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今天带给大家的是华南理工大学电力学院陈皓勇, 美国圣路易斯华盛顿大学Olin商学院张付强, 关于能源电力领域的共享经济模式的详细内容, 敬请品读。

能源互联网——能源电力领域的共享经济模式

陈皓勇(华南理工大学电力学院)

张付强(美国圣路易斯华盛顿大学Olin商学院)

在美国华盛顿特区经济趋势基金会总裁杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)的名著《第三次工业革命》(英文版书名The Third Industrial Revolution: How Lateral Power Is Transforming Energy, the Economy, and the World)中, 作者为我们描绘了一个宏伟的蓝图：数亿计的人们将在自己家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源, 并在“能源互联网”(Energy Internet)上与大家分享, 就好像现在我们在网上发布、分享消息一样。当前, 能源互联网已成为我国能源电力领域学术界与工业界关注的热点, 国家能源局近日已正式确定《能源互联网行动计划大纲》和12个支撑课题, 在这些成果基础上起草的能源互联网行动计划将于年底前完成。清华大学也成立了能源互联网创新研究院。对于能源互联网的概念及相关技术, 国内外学者已从技术和管理的角度进行了多方面的论述, 本文仅从共享经济(Sharing Economy)的角度进行探讨。

1何为共享经济模式

共享经济可以采取多种不同形式, 通过免费或收费的方式, 将资产或服务在个人之间进行共享。特别是运用信息技术为个人、企业、非营利组织和政府提供服务, 通过闲置资产和服务的再分配、共享和重复利用实现资源优化。在共享经济中, 拥有闲置资源的机构或个人有偿让渡资源使用权给他人, 让渡者获取回报, 分享者利用分享他人的闲置资源创造价值。共享经济这个术语最早可溯源于美国伊利诺伊大学社会学教授Marcus Felson 和 Joe L. Spaeth 1978年提出的协同消费(Collaborative Consumption)概念。共享经济现象却是在最近几年引起广泛关注的, 其主要特点是：包括一个由第三方创建的、以信息技术为基础的市场平台, 这个第三方可以是商业机构、组织或者政府, 个体借助这些平台交换闲置物品, 分享自己的知识、经验, 或者向企业、某个创新项目筹集资金。

共享经济模式中最具代表性的是交通行业的Uber, 和旅游住宿业的Airbnb。Uber通过手机预约出租车、私家车或与他人拼车, 几分钟内便可帮顾客与司机取得联系。作为全球最大的出租车公司, Uber不拥有一部车, 而是打造了一个共享经济的平台。Uber商业模式的核心是, 一个人一天内可能仅仅1个小时甚至更少的时间使用汽车, 而理论上一辆车可以使用24小时。当Uber把这些汽车的“闲置产能”利用起来后,其威力就强大无比。Uber五年内迅速在全球250个城市扩张。至2015年2月底目前共享经济模式, 公司估值超过400亿美金, 远远大于包括Delta、美国航空公司在内的传统航空公司。AirBnb是一家联系旅游人士和家有空房出租的房主的服务型网站, 可以为用户提供各式各样的住宿信息。它没有自己的酒店和服务员, 但却是全球最大的网络酒店连锁, 平均每晚的客流高达425,000人, 比希尔顿在全球的交易高出22%, 其核心也是使用了闲置房间的资源。

2能源电力领域实现共享经济的可能性

里夫金在英文版The Third Industrial Revolution第4章Distributed Capitalism中清晰地提到Collaborative Economy(协同经济或协作经济)的概念。在能源互联网中, 分布式可再生能源(太阳能、风能、水力能、地热能、生物质能、波浪能和潮汐能等)在千千万万个分散的地点被收集起来,并且通过智能电网彼此共享目前共享经济模式, 以维持社会能源供给与可持续经济发展。这些分布式可再生能源大部分是免费的, 并且采取彼此平等协作的形式而不是垂直的控制机制。这种新的扁平化的能源体制将带来一场新的分布式和协作式的工业革命, 并形成财富的分布式共享, 促使能源生产与利用的民主化。与此同时, 商业模式也发生变化, 买卖双方对立的关系被生产者和用户的平等协作关系取代, 买方同时也是卖方, 个体利益包含在共享利益中。在随后出版的著作《零边际成本社会》(英文版书名The Zero Marginal Cost Society: The Internet of Things, the Collaborative Commons, and the Eclipse of Capitalism)中, 里夫金就相关思想进行了进一步阐述。他预言, 随着互联网的大规模普及应用, 许多领域商品与服务的生产销售成本将趋近于零, 从而人类进入“零边际成本社会”。在能源互联网中, 除研发和部署的固定成本外, 可再生能源的发电成本趋近于零。

