北極星太陽能光伏網訊:編者按：當前世界範圍內能源轉型加速，國家電網公司也提出建設具有中國特色國際領先的能源網際網路企業的戰略目標。建設能源網際網路是承接國家能源安全新戰略，推動電網和發展高質量發展的關鍵。在新時代和新戰略下，對能源網際網路的認識也需要不斷深化。國網能源研究院能源網際網路研究所聚焦於能源網際網路基礎理論、綜合能源系統規劃優化與市場機制、能源電力轉型發展、能源網際網路新技術新元素、城市智慧能源系統等領域開展了深入研究。本專欄圍繞能源網際網路關鍵問題，從理論研究、模型方法和經驗實踐等方面展開，結合相關成果和研究思考與讀者進行交流分享。
吳瀟雨：日本能源網際網路發展來自中國電力00:0000:50
文章導讀：日本能源網際網路發展的側重點在於區域綜合能源系統的建設，從技術革新、推廣新能源、改變能源消費結構三個方面著手，提高能源效率，推動能源節約。在日本，既有分布式能源系統大多以單體用戶為供能對象，用戶負荷單一、波動性強，供需互動難以有效實現。為破解上述困局，近年來日本各大能源商開始嘗試突破現有分布式能源系統的供能邊界，將同一區域範圍內多個相鄰的用戶納入統一供能體系，通過構建區域能源網際網路實現能源的共享與交易。結合日本政府對氫能產業發展的大力推動，日本將形成以區域能源網際網路建設為著力點，以氫能開發利用為驅動力的能源網際網路發展新模式。
日本能源網際網路發展現狀及經驗啟示
執筆人：吳瀟雨、王雪、王軼楠
（國網能源研究院 能源網際網路研究所）
（一）發展基礎
能源系統清潔化轉型、能源信息加速融合以及健全的能源交易市場是能源網際網路發展的重要基礎性因素，以下從此三方面介紹日本的相關發展基礎。
1）能源系統轉型
日本作為島嶼國家，國土面積狹小，一次能源極度匱乏，工業生產和日常生活的能源大量依靠進口。受福島核電站事故影響，核能在日本能源結構中的角色迅速弱化，導致其能源自給率最低時僅有6%-7%，嚴重威脅本國能源安全。然而，日本山丘眾多，地震頻發，難以建設大規模可再生能源生產基地和長距離能源輸配網絡，因此區域性綜合能源系統成為促進可再生能源利用、提高能源自給率和利用效率的最佳方式。近年來，日本能源轉型持續推進和深化，取得了較好的效果。
能源供應結構日趨多元，可再生能源增速較快。如圖1所示，截至2018年，化石能源佔日本一次能源供應總量87.9%，非水可再生能源供應量同比增長13.4%，佔一次能源供應總量的5.6%。圖1是2018年日本分燃料發電量結構，受福島核事件影響，核電佔比較2010年大幅下降18.3個百分點，非水可再生能源發電量在此期間大幅增長7.8個百分點，佔比達到10.0%，其中光伏增長勢頭強勁，年平均增速達44.6%。
圖1 日本2018年一次能源供應結構
數據來源：BP：Statistical Review of World Energy 2019。
在能源消費方面，日本電氣化水平較高，受政策影響，其氫能消費量在未來將會大幅增長。如圖2所示，截至2017年，天然氣和電能在日本終端能源消費中的佔比分別為10.3%和28.4%。雖然目前氫能消費並未有專業機構進行統計，但受日本政府建設「氫能社會」等政策利好和燃料電池汽車保有量的增加，預計未來其消費將會大幅增長，成為構建能源網際網路主要能源之一。
圖2 日本2017年終端能源消費結構
數據來源：IEA：World Energy Balances 2019。
2）能源信息融合
日本高度重視能源領域信息化建設，不斷應用數位化技術提升能源電力網絡發展水平。政府在工業數位化領域有較大投資規模，以東京電力公司為代表的能源巨頭也投入了大量資金推動企業數位化轉型，為能源與信息深度融合創造了良好條件。
能源網絡感知能力隨著大量智能表計的裝設穩步提升。日本於2010年制定了現行《能源基本計劃》，其中規定「力爭在本世紀20年代的儘早階段，原則上實現所有用電戶都採用智能電錶」。截至2017年底，日本智能電錶安裝數量達到3752萬隻，同比增長57.6%，覆蓋率達到49%。日本2012—2017年智能電錶數量變化如圖3所示。
