美国能源互联网发展现状及经验启示.doc
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1、美国能源互联网发展现状及经验启示当前世界范围内能源转型加速,国家电网公司也提出建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标。建设能源互联网是承接国家能源安全新战略,推动电网和发展高质量发展的关键。在新时代和新战略下,对能源互联网的认识也需要不断深化。国网能源研究院能源互联网研究所聚焦于能源互联网基础理论、综合能源系统规划优化与市场机制、能源电力转型发展、能源互联网新技术新元素、城市智慧能源系统等领域开展了深入研究。本专栏围绕能源互联网关键问题,从理论研究、模型方法和经验实践等方面展开,结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。文章导读:美国是发展能源互联网领域的先驱国家之一,其侧重于立足
2、电网,借鉴互联网开放对等的理念和体系架构,对能源网络关键设备、功能形态、运行方式进行创新变革,形成能源系统互动融合、关联主体即插即用的新型能源网络。美国学者杰里米里夫金指出,能源互联网(Energy Internet)应具有以可再生能源为主要一次能源、支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入、基于互联网技术实现广域能源共享、支持交通系统由燃油汽车向电动汽车转变四大特征。近年来,受经济发展、能源安全、环保减排等多重因素驱动,美国以智能电网为基础,不断推进能源领域技术进步和能源互联网发展。美国能源互联网发展现状及经验启示(一)发展基础能源系统清洁化转型、能源信息加速融合以及健全的能源交易市场
3、是能源互联网发展的重要基础性因素,以下从此三方面介绍美国的相关发展基础。1)能源系统转型美国能源资源丰富,石油、天然气探明储量位居世界前列,太阳能、风能开发潜力巨大。页岩气革命改变了美国石油、天然气对外依存度高的局面。2008年金融危机后,时任奥巴马政府大力推动“清洁能源国家战略”,将清洁能源产业作为应对经济危机的关键力量,使得清洁能源占比在这一时期得到了快速提升,促进了能源结构的多元化发展。能源供应仍以化石能源为主,可再生能源占比逐步提升。如图1所示,截至2018年,美国一次能源供应结构中化石能源占比为84.3%,非水可再生能源占比占比4.5%,较上年增长0.2个百分点,20132018五年
4、间累计增长1.9个百分点。图1 美国2018年一次能源供应结构数据来源:BP:Statistical Review of World Energy 2019。能源消费以石油为主,天然气、电能并重,交通领域电气化水平快速提升。如图2所示,截至2017年,美国天然气和电能占终端能源消费的比例分别为22.8%和21.2%。得益于电动汽车保有量的快速增长,20132018年美国交通领域电能消费保持了11.3%的年均增速。如图3所示,截至2018年,美国电动汽车总量达112.3万辆,2018年全年新增36.1万辆,同比增长47.4%。图2 美国2017年终端能源消费结构数据来源:IEA:World En
5、ergy Balances 2019。图3 美国20132018年电动汽车保有量变化数据来源:IEA:Global EV Outlook 2019。2)能源信息融合美国在先进测量基础设施和现代信息通信技术支撑下,以智能电网为核心的能源信息融合发展处于世界领先水平。同时,大力支持投资能源数字化领域的初创公司,进一步促进能源信息融合技术的发展创新,这些都为能源互联网发展奠定了坚实的基础。美国通过构建以智能电表为主的先进测量基础设施网络(Advanced Metering Infrastructure,AMI),全面提升电网感知能力。AMI包括智能电表、通信网络和信息管理系统,一方面为电网企业收集用
6、户信息以制定针对性的服务模式,另一方面为电力客户提供信息以更有效地控制能源消费。截至2017年底,美国智能电表安装数量达到7890万只,同比增长11.4%,覆盖率达到51%。美国20122017年智能电表数量如图4所示。图4 美国20122017年智能电表数量数据来源:BNEF:Smart Meter Market Size Interactive Datasets。在北美同步相量计划(North American SynoPhasor Initiative, NASPI)支持下,美国境内绝大部分州部署了同步相量测量单元(Phasor Measurement Unit, PMU)并联网,进一步
7、加强了电网信息化水平。PMU打破洲际壁垒,推动和建立跨区域的数据集成和共享机制,为进一步提升电网感知能力,探索PMU数据在能源互联网规划、运行、控制方面的价值奠定基础。北美地区PMU布点如图5所示。图5 北美地区PMU布点图美国在数字化领域投资规模和初创公司数量均为世界第一,为能源系统数字化发展提供了充足的资金和完整的供应链。截至2017年,美国在数字化领域的风险/私募股权投资总量达到1250亿美元,其中能源领域新型数字化服务企业获得了充足的资金支持,在能源信息融合技术方面做出了大量探索。美国能源行业典型初创企业概况如表1所示。表1 美国能源行业典型初创企业介绍3)能源市场建设美国拥有较为完备
8、的天然气市场化交易体系,积极推进电力市场化改革,形成了较为完整的能源市场监管框架,为能源互联网市场建设提供了保障。美国天然气上游市场采用竞争性定价机制,进口价格完全由市场形成。中游管道建设和运营在第三方无歧视准入基础上,采用服务成本定价法。随着天然气现货与期货市场发展,天然气价格市场化进程加快。亨利中心(Henry Hub)的市场交易价格已成为美国天然气产业链各环节的价格基准。据IEA统计,美国天然气基础设施包括210多个天然气管道系统,已形成高度集成、覆盖48个州的天然气输配网。发达的天然气输送系统可以将天然气从供应区输送到不同规模不同层级的市场,为天然气市场交易提供良好的硬件条件。在天然气
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