应该说里夫金所描述的场景并非天方夜谈。目前, 能源互联网发展所依赖的技术与管理基础都在快速发展, 有的已经趋近成熟, 如可再生能源发电技术、智能电网技术、信息互联网技术与电力市场机制等。就可再生能源发电成本来说, 在风资源条件好的地区, 陆上风电已经可以与新建常规电源相竞争了, 某些地区风电度电成本低于5美分/kWh。太阳能是发电成本下降幅度最大的可再生能源。自2009年以来, 太阳能光伏组件成本下降75%, 住宅太阳能光伏系统发电成本较之2008年下降70%。在未来3-4年内, 太阳能发电成本有望再降40%。可再生能源广泛接入的条件已经具备。能源互联网的一个重要特征是实现能源共享, 因此不同于传统的大规模、集中式与垂直控制的电力系统发展模式, 离不开全社会的广泛参与, 也将更加注重小型化、分布式和平等协作的发展趋势。在能源互联网中, 电力用户不再是一个被动的角色, 同时也是电源, 可以与其他用户分享多余的电力。目前分布式电源、微电网、主动配电网等技术的发展为用户侧参与准备了条件。由于能源互联网不仅仅是一个技术概念, 更多地指能源电力领域的共享经济模式, 需要在能源、电力体制深度变革的基础上完成。

3能源互联网实现所需要的技术与商业基础

本文认为实现能源互联网、建立能源电力领域共享经济模式的关键是, 在现有的可再生能源发电与智能电网技术的基础上, 进一步建立信息互联、物理互联与商业互联。

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现有技术基础

从前面的分析可以看出, 在能源互联网中, 可再生能源发电扮演了一个关键的角色, 这不但因为它是普通用户所能够拥有和实现共享的发电资源, 也是因为它具有“零边际成本”的特点, 还因为它是解决能源环境危机的重要手段。而智能电网技术作为接纳可再生能源和实现电能双向流动、灵活控制的重要支撑平台, 也是建立能源互联网的物理基础。当前国家高度重视配电网和微电网发展, 国家能源局相继出台《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》、《配电网建设改造行动计划(2015—2020年)》, 投巨资进行配电网/微电网建设和改造, 无疑将为能源互联网的发展打下良好基础。

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未来发展趋势

1. 信息通信技术

类似于Uber和Airbnb, 要实现能源的共享经济, 必须建立供需双方信息沟通的平台, 即实现信息互联, 而这必须基于信息互联网技术来实现。由于能源电力生产、传输和利用的实时性更强, 也需要采用先进传感/测量技术来获取实时数据和状态。德国联邦经济和技术部(BMWi)发起了一个名为E-Energy的技术创新促进计划(2008年发起, 2013年完成), 建立以信息通信技术(ICT)为基础的未来能源系统, 促成整个能源价值链内更大的透明度和更激烈的竞争, 可看成能源互联网的雏形。

2. 多种能源形式互联与综合利用的理论与技术

在能源与环境危机的背景下, 多种形式能源的综合利用已成为必然的趋势, 能源互联网不仅要实现电能生产者和消费者之间的共享, 也要建立电能与其他能源形式(如热能、化学能)之间的互联和共享, 及实现物理互联, 因此相关理论与技术还需要深入研究。工程实际中能源的生产、传输和利用大多采用网络化的方式进行, 如电网、热网、燃气网等, 其中电能被公认为最便于联网的能量形式。借鉴信息互联网的构成原理与方式, 在电网络理论的基础上, 也可建立涵盖多种能量形式的能量网络的基本理论, 并研发相应装置与设备。分布式供能系统(如冷热电三联供CCHP系统)将成为多种能源形式综合利用的关键手段之一。

