黃維和，沈鑫，郝迎鵬

（1.中國石油天然氣股份有限公司，北京 100007；2.中國石油規(guī)劃總院，北京 100083）

美國學者Rifkin（2011）編著的《第三次工業(yè)革命》使能源互聯(lián)網(wǎng)的概念廣泛傳播，并在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生了深遠影響[1]。發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的目的，在于提高能源綜合利用效率，緩解能源供需壓力，減少污染物排放，推動能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展。油氣作為當前階段維系國計民生和經(jīng)濟發(fā)展最重要的能源，油氣管網(wǎng)發(fā)揮著不可替代作用。當前中國正在推進能源生產(chǎn)與消費革命，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合,油氣管網(wǎng)的發(fā)展迎來“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”新的發(fā)展契機。

一、中國油氣管網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

（一）中國油氣管網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

油氣管道是油氣安全、環(huán)保、高效運輸最有效的手段，是能源輸送的重要組成部分。目前國內(nèi)已建成原油、成品油、天然氣三大管網(wǎng)輸送體系，形成了“北油南運”“西油東送”“西氣東輸”“海上登陸”的油氣供應格局，特別是天然氣管道成為近年來建設的重點。截至2017年底，中國油氣長輸管道總里程達到12.99萬公里。

在全球油氣管道運輸體系中，北美地區(qū)的油氣管網(wǎng)系統(tǒng)最為發(fā)達。據(jù)統(tǒng)計，截至2017年3月，北美地區(qū)油氣管道里程合計84.5萬公里，占全球管道總里程的43%[2]。中國單位國土面積對應的管網(wǎng)里程與發(fā)達國家相比，差距仍然較大，油氣管網(wǎng)建設仍有較大空間。

（二）油氣在中國能源革命中的地位

世界能源發(fā)展經(jīng)歷了三次能源轉(zhuǎn)型，目前已演變到“油氣時代”（占比60%左右），正在向“低碳能源時代”轉(zhuǎn)變。當今世界正處于第三次能源革命初期，能源消費由總量的增長向集約化、高效化方向發(fā)展，主體能源結構正向多元化、清潔化和低碳化方向轉(zhuǎn)型，其中新能源將逐步進入黃金發(fā)展期，但以分布式太陽能、風能、第二代生物燃料為代表的新能源技術達到產(chǎn)業(yè)規(guī)模尚需時日。

中國能源消費結構仍以煤炭為主，與世界能源結構相比，中國能源發(fā)展落后一個“能源時代”。2017年，天然氣在中國能源消費結構中占比7.3%，遠低于世界天然氣消費平均水平（24.3%）；新能源消費占比13.7%，略低于世界平均水平（14.8%）。推動能源革命已成為中國能源方針和政策的核心內(nèi)容，是指導當前和今后一個時期能源領域發(fā)展改革的行動綱領，中國工程院提出了未來中國能源革命的“三步走”戰(zhàn)略，分別以“控制大氣質(zhì)量”“控制碳排放”和“能源永續(xù)供應”為抓手，加快擴大天然氣利用，優(yōu)化能源結構，增加清潔能源比重。從當前至2035年，油氣消費占比將由26%增長至30%，隨后將逐漸趨于穩(wěn)定；非化石能源消費比重將逐年提升，至2050年將增長至能源消費總量的近1/3。因此，未來中國能源結構調(diào)整中，在可再生能源替代化石能源成為主體能源以前，以油氣為主的化石能源將長期占據(jù)主要地位。天然氣將發(fā)揮在能源系統(tǒng)中的優(yōu)化與能源集成作用，逐步發(fā)展成為中國主體能源之一（2030年，天然氣在一次能源消費中的比重將提升至15%以上）。具體如表1所示。

