从“云计算”到“云能源”：云时代的能源变革

管清友

“云计算”是一种新的网络应用模式，其核心思想是将爆炸式的互联网信息数据资源统一管理和调度，构成一个资源池向用户提供服务。其中，提供资源或服务的网络被称为“云”。在“云计算”模式下，资源或服务是可以无限扩展，随时获取，按需使用，随时扩展，按使用付费。互联网的精神实质是参与、自由、平等和分享。例如，以往，信息由生产者（媒体）提供，强调生产者主权；互联网时代，网络就是传媒，网页就是出版物。信息数据不仅由媒体提供，也由作为信息使用者的大众来提供，人人都是信息生产者，生产者与消费者是平等的，生产者主权和消费者主权两者并重。

从经济学角度来看，“云计算”的成功有三个因素：一是技术的进步，拓展了原有的IT基础设施，实现了传统计算机技术和网络技术发展的融合；二是商业模式的创新，借助SaaS（软件即服务）、PaaS（平台即服务）、IaaS（基础设施即服务）等先进的商业模式实现了商业化；三是强调消费者主权，生产以用户需求和选择为导向，服务方式以分布式、交互式服务为核心，互联网上的软件、硬件都服务于消费者。

“云计算”的演变和发展给现代能源工业发展带来了启示。如果将互联网精神和“云计算”模式引入到了能源行业，有可能会推动能源技术进步乃至能源工业的变革。目前，“云电力”、“云能源”的概念业已由国内专家提出，但尚无统一、清晰的定义。我个人理解，“云能源”就是通过网络化、智能化的能源网对各种形式的能源资源进行管理和调度，形成一个能源资源池向用户提供服务。“云能源”是整个能源工业生产和消费方式的变革，不仅仅是传统电网的智能化。在“云能源”时代，各种能源形式自由地接入能源系统，不同消费者可以共享能源服务，能源供应不仅强调能源生产者的供应职能，同时也强调消费者主权，人人都能够成为能源生产者，生产者与消费者实现了平等。

“云能源”有几个基本特征：能源生产模式的分布式和共享性；能源传输方式的智能化和集成化；能源传输体系的模块化和并行化；能源接入的自由化和标准化；能源消费的互动式和个性化。

能源生产模式的分布式和共享性。随着分布式能源系统的发展，能源生产不仅仅是能源企业的“专利”，能源生产者越来越“草根化”。在传统化石能源时代，能源供应依靠集中生产、集中配置，一般消费者很难参与能源生产过程，只能“被动”消费。随着可再生能源的跨越式发展以及大规模储能技术的进步，能源消费者也可以生产能源或拥有能源资产。即便是在传统的油气勘探开发领域，由于非常规油气资源（页岩气、煤层气、致密砂岩气、生物沼气等）的分布更加分散，不像常规油气资源那样大规模集中在某一地区，因此，以分布式开发和本地化利用为特征的分布式能源系统将取代以集中生产和被动消费为特征的传统能源系统。普通家庭和个人将不再单纯是能源的消费者，同时也成为能源的生产者和销售者。正如个人微型计算机的普及并逐渐取代巨型计算机的统治地位一样，或许在不远的将来，分布式能源将取代集中式能源供应，成为未来能源工业发展的主力军之一。届时，区域、社区、企业甚至建筑物内的能源供应将实现共享，能源交易将频繁发生。例如，通过分布在用户端的热、电、冷联合循环系统，可以在发电的同时利用余热余压供暖、制冷、提供热水等，大大提高能源利用效率。虽然个人和单个设备的能源生产能力有限，但当每一个企业、每一栋建筑、每一个家庭都能参与可再生能源生产的时候，整个能源系统和传统的能源生产消费方式将被彻底改变。

能源传输方式的智能化和集成化。风电和光伏发电为代表的可再生能源属于间歇性能源，受自身物理特性和天气等因素影响很大，发电出力不稳定。因此，在开放和互联的信息交互共享模式基础上，实现可再生能源电力传输的智能化、集成化至关重要。IBM提出了“高精度清洁发电预测解决方案”，可以对微观区域内云层、降雨量、风速、风向、气压、温度等作出快速和准确的预报。基于天气预报结果，同时结合电厂布局、机组特性和历史数据，实时预测风机处理和光伏发电功率，从而提高风力、光能发电的可靠度，增强电网接入的稳定性。不过，在储能技术和电网传输技术出现革命性进步以前，可再生能源对电力的贡献仍将处于辅助性地位，稳定的、非间歇的能源仍是电力供应的主体。光电缆的发展将为“云能源”时代的能源传输奠定物理基础。光电缆是将金属导线和光纤有机的结合起来，同时、同路、同走向传输电能与光信息的一体化传输介质，实现电力流、业务流、信息流的一体化融合。由光电缆为代表的传输介质组成光电网，以光电网为基础可以实现电力网、信息网、传感网、计量网、保护网、控制网、视频网等的集成化，在智能化基础上实现多网合一。