圖3 日本2012—2017年智能電錶數量
數據來源：BNEF：Smart Meter Market Size Interactive Datasets。
2011年，日本開始推廣「數字電網（Digital Grid）」計劃。該計劃是基於網際網路的啟發，旨在構建一種基於各種電網設備IP來實現信息和能量傳遞的新型能源網，採用區域自治和骨幹管控相結合的方式，實現能源和信息的雙向互動。其出發點是為了減少大面積連鎖故障和實現高滲透可再生能源消納，核心是將同步電網分為幾個異步的子電網，子電網之間通過數字電網路由器連接，直接調控潮流，使子電網內的波動和故障不會影響大電網。
日本政府計劃2020年前在工業數位化領域投入國家研發預算4.4萬億日元（約合360億美元）。東京電力公司作為日本最大的公用事業公司，在熱電廠引入工業物聯網技術，增強對發電廠設備實時狀態數據採集，並在2018年底完成了對區塊鏈初創公司Electron的早期投資，旨在藉助Electron在區塊鏈技術方向的領先優勢，共同探索區塊鏈為分布式能源提供點對點交易方案，促進可再生能源利用。
3）能源市場建設
日本政府通過多次立法建立起較為完善的能源交易體系，保障了以天然氣、電力為主的能源市場交易，為能源網際網路市場發展奠定了基礎。
20世紀90年代以來，日本政府通過四次市場化改革，逐步解除對燃氣事業市場的準入管制，允許更多新加入者進入燃氣產業鏈各個環節。日本《燃氣公用事業法》規定，燃氣企業按照成本加成法制定價格，依據用戶類型和負荷特點分類定價，確保燃氣價格能反映真實使用成本，在價格制定上必須尊重公眾的知情權，及時向公眾公示具體的價格公式和調價方法。
日本從1995年開始進行電力市場化改革，採用了垂直一體化模式，在發電側和售電側引入競爭。在2011年底福島核事故發生後，日本開始著手新一輪電力市場化改革方案研究。主要目標包括：一是實現電力安全穩定供應；二是最大限度抑制電價增長；三是擴大用戶選擇權和增加商業機會。2012年，日本開始第五輪電力體制改革，2015年進入改革實施階段。2016年，日本全面放開電力零售市場，允許所有用戶自由選擇售電商。
日本電力交易所（Japan Electric Power Exchange，JEPX）是為各電力公司、發電公司及售電公司開展電力餘缺調劑提供的交易平臺。目前，JEPX有三個交易市場：分別是現貨交易市場、期貨交易市場和掛牌市場。自售電側市場全面放開以來，批發電力交易所交易電量大增。從JEPX成員的電力採購情況來看，有20%以上的售電公司對批發市場具有較強的依賴性，其80%的電力需求在交易所購買。
（二）政策支持
日本通過一系列戰略規劃、財政激勵政策、法律法規為可再生能源發展提供了強有力的支持保障，不斷推動能源系統清潔、高效轉型，保障國家能源安全。早在20世紀70年代，日本就出臺了《新能源技術開發計劃》。1997年，日本頒布了《新能源法》，通過立法形式推動太陽能、煤炭液化和氣化、風力發電、地熱能等能源新技術的研發和利用。2016年公布的《能源革新戰略》進一步確立了日本新能源戰略的三大目標，即確立國民可以信賴的能源安全保障，為經濟的可持續發展奠定基礎；一體化解決能源問題和環境問題；為解決亞洲和世界能源問題做出積極貢獻。同時，政府開始對每位購買燃料電池車的消費者提供補貼，推動氫能的快速普及。表1是日本能源網際網路相關政策。
表1 日本能源網際網路相關政策
（三）典型實踐
日本結合本國國情，主要以區域性電、熱、冷、氣綜合能源系統建設促進可再生能源利用和能量梯級利用，進而提高能源自給率和利用效率，並探索了區域小型能源網際網路的實用性和經濟性。
（1）大阪市巖崎智慧能源網絡。
大阪市巖崎地區擁有京瓷大阪體育場、永旺百貨等大型用能設施，存在冷、熱、電等多元化供能需求。因此，該地區早在1996年便建有巖崎能源中心，對區域內13家用戶供熱供冷供電。能源中心在2013年升級改造並引入熱電聯產系統，建立了區域「能源主站+分站」的協同互補架構，有效滿足用戶多元化用能需求，確立了智慧能源網絡的基本形態。圖4是巖崎智慧能源網絡示意圖。