表1 能源革命條件下的中國能源消費總量與結構預測

（三）中國油氣管網(wǎng)發(fā)展前景

油氣管網(wǎng)是保障油氣供應的主要基礎設施，是實現(xiàn)能源生產(chǎn)與消費革命的重要支撐，今后10～15年仍將是中國油氣管道建設的高峰期。依據(jù)國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《中長期油氣管網(wǎng)規(guī)劃》[3]，未來中國將繼續(xù)完善東北、西北、西南和海上四大戰(zhàn)略通道以及國內(nèi)骨干管網(wǎng)建設，建成“橫跨東西、縱貫南北、覆蓋全國、聯(lián)通海外、資源多元、調(diào)度靈活、安全可靠”的油氣運輸體系，油氣管網(wǎng)總里程將超過30萬公里，基本建成現(xiàn)代油氣管網(wǎng)體系，與北美、歐洲油氣管網(wǎng)系統(tǒng)共同構成世界三大油氣管網(wǎng)體系。

二、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢

能源互聯(lián)網(wǎng)立足于能源發(fā)展的未來模式，具有支持多種能源融合發(fā)展、支持大規(guī)模分布式能源接入、支持多種儲能設備的接入、支持互聯(lián)網(wǎng)技術改造能源系統(tǒng)、支持向電氣化轉(zhuǎn)型等五大特征，深刻改變了原有的能源生產(chǎn)、運輸和利用方式，使之更加安全、清潔、高效、經(jīng)濟和可持續(xù)。

世界發(fā)達國家高度重視能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，提出了不同的發(fā)展模式。根據(jù)融合方式不同，對能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式進行分類，可分為側重信息互聯(lián)網(wǎng)、側重能源網(wǎng)絡結構以及革新性能源互聯(lián)網(wǎng)3種發(fā)展模式。

（一）德國——E-energy項目

以信息通信技術為基礎構建未來能源系統(tǒng)，德國聯(lián)邦政府發(fā)起E-energy項目，致力于能源的生產(chǎn)、輸送、消費和儲能各環(huán)節(jié)之間的智能化[4]，包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費和智能儲能4個方面，成為實踐能源互聯(lián)網(wǎng)最早的國家。其本質(zhì)與當前的“智能電網(wǎng)”模式類似，借助互聯(lián)網(wǎng)收集能源相關信息，經(jīng)分析決策后指導能源網(wǎng)的調(diào)度運行。E-energy項目計劃實現(xiàn)了用戶側與需求側的直接互聯(lián)，構建了新型的能源體系架構，實現(xiàn)了多類型分布式能源和大型負荷的集中管理，整合儲能設備和可再生能源設備、智能家居組成虛擬電站，直接參與電力市場交易，構建了能源互聯(lián)網(wǎng)雛形。

（二）美國——FREED項目

美國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式側重能源網(wǎng)絡結構，以FREED項目為代表，其主要特點為通過自治或中心控制的方法實現(xiàn)能源的供需平衡，其本質(zhì)為分布式的能源網(wǎng)絡。美國FREED項目對能源互聯(lián)網(wǎng)的描述為，綜合運用先進的電力電子技術、信息和智能管理技術，將大量由分布式能量采集裝置、儲存裝置和各種類型負載構成的新型電力網(wǎng)絡節(jié)點互聯(lián)，實現(xiàn)能量雙向流動的能量對等交換和共享網(wǎng)絡[5]。

（三）日本——數(shù)字電網(wǎng)、電力路由器

日本能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式屬于革新性能源互聯(lián)網(wǎng)，以日本的數(shù)字電網(wǎng)、電力路由器為典型代表。2010年，日本開展能源和智能電網(wǎng)領域研究工作，并于次年推廣“數(shù)字電網(wǎng)”計劃，構建一種基于各種電網(wǎng)設備的IP來實現(xiàn)信息和能量傳遞的新型能源網(wǎng)，其特點是實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)技術和能源網(wǎng)絡的深度融合[6]。