能源传输体系的模块化和并行化。实现了智能化、智慧化和介质革命的交互式电网（或智能电网）是“云能源”的物质基础，也是未来全球电网的基本模式。我把它称之为“云电网”，以区别于今天我们看到的“智能电网”。“云电网”是在物理电网之上，建立基础信息沟通平台，将相关的设备、装置、系统、用户、员工、电能等互动起来。通过对需求侧的随需访问和智能分析，从而实现更智慧、更科学、更优化的电网运营管理，以实现更高的安全保障、更可控的节能减排和可持续发展的目标。“云电网”不是由统一的骨干电网和微网组成，而是各个地区性、区域性、局部性的电网模块并联，构成坚固、互补、灵活的电网系统。各个模块电网自成一体，并行运行，不同模块电网之间的电力可以交易，功率不足可以从其他模块电网回流电力。就像Web3.0之下，信息数据可以在不同模块之间进行搜索、交换，也可以通过第三方信息平台同时对个来源的信息进行整合使用。“云电网”在创建开放的系统和共享的信息模式基础上，整合系统中的数据，从时间、机构、电价类型、用电类型等角度对用电量、售电量、用电负荷等指标进行全面分析，发现各行业用电量的构成特点，企业生产经营活动基本态势，为科学地进行电力需求预测和电力投资决策提供合理的依据，最终实现能源替代和兼容利用。

能源接入的自由化和标准化。“云电网”既要适应大型电源基地的接入,还要适应各类分布式电源地接入;除了考虑分层分区的电源接入,还要考虑分散式接入。同时,未来电网在规范电源接入技术要求和功能后,将具备稳定、无缝、无扰、自动地接入电源的能力。在“云电网”中，微电网模块是规模较小的分散的独立系统，其既可以孤立运行也可以与大电网并网运行。微网中分布式能源主要用于区域内部负荷的供能，通过建立区域能源中心向特定建筑群（如学校、医疗中心、商业中心等）提供能源。微网模块将燃气轮机、风电、光伏发电、燃料电池、储能设备等分布式能源并在一起，直接接在用户侧，实现建筑物之间、企业之间的连接和能源共享。而通过公共的标准化的模型和接口实现电网模块之间连接进行能源交换，避免了传统的微网与骨干电网直接连接而给骨干电网造成冲击。即便是较大的电网模块，也可以不再考虑可再生能源功率输出不稳定的冲击，实现了电网的即插即拔和自由互动。能源接入的自由化和标准化使得各种可再生能源自由接入不同电网模块，将显著增加清洁能源在能源供应中的比重。同时，不同大小的电网模块之间标准化接入可以实现互为备用，保证接入后电网的安全运行和调度。

能源消费的互动式和个性化。“云能源”消费系统（如汽车、热力系统等）将以电力为基础，终端能源将逐步以电力为主。传统的电力供应由发电企业发电，电网公司进行送电和配电管理。整个能源生产消费过程是集中的、封闭的、刚性的，用户基本上没有什么太多的选择能力。智能电表改变了传统的电力供应方式，实现了能源消费的互动式和个性化。通过智能电表双向、实时、高速的数据读取，不仅电力公司可以读到用户的电表，用户也能看到整个城市的电力供求情况，从而为自己的用电进行规划。自动调节家用电器在不同电价时段的运行。智能电表能将太阳能、风能等可再生能源电力直接接入到家庭用电负荷或纳入微电网模块并进一步接入到大的模块电网。此时，能源消费方也成为了能源供应方。而通过密布各个环节的传感器，实现电网与用户的互动。智能电表也是互联网的路由器，电力部门可以据此以其终端用户为基础，进行通信、运行宽带业务或传播电视信号。这样作为消费者不管是工业、商业还是民用，都参与到电力运营，并得到更多的服务和进行选择的权利，消费者主权也将得以实现。

“云能源”的模式现在还处于设想阶段，也面临技术、商业化等诸多障碍和挑战。但与“云计算”一样，“云能源”同样强调消费者主权，强调系统的服务功能，强调通过技术进步实现智能化、交互式、商业化。国内外一些企业也已经开始了大胆的尝试，并出现了很多成功的案例。或许，未来的“云能源”模式并非我们今天所设想的景象，就像我们无法在Web1.0时代想象Web3.0一样。但是，人类的每一次进步，都与能源系统的变革，特别是能源技术的进步有关。在严峻的资源环境挑战之下，人类通过能源技术进步、技术融合改变传统的能源生产和消费方式是大势所趋，这股潮流也是不可阻挡的。