能源互联网与国家能源安全
国防科学技术大学 张涛 李洁
能源安全是非传统安全中的一种，是指为保障一国经济社会和国防安全，使能源特别是石油可靠而合理供应，规避对本国生存与发展构成重大威胁的军事、政治、外交和其他非传统安全事件所引起的能源供需风险状态。能源安全是国家安全的重要组成内容，能源安全直接关系到经济的平稳快速发展，国防的巩固和国家的稳定。保证我国的能源安全，对于维护国家安全，经济安全，提高人民物质和精神生活水平，促进社会发展，构建社会主义和谐社会具有十分重要的现实意义。
现阶段，我国的能源安全主要面临以下几方面的问题。
1．人均占有量低，能源资源分布不均衡
中国人口众多，人均能源资源拥有量在世界上处于较低水平。我国煤炭、石油和天然气的人均占有量仅为世界平均水平的67%、5.4%和7.5%。近几年中国能源消费增长较快，但人均能源消费水平仅为发达国家平均水平的三分之一。能源资源分布不均衡表现在：煤炭资源与能源资源主要分布在华北、西北地区；水利资源主要分布在西南地区：石油、天然气资源主要分布在东、中、西部和海域。而中国主要的能源消费集中在东南沿海经济发达地区，资源分布与能源消费地域存在明显差别，因而形成了北煤南运、西气东输和西电东送等长距离输送的基本格局。
2．能源结构不合理，环境污染严重
中国是世界上唯一以煤为主的能源消费大国。《2015年国民经济和社会发展统计公报》公布，在现有的能源消费结构中，全年煤炭消费量占能源消费总量的比重为64.0%。而煤的燃烧会产生大量的二氧化碳、二氧化硫，造成严重的大气污染。目前，中国二氧化硫和二氧化碳排放量居世界前列，大部分的烟尘和二氧化碳排放量、二氧化硫排放量、氮氧化物排放量均来自燃煤，不仅造成环境污染，也带来了经济损失。随着现代工业和社会经济的逐渐发展，石油具有煤炭无法比拟的优越性，石油替代煤炭是必然的发展趋势。早在20世纪60年代中期，美国、日本和英国等发达国家就基本完成了石油替代煤炭的能源结构转换，石油、天然气在能源消费中所占比重超过了煤炭。而我国随着工业的新一轮增长、居民消费结构的升级、城市化进程的加速，尤其是汽车使用的增加，石油消耗也正在加速。石油（天然气）替代煤炭的结构转换在我国才刚刚开始，将延续相当长的时期，这一结构转换的滞后，给我国今后的石油需求增加了更大的压力。
3．能源对外依存度上升较快
石油对外依存度正在挑战我国的能源安全。石油对外依存度是一个国家石油净进口量占本国石油消费量的比例，是衡量一个国家和地区石油供应安全的重要指标。我国目前处于工业化阶段的中后期，能耗较大的汽车、家电等产品在经济中的比重急剧上升，国内对于石油需求大幅提升，石油消费还将持续较快增长。但是，我国国内石油产量当前还满足不了如此巨大的需求，使得在面临国内外市场供需失衡、市场供给不足时，难以短时间内保障油品的供应。并且，国内石油价格容易受到外部因素的影响，如金融，政治、自然灾害等因素，从而造成石油价格的暴涨或暴跌，不利于社会的稳定。并且，对进口石油的严重依赖，容易受制于国外，这将成为中国能源安全的软肋。未来，中国经济将继续保持较快增长势头，能源消费还会不断增长，能源保障存在巨大压力。此外，煤炭、油气储备能力不足，能源对外依赖性还会增大。
4．石油运输困难重重
我国运输石油的进口路线缺少选择性，85%以上需要经过印度洋-马六甲海峡-南中国海航线，极易遭到封锁和控制。当前中东、非洲等世界石油主要产地局势不稳，马六甲海峡海盗经常出没，并且马六甲海峡是极具战略地位的海上咽喉要道之一。二战后，马六甲海峡归马来西亚、印尼和新加坡共同管理，而有些国家却一直染指并试图控制该地区的航运通道，试图遏制住中国的能源通道。如果马六甲海峡这条黄金通道存在问题，中国的石油进口就会受到严重威胁。除此之外，石油的长距离运输还要承担高额的运输成本，运送大量燃料也对人员的安全带来了巨大的风险，而且后勤组织的复杂性和成本也越来越高。由此可见，过度依赖海外进口其风险十分巨大。
