,中国电机工程学会直流输电与电力电子专委会委员,特高压工程技术(昆明)及高压电气国家工程实验室技术委员会委员。



    清华大学能源互联网研究院(本书组织者)

    为了推动能源互联网的前沿研究和产业培育,清华大学战略部署了能源互联网创新研究院和清华四川能源互联网研究院。研究院致力于发挥清华大学多学科交叉的综合优势,建设能源互联网领域的人才培养中心和科技创新中心,并成为中国乃至国际上深具影响力的新一代能源网络的战略决策智库,同时从能源互联网的创新解决方案、关键技术、产品研发、科技成果转化和产业服务孵化等方面推动能源互联网产业的发展。

    研究院成立以来,牵头完成了国家能源局“国家能源互联网行动计划战略研究”的5个重点课题;作为核心成员全程参与编写了国家发改委、工信部和能源局联合发布的国家能源互联网纲领性文件《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》及《能源技术革命创新行动计划(2016–2030年)》;在国家能源局支持下发起成立了国家能源互联网产业及技术创新联盟;积极与中电联和IEC等合作推进了多项国内外能源互联网标准的制定。目前还在承担多个能源互联网的合作研发项目。




    业内专家点评

         《巴黎协定》的生效将加速世界范围内能源体系的革命性变革和经济发展方式的低碳转型。建设能源互联网是我国推动能源生产和消费革命的一个重要领域和着力点,将成为建设安全、高效、清洁和低碳的新型能源体系的重要支撑,也将成为我国实现2030年左右二氧化碳排放达峰的重要保障。本书从战略、技术、应用和机制的角度,对能源互联网的发展进行了全面阐述,有助于广大能源工作者和社会各界深入理解能源互联网的知识,积极推进能源互联网的建设和发展。 

    ——国家气候变化专家委员会副主任、清华大学原常务副校长  何建坤

     

          本书的出版凝聚了我国能源领域众多专家的汗水,将对读者认知能源互联网带来极大帮助。由于能源互联网的发展是以可再生能源为优先,所以本书的出版也将对推进当前我国可再生能源的发展提供帮助。可再生能源的发展已成为一种不可逆转的趋势,对于推动能源革命、应对气候变化的挑战和治理雾霾都有重要意义。 

    ——原国务院参事、中国可再生能源学会理事长  石定寰

     

          本书充分展示了互联网理念和技术对能源系统的改变和颠覆。通过将互联网的“自由多边、广泛参与、信息对称和用户体验”的理念与传统能源的发、送、配、用的全流程管理融合起来,将对能源行业现有的产业结构、商业模式、技术体系和利用效率带来巨大的变化。本书对能源领域和互联网领域的从业者都将是很好的参考。 

    ——世纪互联集团创始人、董事长  陈升

     

          当前,以能源互联网发展为代表的能源革命正在引领新的产业革命浪潮。能源互联网旨在推动能源系统与互联网生态的深度融合。这是互联网发展到与产业相结合的必然,也必将催生能源领域的创新浪潮,为创业和投资提供一片热土。本书得益于各位参编专家的深厚功底,不仅为能源行业,也为互联网行业和投融资等行业提供了一份能源互联网的全景资料。 

    ——百度前投资总监  汤和松


    本书编委会

    主编:

    曾  嵘  清华大学能源互联网创新研究院院长

     

    副主编:

    高  峰  清华大学能源互联网创新研究院常务副院长

    屈  鲁  清华大学能源互联网创新研究院博士后

    陈启鑫  清华大学能源互联网创新研究院副院长

    高文胜  清华四川能源互联网研究院常务副院长

    欧振旭   清华大学出版社特邀编辑 

     

    编委(按姓氏笔画排序):

            马君华  史翊翔  孙宏斌  孙捷  刘建明  刘敦楠  何继江  余占清  张靖  张涛  吴辰晔  林今  欧文凯  周庆捷  果岩  杨浔英  赵争鸣  郑泽东  洪涛  胡军  彭澎  胡泽春  夏清  郭庆来  郭焦锋  柴麒敏  康重庆 曹军威  曹寅  程林  温琳   慈松  廖宇


  • 本书推出的背景:

    第三次工业革命正在世界范围内发生

    能源互联网是第三次工业革命的核心之一

    能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑

     

    本书特色:

    由国家能源局主导

    清华大学能源互联网研究院组织

    能源领域58位专家和学者参与编写

    全面介绍能源互联网的发展现状及进展

    系统阐述能源互联网的发展战略、关键技术、实践应用和机制模式

    展望与解读未来十年中国能源互联网发展的路线图。



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  • 目录

    第1篇 战略篇(5个专题)

