能源互联网

《能源互联网》全面介绍了能源互联网的基本概念、技术原理和应用场景。《能源互联网》共分5部分内容，第1部分为概述；第2部分为能量层，包括：多能存储、多能转换、电能路由器、无线电能传输与能量WiFi、直流配电网、电动汽车及其与电网互动、综合能源系统；第3部分为信息层，包括：能源互联网中的传感器网络、能源互联网中的信息通信技术及其应用、信息物理系统、能源虚拟化与能量信息化、能源互联网中的大数据、多能协同能量管理平台、分布式自律调控、能源互联网的自愈与保护、能源互联网区块链；第4部分为价值层，包括：能源互联网的市场机制、基于“互联网+”的商业模式、虚拟电厂、需求响应；第5部分为政策与示范，包括：能源互联网政策、园区能源互联网综合示范、城市能源互联网综合示范。

前　　言

能源互联网是能源系统和互联网深度融合的产物，是以电力为枢纽和平台的新一代能源系统，是当前国内外学术界和产业界关注的焦点与前沿技术领域，其目标是构建绿色低碳、安全高效和开放共享的能源生态，是支撑我国能源革命的变革性技术之一。

能源行业是国民经济的核心支柱产业，关乎国家安全和民生。2014年我国提出了能源革命战略。然而，在传统的能源系统中，存在阻碍良好能源生态形成的多种壁垒，成为我国能源革命战略实施的重大瓶颈。在各类壁垒中，不但有技术壁垒，还有商业和市场壁垒，更有体制和机制壁垒。能源互联网的使命就是突破各种各样的壁垒，促进能源系统更好地互联互通和开放共享，释放能源领域的先进生产力和创新力。尤其在我国，化石能源占比和单位GDP能耗居高不下，能源生产和消费不可持续，能源生态亟待改善，迫切需要发展能源互联网，最大限度地开发利用可再生能源，提高能源安全水平和综合利用效率，降低用能成本，推进电力能源市场化改革向纵深发展。

近年来，我国能源互联网蓬勃发展，2016年，国家三部委联合发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，2017年，国家能源局启动了首批55项国家级能源互联网示范工程项目，国家科技部和国家自然科学基金委也支持了一批重点科研项目。2018年，国家电网公司提出了建设世界一流能源互联网企业的目标，2019年，全面部署和快速推进能源互联网工程建设。南方电网和各发电集团公司均提出了相应的能源互联网战略。能源互联网已成为我国经济和社会发展的重大需求。

撰写本书的动因最早追溯到我在2014年发起申请的能源互联网香山科学会议，该会议于2015年4月21～23日召开，由周孝信院士、韩英铎院士、程时杰院士、李立浧院士和我共同担任执行主席，50余位能源电力、信息技术和科技管理领域的海内外著名专家学者参加了会议。我迄今依然清晰地记得，当时专家们汇聚在北京香山饭店，就能源互联网的前沿科学问题与关键技术，进行了整三天的热烈研讨，倾心倾情为我国能源互联网的发展建言献策，成为我国能源互联网发展史上的一项里程碑式的事件。

在香山科学会议之后，考虑到能源互联网属于新生事物，学科交叉性强，涵盖了电力、能源、信息、交通、经济和管理等多学科领域。因此，无论是学术界，还是工业界，都迫切希望有一本系统阐述能源互联网的书籍，不少专家朋友也为此向我提出写书建议，本书就在这样的背景下开始进入了酝酿阶段。

但是，也正因为能源互联网的新颖性和学科交叉性，本书的编写面临巨大挑战。经过与科学出版社商量，决定集结各技术方向的一线专家团队们一起，进行集体攻关和编写。2016年9月25日，在清华大学召开了第一次研讨会，邀请了相关方向的40余位专家，就本书的定位、结构和内容，进行了深入研讨，并进行了分工，正式启动了整个写作过程，迄今已三年有余。