能源互聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有的能源供給系統(tǒng)基礎上，通過新能源技術與互聯(lián)網(wǎng)技術的深度融合，將大量分布式能量的采集、轉(zhuǎn)換、輸送、調(diào)配、儲存、交易、使用等裝置互聯(lián)耦合起來，通過智能化管控，實現(xiàn)能量和信息的多項流動和共享的網(wǎng)絡。在綜合能源利用技術、先進儲能技術、綜合能源管理技術、智能電網(wǎng)技術、先進信息技術等關鍵技術不斷進步促進下，能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展將激發(fā)能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費等能源全價值鏈的變革，集成多種形式能源，建設一體化集成供能系統(tǒng)，實現(xiàn)多能源協(xié)同供應和能源綜合梯級利用，滿足用戶電、熱、冷、氣等多種用能需求，如圖1所示。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)基礎框架

三、油氣管網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展前景

（一）中國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景

2016年，國家制定了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，隨后國家能源局發(fā)布《關于組織實施“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”（能源互聯(lián)網(wǎng)）示范項目的通知》，推出了包括化石能源互聯(lián)網(wǎng)化交易運營、綠色能源多樣化利用等56個能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目。截至2018年10月，已有2個項目實施完畢并完成交付，另有10余個項目在2018年底具備驗收條件。

能源互聯(lián)網(wǎng)要求設備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放[7]。設備智能即能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)Σ煌茉吹纳a(chǎn)設備、供應渠道、能源用戶提供統(tǒng)一的接入端口，實現(xiàn)能源流、信息流無差別交流互換。多能協(xié)同強調(diào)以各類能源生產(chǎn)、儲存、輸送和消費特點為依據(jù)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術充分挖掘產(chǎn)業(yè)信息，實現(xiàn)傳統(tǒng)化石能源、可再生能源以及核能等多種能源形式，電網(wǎng)、油氣管網(wǎng)、熱力管網(wǎng)甚至煤炭車船運輸網(wǎng)等多種能源輸送網(wǎng)絡的互聯(lián)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)電、氣、油、煤、熱等多種能源和服務的優(yōu)勢互補與優(yōu)化配置。信息對稱充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術本身高度開放的屬性，實現(xiàn)信息的高速傳導和海量數(shù)據(jù)的存儲，實時高效的雙向數(shù)據(jù)交互技術和數(shù)據(jù)存儲分析技術，實現(xiàn)能源供應商與各個階層用戶之間的信息實時共享與公平開放。供需分散即在未來能源系統(tǒng)中，能效高、啟停方便的分布式能源所占比例越來越大，眾多分散式的能源生產(chǎn)、儲能裝置和需求點通過能源互聯(lián)網(wǎng)相互聯(lián)接，將形成一個“形散而神不散”緊密聯(lián)系的生態(tài)圈。系統(tǒng)扁平，通過功能強大的互聯(lián)網(wǎng)技術和管理分析軟件，將眾多類型的用戶和能源經(jīng)銷商反饋的大量信息進行快速處理，減少中間層級，實現(xiàn)能源供應渠道直營化和短寬化。交易開放，未來每個參與主體的定位將變得模糊，可能既是能源的“生產(chǎn)者”，又是“消費者”，或者隨著時間和場景的變化不斷變換“身份”，這也意味著參與主體之間始終保持開放的交易狀態(tài)。

未來較長一段時期，化石能源仍是中國能源利用的主體，因此化石能源是構建能源互聯(lián)網(wǎng)重要的組成部分之一。能源互聯(lián)網(wǎng)在推進能源生產(chǎn)和消費革命過程中，應立足于整個能源系統(tǒng)的升級，將互聯(lián)網(wǎng)技術與化石能源及可再生能源的生產(chǎn)、運輸、存儲、銷售及貿(mào)易深度融合。油氣管網(wǎng)與電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)一樣具有靈活、可靠的網(wǎng)絡化結構和實時互動的技術特征，相似的運行方式表現(xiàn)出來的相仿的組織模式和市場特點，使得油氣管網(wǎng)更易融入能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。因此，現(xiàn)階段構建的能源互聯(lián)網(wǎng)應以中國能源結構為基礎，融合現(xiàn)有的電網(wǎng)和油氣管網(wǎng)，與互聯(lián)網(wǎng)共同構建“能源廣域網(wǎng)”，融合城市配氣網(wǎng)、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、城市熱網(wǎng)等構建“能源局域網(wǎng)”，采用分散自治協(xié)同模式，達到能源按需傳輸和動態(tài)平衡，實現(xiàn)多種能源縱向優(yōu)化配置和橫向多能互補，構建能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài)。