    能源互联网引论

    能源互联网与能源大数据战略

    能源互联网与智能制造

    能源互联网与智慧城市

    能源互联网与国家能源安全

    第2篇 技术篇(15个专题)

    能源互联网关键技术概述

    多能协同的规划设计

    信息物理能量系统:能量和信息融合技术

    能源与信息基础设施的协同

    能源与信息基础设施的协同

    新型能源网络-直流电网

    能源互联网与新能源消纳

    能源互联网与全成本电价

    能源互联网下的信息与计算

    能源转化的关键设备-热电气冷,与可再生能源协同史翊翔

    ICT与能源互联网

    能源互联网+ICT

    能源互联网标准

    让能源无处不在——无线电能传输技术及其应用

    能源互联网与绿色交通

    第3篇 应用篇(14个专题)

    美国能源互联网的实践

    能源互联网与“全民光伏战略”

    能源互联网与风电光伏智能管理

    能源互联网与分布式储能

    能源互联网与集中式储能

    车电分离、自主换电

    能源互联网与电动汽车发展

    能源互联网与氢经济

    能源互联网与电力需求侧管理

    能源互联网与虚拟电厂

    能源互联网与碳交易

    能源互联网的实施效益评估

    天然气分布式能源:“互联网+化石能源“的先行者

    多能协同的新一代能源网络

    第4篇 机制篇(10个专题)

    支撑能源互联网的市场机制

    能源互联网与能源体制机制改革

    能源互联网商业模式与实现

    能源互联网的市场形态和商业价值链革命

    欧洲能源互联网的发展

    能源互联网催生天然气新业态

    “互联网+”煤炭:行业供给侧改革新平台

    当“卖油郎”牵手“互联网+”

    培育绿色能源灵活交易市场模式 ...

  • 本书推出的背景:

    第三次工业革命正在世界范围内发生

    能源互联网是第三次工业革命的核心之一

    能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑

     

    本书特色:

    由国家能源局主导

    清华大学能源互联网研究院组织

    能源领域58位专家和学者参与编写

    全面介绍能源互联网的发展现状及进展

    系统阐述能源互联网的发展战略、关键技术、实践应用和机制模式

    展望与解读未来十年中国能源互联网发展的路线图。

  • 能源互联网引论

    清华大学  曾嵘
    1  引言
    能源是人类生存和发展的重要基石,是社会经济运行的动力和基础。每一次工业革命都离不开能源类型和使用方式的革新,推动着人类社会的发展和进步。目前,第三次工业革命正在世界范围内发生,而能源互联网是第三次工业革命的核心之一,是未来能源行业发展的方向。
    发展能源互联网将从根本上改变对传统能源利用模式的依赖,推动传统产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业转变,是对人类社会生活方式的一次根本性革命。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出,“将推进能源与信息等领域新技术深度融合,统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设,建设‘源-网-荷-储’协调发展、集成互补的能源互联网”。当前我国正处在能源革命的关键时期,国家能源局《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》的发布,将在能源技术、生产、供应等多个环节激发“链式变革”,是推动我国能源革命的必然选择。
    2  能源互联网的发展动态与现状
    能源互联网作为当前国内外一个全新的研究热点,多个国家的科研机构已经开展了初步的研究工作,以力图在此次技术革命中占领先机,并取得一定成果。
    2.1  国外能源互联网的发展动态与现状
    2004年The Economist发表了Building the Energy Internet,首次提出建设能源互联网,通过借鉴互联网自愈和即插即用的特点,将传统电网转变为智能、响应和自愈的数字网络,支持分布式发电和储能设备的接入,以减少大停电及其影响。此后国际上针对能源互联网进行了广泛的研究,着力研究下一代能源系统。2011年,美国学者杰里米•里夫金在其著作《第三次工业革命》中提出能源互联网是第三次工业革命的核心之一,使得能源互联网被更多人关注,产生了较大影响。下面对欧盟、美国、日本等提出的能源互联网构想和相关项目进行介绍、分析。
    2008年12月德国联邦经济和技术部发起了一个技术创新促进计划,以信息通信技术(Information and Communication Technology,ICT)为基础构建未来能源系统,着手开发和测试能源互联网的核心技术。之后,德国联邦政府发起E-Energy,并将其作为国家性的“灯塔项目”,旨在推动基于ICT技术的高效能源系统项目, 致力于能源的生产、输送、消费和储能各个环节之间的智能化。
    2011年欧洲启动了未来智能能源互联网(Future Internet for Smart Energy,FINSENY)项目,该项目的核心在于构建未来能源互联网的ICT平台,支撑配电系统的智能化;通过分析智能能源场景,识别ICT需求,开发参考架构并准备欧洲范围内的试验,最终形成欧洲智能能源基础设施的未来能源互联网ICT平台。
    Vision of Future Energy Networks项目由瑞士联邦政府能源办公室和产业部门共同发起,其重点是研究多能源传输系统的利用和分布式能源的转换和存储,开发相应的系统仿真分析模型和软件工具。该项目提出未来能源互联网包含两个元素,一是通过混合能源路由器(hybrid energy hub)集成能源转换和存储设备;二是通过能源内部互联器(energy interconnector)实现不同能源的组合传输。
    2008年,美国国家科学基金项目在北卡州立大学启动“未来可再生电能传输与管理系统”(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management System, FREEDM),并建立了FREEDM系统研究院,由17个科研院所和30余个工业伙伴共同参与。该项目重点研究适应高渗透率分布式可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统,并称之为能源互联网(energy internet)。FREEDM项目的核心在于将电力电子技术和信息技术引入电力系统,效仿通信网络中路由器的概念,提出能源路由器的概念并实施初步开发,以希望在未来的配电网层面构建能源互联网,实现分布对等的系统控制与交互。
    2010年,日本启动“智能能源共同体”计划,开展能源和智能电网等领域的研究。2011年,日本开始推广“数字电网”计划,该计划是基于互联网的启发,构建一种基于各种电网设备的IP来实现信息和能量传递的新型能源网。通过提供异步连接、协调局域网内部   以及不同局域网系统的数字电网路由器,并将其与现有电网及互联网相连,通过相当于    互联网地址的“IP地址”识别发电设备及用电设备在内的装置,由此进行统筹管理与能量调度。
    由上,尽管各方认知方式的侧重点有所不同,但都是将互联网技术运用到能源系统,把一个集中式、单向的、生产者控制的能源系统,转变成大量分布式辅以较少集中式的新能源与更多的消费者互动的能源系统,以提高可再生能源的比重,实现多元能源的有效互联和高效利用。
    2.2  国内能源互联网的发展动态与现状
    早在20世纪80年代,清华大学前校长高景德便提出了CCCP(现代电力系统是计算机、通信、控制与电力系统以及电力电子技术的深度融合)的概念。近年来,国内快速发展的智能电网也不断强调信息技术与现代电网的紧密结合。2012年8月首届中国能源互联网发展战略论坛在长沙举行,对能源互联网概念进行了初步介绍。2013年12月,北京市科委组织“第三次工业革命”和“能源互联网”专家研讨会。2014年2月,国家能源局委托江苏现代低碳技术研究院开展“能源互联网战略研究”课题。2014年6月,中国电力科学研究院牵头承担国家电网公司基础前瞻性项目“能源互联网技术架构研究”,着力构建未来能源互联网架构,搭建相应的能源互联网研究平台。中国科学院学部开展 “我国新一代能源系统战略研究”课题,提出了新一代能源系统的理念。
    随着党的十八大提出能源革命战略、2015年政府工作报告推出“互联网+”行动计划,能源与互联网正不断实现深度融合,极大地促进了国内能源互联网的发展。2015年4月,国家能源局首次召开能源互联网工作会议。2015年4月,由清华大学发起并组织,以“能源互联网:前沿科学问题与关键技术”为主题的香山科学会议在北京香山饭店召开,为我国能源互联网的发展建言献策,在国内外产生了重要影响。2015年6月,国家能源局开展“国家能源互联网行动计划战略研究”,并将其作为国家“互联网+”行动计划的重要载体,由清华大学牵头承担其中能源互联网的形态特征、关键技术和技术标准、商业模式、效益评价等5个重点课题。2016年2月,国家发改委、能源局、工信部联合发布国家能源互联网纲领性文件《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,提出了能源互联网的路线图, 明确了推进能源互联网发展的指导思想、基本原则、重点任务和组织实施。2016年3月,国家“十三五”规划纲要明确提出“将推进能源与信息等领域新技术深度融合,统筹能源与通信、交通等基础设施网络建设,建设‘源-网-荷-储’协调发展、集成互补的能源互联网”。2016年4月,国家发改委、能源局正式发布《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》,为未来我国能源互联网技术的发展制定了行动计划。目前,中电联(中国电力企业联合会)牵头并组织清华大学等高校和科研机构正在开展国家能源互联网系统标准的制定。
    此外,清华大学、国防科技大学、华北电力大学、天津大学、中国电力科学研究院等高校与科研机构,从能源互联网的基本概念及形态、发展模式及路径、技术框架及拓扑、关键技术分析等方面展开了广泛的研究。
    从目前的情况来看,能源互联网已经受到了国内各级政府和研究机构的高度重视,能源互联网的理念与技术也已在国内引起了越来越广泛的关注,正逐渐由以基础性研究为主的概念阶段向以应用性研究为主的起步阶段转变。



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