圖4 巖崎智慧能源網絡示意圖
巖崎智慧能源網絡項目的突出貢獻在於創新了「能源子站面向社區，能源主站全域統籌，主站子站間協同互補」的供能方式，在區域層面構建了高效的能源利用體系。整個能源網絡由1個主站和3個分站協同實現能源供應，其中主站配有燃氣直燃機、餘熱回收型吸收式制冷機、電制冷機、熱水鍋爐等。分站1位於ICC大樓內，設置有燃氣內燃機和餘熱回收型吸收式制冷機，其產生的餘熱除自身使用外，亦可交換至主站。分站2位於地鐵站附近，設置有燃氣直燃機和燃氣鍋爐。分站3設置於「hug」博物館內，設置有餘熱回收型吸收式制冷機，其熱源來自於大樓內熱電聯產系統產生的餘熱以及太陽熱，剩餘部分可以交換至主站。圖5為巖崎智慧能源網絡配置圖。
圖5 巖崎智慧能源網絡配置圖
（2）千住混合功能區能源網際網路。
千住混合功能區能源網際網路項目是日本產業經濟省的示範項目，於2011年開始運行，區域範圍內主要有東京燃氣公司的千住技術中心和荒川區立養老院構成。圖6為千住混合功能區域能源網際網路配置示意圖。
圖6 千住混合功能區域能源網際網路配置圖
項目包含光伏發電、太陽能集熱等多種可再生能源利用設備，通過熱網和電網實現能量雙向傳輸，依靠區域能源中心對各種能源進行綜合調度和智能管控，以滿足終端用戶的多種能源需求。能源中心可利用多種熱源，通過控制系統為其設置優先順序，太陽能集熱優先、熱電聯產餘熱其次。同時，在技術中心和養老院間構建了聯絡熱網，為熱力資源的互補協調奠定基礎。實測結果表明，通過構建上述能源網際網路，區域全年節能13.6%，減排35.8%，節能減排效果卓著。
（四）總結與啟示
1）現狀總結
總體來看，日本能源網際網路發展具有以下特點：
一是發展動因上，日本能源極度匱乏，高度依賴進口，能源安全形勢嚴峻。提升能源效率、推動能源節約、提高能源自給能力是能源轉型發展的首要目標。通過建設能源網際網路，推動分布式可再生能源的開發利用，以及包括氫能在內的多能高效轉化利用。
二是發展方向上，日本受制於國土面積和自然資源稟賦，建設大規模可再生能源開發基地和大範圍能源傳輸網絡並不現實，因此在發展方向上側重於構建區域級能源網際網路，實現分布式可再生能源可靠消納和冷-熱-電多能源綜合利用，同時看重氫能的轉換和存儲優勢，大力發展氫能，走上了具有日本特色的能源網際網路發展之路。
三是實踐探索上，集中實踐了以熱電耦合網絡為核心的區域能源網際網路的實用性和經濟性，重點探索了分布式可再生能源消納、區域多能源綜合利用等能源網際網路關鍵要素，並獲得了較好的示範效應。
2）經驗啟示
一是採取「自下而上」的推進思路，針對能源網際網路整體層面的頂層設計、規劃較少，更注重突出關鍵環節、核心理念的實踐探索。未出臺頂層設計類文件對本國能源網際網路發展進行整體規劃，而是側重於能源網際網路某一重點領域或關鍵元素進行實踐突破。日本重點發展氫能和區域能源網際網路，例如大力推廣氫燃料電池汽車促進氫能源的利用、發展大阪市巖崎智慧能源網絡項目等。
二是氫能產業成為日本推動能源轉型和未來賦能能源網際網路建設的主要驅動力。日本政府將氫能定位為與電力和熱能並列的核心二次能源，並提出建設「氫能社會」的願景。氫同電一樣是多種能源間轉換的橋梁，可以實現天然氣網與電力網的耦合，為能源網際網路的多能互補創造了有利條件。
三是構建用戶側區域能源網際網路將成為日本未來能源網際網路建設的重要發力點。日本既有分布式能源系統大多以單體用戶為供能對象，用戶負荷單一、波動性強，供需互動難以有效實現。為破解上述困局，近年來日本各大能源商開始嘗試突破現有分布式能源系統的供能邊界，將同一區域範圍內多個相鄰的分布式能源用戶納入統一供能體系，通過構建區域能源互聯繫統實現能源的共享與交易。
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