橫向多能互補，以歷史和實時生產(chǎn)、輸送及交易數(shù)據(jù)為基礎，對不同能源的供應特性和用能對象的需求特征進行智能化分析；以互聯(lián)網(wǎng)技術為手段，加強能源間的互補與融合，突出各類能源之間的相互協(xié)調(diào)，優(yōu)化各能源品種自身產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)跨能源種類的優(yōu)化互補（圖2）。例如，通過能源互聯(lián)網(wǎng)實時掌握用戶電力、熱力需求情況，及時啟動燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)機組，抽調(diào)油氣管網(wǎng)內(nèi)的天然氣轉(zhuǎn)化為電力和熱力，及時滿足用戶需求，提高能源綜合利用效率。

縱向優(yōu)化配置是對各種能源的生產(chǎn)、運輸、存儲、貿(mào)易、用能等環(huán)節(jié)，實施能量流、信息流和業(yè)務流高度一體化管理，支持能源縱向運營優(yōu)化，提升資源配置水平（圖3）。例如當前中國可再生能源發(fā)電棄風、棄光現(xiàn)象仍然嚴重，2017年分別達到12%和6%，造成能源浪費。利用能源互聯(lián)網(wǎng)實時掌握可再生能源發(fā)電上網(wǎng)的波動情況，充分利用天然氣方便快捷優(yōu)勢實時配置調(diào)峰氣電，既可穩(wěn)定上網(wǎng)電力負荷，又可實現(xiàn)天然氣的優(yōu)化配置，實現(xiàn)天然氣與可再生能源互驅(qū)共進，進一步提高清潔能源利用比例。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)核心特征：橫向多能互補

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)核心特征：縱向優(yōu)化配置

（二）油氣管網(wǎng)將有效融入能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

中國油氣管網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的融合發(fā)展已經(jīng)走在了“互聯(lián)網(wǎng)+”傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前列?，F(xiàn)已建成了油氣生產(chǎn)和供給信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)監(jiān)控和運營管理，通過SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制、數(shù)據(jù)采集與傳輸，建成多種業(yè)務管理與優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)了油氣產(chǎn)、運、儲、銷、貿(mào)一體化優(yōu)化。以中石油為例，北京油氣調(diào)控中心負責對國內(nèi)超過5萬公里的油氣管道實施集中調(diào)度指揮、遠程監(jiān)控操作、維修作業(yè)協(xié)調(diào)和管網(wǎng)優(yōu)化運行，已成為世界上調(diào)度運行的管線最多、管道運送介質(zhì)最全、運行環(huán)境最復雜的長輸油氣管網(wǎng)控制中樞。同時，中石油已建成了覆蓋全國2萬座加油站、2 300家天然氣批發(fā)客戶和700萬終端用戶的信息系統(tǒng)。通過油氣價值鏈優(yōu)化系統(tǒng)和電子銷售與交易系統(tǒng)（圖4），形成了以智能的油氣優(yōu)化配置、開放的油氣交易、高效的能源服務為特征的油氣工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構。