3. 电力(能源)市场机制与共享经济模式

由于能源互联网的关键在于实现能源电力的共享经济模式, 因此建立市场机制、实现商业互联至关重要。市场的关键在于赋予供需双方自由竞争、自由选择的权利。世界各国(如美国、英国、德国、北欧四国等)都已成功实施电力市场改革。我国也正在积极推动能源生产和消费革命, 构建有效竞争的市场结构和市场体系。中共中央和国务院发布了《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》, 并先后确定在深圳、蒙西、湖北、安徽、宁夏、云南、贵州七个省区开展以输配电价改革和售电侧市场开放为重点的试点, 打破电网垄断, 建立发电与售电的商业互联。随着改革的不断推进和深化, 在能源电力领域建立共享经济模式的条件也将越来越充分。

主要作者及团队介绍

陈皓勇, 教授, 博士生导师, 华南理工大学电力经济与电力市场研究所所长, 国家优秀青年科学基金获得者, 教育部新世纪优秀人才, IEEE高级会员。1995年本科毕业于西安交通大学电力系统及其自动化专业；2000年博士毕业于西安交通大学电力系统及其自动化专业；2000年至2006年, 任西安交通大学电力工程系讲师、副教授；2006年至今, 任华南理工大学电力学院教授(博士生导师)。2007年2月至2007年5月、2008年7月至2008年8月、2012年12月至2013年1月、2015年3月至今, 分别任香港理工大学、澳大利亚昆士兰大学、美国哥伦比亚大学和美国圣路易斯华盛顿大学访问教授(学者)。兼任IEEE－PES亚太电力与能源工程国际会议技术委员会主席(2013/2014年)、国家科学技术奖励评审专家、中国博士后科学基金评审专家等职。

以复杂(大规模、随机性、分布式、网络化)电力(能源)系统建模、分析、优化与控制为核心学术方向, 长期从事电力系统规划、运行与控制, 电力技术经济与管理, 新能源并网和智能电网技术等领域的教学、基础前沿研究和产业化工作。近年来主持了国家自然科学基金、863项目等国家级项目5项, 省部级重点项目2项, 其中包括：国家优秀青年科学基金项目“含高渗透率间歇式能源的电力系统鲁棒调度理论及方法”, 国家自然科学基金项目“基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究”, 国家高技术研究发展计划(863 计划)“先进能源技术领域智能电网关键技术研发”重大项目“多类型新能源发电综合消纳的关键技术”(子题), 国家自然科学基金青年基金项目“电力系统运行方式优化和综合资源规划的协同进化算法”, 国家社会科学基金青年基金项目“电力市场交易制度的实验经济学研究”, 教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目“风电大规模并网条件下电力系统优化调度理论及方法”, 教育部科学技术研究重点项目“含大型风电场的电力系统安全约束机组组合模型及算法研究”等。另外作为主要研究人员参与了10余项国家和省部级项目研究。近年来发表SCI、EI论文150余篇, 所发表论文被国内外电力系统、人工智能、经济管理和量子物理等不同领域的科研人员引用2500余次。所参与的研究“电力系统的运行与规划的最优决策模型及方法研究”获教育部高等学校科学研究自然科一等奖。

作者所在华南理工大学新能源发电与并网技术研究团队, 目前已经拥有风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室、广东省绿色能源技术重点实验室、广东省风电控制与并网工程实验室和广东省电力工程技术研究开发中心4个国家和省部级重点科研平台, 是我国华南地区智能电网与新能源相关技术领域研究的主要力量。近年来承担国家自然科学基金、973计划、863计划、广东省重大科技专项和企业合作项目等100余项, 一批产品已通过质量检验并上市销售, 在产业界有重要影响。该研究团队与清华大学、西安交通大学、华北电力大学、南方电网科学研究院和海南电网公司等单位紧密合作, 努力攻克多类型新能源发电综合消纳的关键技术, 主要探索和解决新能源及储能装置的建模应用, 间歇性能源接入电网规划建设, 绿色调度互补运行, 继电保护自动装置, 稳定控制系统和防御与应急系统等一系列关键技术问题。已在海南建成了全国第一个含多类型新能源的弱联电网示范工程, 完成了电网规划、运行和保护、安稳等各方面的技术集成和示范应用。

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