5．石油储备量少
战略石油储备的真正意义是为了应付突发事件，保障国家、社会与企业的石油安全供应。
建立完善的石油储备也是确保国家石油安全，尤其是应对因战争等因素影响石油进口的途径之一。国际经验表明，战略石油储备是石油安全战略的核心内容，建立必要的战略石油储备，不仅可以防止石油供应中断时对国民经济造成的损失，还可以在油价暴涨的情况下，起到稳定市场的作用。美国战略石油储备库从1977年开始注入石油，其质量上高于市场上一般的原油，而且成本更低。即使国际石油供应全部中断，美国战略石油储备也可供全国消费一百天以上。日本从1978年开始推进国家石油储备，其目前的石油储备量可供其消费169天，居世界第一。对于我国这样一个能源消费大国，石油战略储备是十分重要的，而我国目前的石油储备还处于生产性储备阶段，常规储备量不到美国、日本等国家储备量的二十分之一，难以承担补充国家石油储备和调节油价的作用。低储备量严重影响我国的石油安全及经济安全。
由此可见，能源安全对中国的经济发展和国家安全有着不容忽视的影响。为了保障国家能源安全，解决现阶段存在的主要问题，应推进能源互联网的建设。
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，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。在全球新一轮科技革命和产业变革中，互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合，正在推动能源互联网新技术、新模式和新业态的兴起。能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对保障国家能源安全，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，提升能源国际合作水平具有重要意义。
《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》中明确提出“多能协同”，其为能源互联网划清了产业边界。从煤、油、气管网智能化到冷、热、电多能融合，均在能源互联网产业发展规划中，而不仅仅局限于电力。从系统运行的角度来看，包含多种能源相互补充、互为备用的能源互联网体系，可以有效提升能源系统运行的安全性和可靠性；从能源互联网企业的角度来看，意味着市场规模份额的扩大，由于能源智慧化技术在基础技术架构层面是相似的，因此能源互联网企业就有了跨界的可能，从而有了更广阔的发展空间。
能源互联网的推广有效解决了以下问题。
1．提高可再生能源比重，保障能源来源
发展使用清洁能源的能源互联网，未来世界能源可实现低成本、充足供给。全球配置的能源市场将建立秩序井然的能源供需调节机制，健全的能源互联网系统将较少地受到金融操控、商业投机、地缘政治、自然灾害等因素的影响，保证能源来源，避免能源价格暴涨暴跌。能源互联网通过建设智能风电场、智能光伏电站等设施及基于互联网的智慧运行云平台，实现可再生能源的智能化生产，推动对散烧煤等低效化石能源的清洁替代，实现化石能源绿色、清洁和高效生产；建设与化石能源配套的电采暖、储热等调节设施，发展天然气分布式能源，增强供能灵活性、柔性化，实现化石能源高效梯级利用与深度调峰。加快化石能源生产监测、管理和调度体系的网络化改造，建设市场导向的生产计划决策平台与智能化信息管理系统，完善化石能源的污染物排放监测体系，以互联网手段促进化石能源供需高效匹配、运营集约高效。水电、风电、太阳能发电等集中式和分布式电源的大规模接入，实现供用电关系的灵活转换。依托大电网控制技术、信息通信技术等，可精确预测用电负荷，动态调整电力系统结构，保障跨国跨洲电网安全稳定运行。可以看出，能源互联网抵御风险的能力更高，能够更高效地应对台风、地震等灾害及外力破坏。并且，通过发展能源互联网，用可再生能源代替化石能源，降低石油依存度，减轻了我国对国外进口能源的依赖程度，实现自给自足。