現(xiàn)在到2035年，隨著能源革命的不斷推進，油氣供應將在中國一次能源供應體系中的占比逐漸由1/4提升到1/3，對維持國民經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展的作用愈發(fā)重要。油氣管網(wǎng)將為能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)可再生能源消納、智慧能源建設發(fā)揮積極作用。能源互聯(lián)網(wǎng)在油氣領域的建設，將對油氣能量流賦予能源系統(tǒng)全信息屬性，實現(xiàn)信息流對能量流的靈活管控，在多種能源數(shù)據(jù)交互和高效聯(lián)動下，革新油氣產(chǎn)、運、儲、銷、貿(mào)全產(chǎn)業(yè)鏈的運營機制和管理模式，實現(xiàn)油氣行業(yè)能量流和信息流的重構、管理模式和運營機制的重塑，如圖5所示。

圖4 油氣工業(yè)領域互聯(lián)網(wǎng)架構

圖5 能源互聯(lián)網(wǎng)模式下油氣產(chǎn)業(yè)鏈運營機制

四、推動油氣管網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的設想

中國正處在能源生產(chǎn)和消費革命的關鍵時期，能源互聯(lián)網(wǎng)將從根本上提升中國能源產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和消費理念，改變對傳統(tǒng)能源利用模式的依賴，這是對人類社會生活方式的一次根本性革命。中國油氣管網(wǎng)發(fā)展應順應世界能源發(fā)展的大勢，融入能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，推動油氣管網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)融合。為推動油氣管網(wǎng)與能源互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，建議國家和相關行業(yè)應積極采取以下措施：

（一）構建一體化多能互補系統(tǒng)

面對多能融合及智能化能源網(wǎng)絡，需要對不同能源供應特性和用能對象的需求特性進行分析。對不同能源品種的生產(chǎn)、運輸、存儲、貿(mào)易、用能等環(huán)節(jié)實施能量流、信息流和業(yè)務流一體化管理，提升資源配置水平。在供能側通過多類型能源互補集成，提升新能源比重，實現(xiàn)能源的梯級利用，提高能源利用效率；在運輸側構建電、冷、熱、水以及通信等多能源的綜合輸送體系；在用戶側通過負荷資源參與需求響應，實現(xiàn)不同負荷的靈活可調(diào)。

（二）構建綜合能源控制管理和交易平臺

能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展要堅持規(guī)劃和標準先行，建立各能源行業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)共享機制，編制跨能源行業(yè)數(shù)據(jù)標準，建立數(shù)據(jù)整合及共享機制；建設能源互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)體系及監(jiān)管平臺，實現(xiàn)多種能源數(shù)據(jù)的集成、共享和監(jiān)管。

建立市場規(guī)則，將油、氣、電、煤等關聯(lián)程度高的能源品種統(tǒng)一建設綜合性交易平臺，體現(xiàn)能源的市場價值；建立價格指數(shù)，對外形成國際定價權影響力，對內(nèi)實現(xiàn)價格發(fā)現(xiàn)功能，傳遞數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化。

（三）構建智能化油氣管網(wǎng)

將人工智能引入油氣儲運行業(yè)，以適應未來智能化發(fā)展趨勢，構建AI環(huán)境下的油氣儲運運行體系。研究大數(shù)據(jù)在油氣管網(wǎng)中的應用，建立管道實時數(shù)字孿生體，挖掘并應用大數(shù)據(jù)，研究分析模型，建立基于機器學習算法和大數(shù)據(jù)計算框架的知識庫。研究建立智能化油氣管網(wǎng)與未來智能電網(wǎng)等有機融合，油氣管網(wǎng)與其他能源供給方式一體化的智能運行體系。

（四）加快能源體制改革，推動能源互聯(lián)網(wǎng)建設

能源交易市場化是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)揮作用的關鍵要素之一，油氣體制改革將促進油氣交易市場化，按照“放開兩頭、管住中間”的總體原則，加快油氣及電力體制改革的進程，為能源互聯(lián)網(wǎng)建設創(chuàng)造基礎條件。推動出臺鼓勵天然氣與可再生能源融合發(fā)展政策，實現(xiàn)多能互補，加快天然氣管道建設，推動天然氣發(fā)電裝備國產(chǎn)化。