值得一提的是，在本书的编写过程中，同步推进了几件有助于能源互联网领域发展的事情，对本书的编写有所裨益，包括：2017年我发起召开了每年一届的IEEE能源互联网与能源系统集成(IEEE EI2)会议，2018年发起成立了中国电机工程学会能源互联网专委会，同年还发起成立了IEEE PES能源互联网工作组，期望在总体上更好地把握国内外能源互联网的概念范畴、技术形态和发展趋势。三年多来，能源互联网的三大研究方向逐渐清晰，分别形成了能源互联网的三层结构，即：①能量层：打破物理壁垒，利用互联网思维改造传统能源系统，构建电/热/冷/气/交通等综合能源系统，发展多能存储、多能转换、能量路由、能量集线和能量WiFi等基础设施，打造类互联网能源网络，促进能量更好地互联互通；②信息层：打破信息壁垒，将物联网、大数据、云计算、人工智能和区块链等互联网技术应用到能源系统中，打造“互联网+”智慧能源，促进能源资源的数字化和开放协同。③价值层：打破商业和市场壁垒，打造基于互联网的能源共享经济，创新商业模式和市场机制，促进能源互联网的共建共享共赢。

即便如此，在整个编写过程中，我个人，乃至整个编写组的专家老师们，心里依然十分忐忑。一方面希望本书早点出版，与读者见面，尽早为我国能源互联网发展贡献绵薄之力；另一方面又担心在方向上出现偏差，质量不高，误导读者。因此，在整个三年多的编写过程，我们的心情可以用“战战兢兢，如履薄冰”来形容。编写组专家们反复审阅、互审和修订，据不完全统计，本书编写组秘书与编写专家们往来的邮件超过1000封，每章平均进行了约5轮的修订。

本书是编写组全体专家们集体智慧和心血的结晶，系统地阐述能源互联网的基本概念、技术原理和应用场景。主要特点包括：①每章均由该方向的一线专家团队编写，期望具有一定权威性；②每章的技术原理与其应用场景紧密结合，全书最后还介绍了园区级和城市级的综合示范。全书分为五部分共24章，第一部分概述；第二部分能量层，包括多能存储、多能转换、电能路由器、无线电能传输与能量WiFi、直流配电网、电动汽车及其与电网互动、综合能源系统；第三部分信息层，包括能源互联网中的传感器网络、能源互联网中的信息通信技术及其应用、信息物理系统、能源虚拟化与能量信息化、能源互联网中的大数据、多能协同能量管理平台、分布式自律调控、能源互联网的自愈与保护、能源互联网区块链；第四部分价值层，包括能源互联网的市场机制、基于“互联网+”的商业模式、虚拟电厂、需求响应；第五部分政策与示范，包括能源互联网政策、园区能源互联网综合示范、城市能源互联网综合示范。

各章的编写人员详见编写组名单，由我负责全书的总体设计和统稿审定。衷心感谢周孝信院士在百忙之中对本书进行了细心审阅，提出了很多宝贵意见和建议，并亲自为本书作序。衷心感谢张伯明、汤广福、穆刚、饶宏、曹一家、梅生伟、严正、谢开等专家教授们深度参加了本书的审阅，提过了许多宝贵的修订意见和建议。

同时特别需要提到的是，我实验室的博士后徐波作为本书编写组的秘书，全程参与了本书编写的组织和编校工作，投入巨大，做出了重要贡献。同时也要感谢我实验室的多位研究生，在全书的编校过程中做出了贡献。在成书过程中，还得到了参加能源互联网香山科学会议的众位院士专家们的关心和大力帮助，担心挂一漏万，在此就不一一列举了，您们的支持和帮助将永远铭记在编写组的心中。

能源互联网的发展还处于初级阶段，其概念尚在发展演变之中，甚至可能还有一些争议，商业模式上可持续的应用案例也刚刚起步。限于水平，本书内容中肯定有很多不妥甚至错误之处，与读者们的期望相去甚远，敬请读者们批评指正。

感谢国家重点研发计划项目(2016YFB0901300、2017YFB0903000、2018YFB0905000)、国家自然学科基金重点项目(51537006)的资助。

孙宏斌

2019年11月29日