2．发展储能，优化资源配置
带有储能的分布式能源网络是能源互联网的重要组成部分，储能应用于电力系统中，将改变电能生产、输送和使用同步完成的模式，弥补电力系统中缺失的“储放”功能，以达到优化电力资源配置、提高能源利用效率的目的。储能技术进步还带动了电动汽车的迅速发展。
能源互联网通过开发储电、储热、储冷、清洁燃料存储等多类型、大容量、低成本、高效率、长寿命储能产品及系统，推动在集中式新能源发电基地配置适当规模的储能电站，实现储能系统与新能源、电网的协调优化运行。通过整合小区、楼宇、家庭应用场景下的储电、储热、储冷、清洁燃料存储等多类型的分布式储能设备，及社会上其他分散、冗余、性能受限的储能电池、不间断电源、电动汽车充放电桩等储能设施，建设储能设施数据库，可将存量的分布式储能设备通过互联网进行管控和运营。建设基于电网、储能、分布式用电等元素的新能源汽车运营云平台，将促进电动汽车与智能电网间能量和信息的双向互动，应用电池能量信息化和互联网化技术，探索无线充电、移动充电、充放电智能导引等新运营模式。积极开展电动汽车智能充、放电业务，探索电动汽车利用互联网平台参与能源直接交易、电力需求响应等新模式。充分利用风能、太阳能等可再生能源资源，可在城市、景区、高速公路等区域因地制宜建设新能源充、放电站等基础设施，提供电动汽车充、放电及换电等业务，实现电动汽车与新能源的协同优化运行。储能技术的提高可以提升整个电网的稳定性，使能源使用更具有灵活性。
3．因地制宜，保证能源供应
随着军队信息化的加速推进和信息化武器装备的不断增多，军事基地、军事部署及军事行动对电能的依赖程度越来越高。为了提高电能供应的稳定可靠，建立微电网势在必行。部队建立军事微电网，就是就地利用军事基地（设施）所在地区的太阳能、风能、地热能及其他分布式能源，构建的可以独立运行的供电网络系统，这样可以降低能源开支，就地取材，就地使用，减少运输开销，还可以摆脱对商业电网的依赖。军事微电网相对独立，自给自足，即使在商业电网被破坏的情况下，使用军事微电网的军事基地也可以通过可再生能源发电，从而维持数星期或数月的关键业务“离网”运行，保障了军事作战的能源供应安全。另外，微电网可以有效解决海岛的电力供应问题。海岛的发展需要安全、可靠的能源动力和充足的水资源作为保障，而多数海岛电力供应紧张，供电可靠性不高。建设海岛微电网，利用可再生能源发电为岛上居民及海水淡化提供电力供给，可以解决传统能源危机和淡水资源短缺两大问题。近年来海岛的保护、开发成为海洋事业的热点，有关国家都在积极研究和建设海岛微电网，其技术装备水平、装机规模均不断提升，我国也建设了多个不同规模的海岛微电网工程。海岛微电网从大类上可以分为并网型和离网型，主要构成基本相同，充分利用岛上丰富的风能、光能等清洁能源，一般以最小化投资运行成本和最大化可再生能源利用效率和可靠性为目标，为海岛提供清洁、稳定、安全的电力。未来的海岛微电网可以实现对绿色能源发电、多元化储能系统、不同能量转换装置以及冷、热、电多样性负荷的精确和人性化控制，最大程度地利用可再生能源，最大限度地降低各类损耗和灾害影响，最大化地提升运行可靠性和灵活性，满足海岛可持续发展的多样性功能需求。海岛微电网将成为未来能源互联网中的一个闪亮节点。