能源互联网资源配置效应分析

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摘要：作为第三次工业革命核心，能源互联网的提出和发展必将对能源资源开发、配置等产生重要影响。理论研究发现：第一，能源互联网会带来电力供应主体的大幅增加，从而降低电力价格，增加消费者以及整个社会的福利。第二，借助能源大电网和特高压技术，能源互联网可以实现能源的跨区域转移，而能源互联网储能技术的发展，可以实现能源的跨时期配置。第三，能源互联网衍生的共享经济，能够实现闲置能源的最大化应用，有助于缓解能源市场上信息不完全问题，让能源买卖双方更有效地达成交易。第四，能源互联网有助于实现从化石能源到清洁能源的转变以及大规模的电能替代，实现能源结构的转变。第五，能源互联网具有明显的网络外部经济性，能够提高能源市场产品的多样化并扩展能源市场发展的深度。本文研究的重要政策启示是：发展能源互联网可以显著优化能源资源的配置，是解决我国能源问题的重要途径。

关键词：能源互联网；共享经济；能源结构；资源配置

一、引言

能源是经济社会的“血液”，是人类生存和发展的重要基础，也是维持社会经济运行的动力，历史上每一次工业革命都离不开能源使用类型和方式的革新，正是这一革新推动着人类社会的发展与进步。然而，随着工业化和现代化的飞速发展，在迄今不到三百年的时间里，地球所蕴藏的煤炭、石油和天然气等化石能源已被人类消耗近半，且消耗的速度仍在不断加快。在人类大量消耗化石能源的同时，化石能源燃烧引发的雾霾，也正以前所未有的形势严重威胁到人类自身的健康。能源消耗的不断增加、环境的持续污染、全球气候的快速变化、现有架构局限和矛盾的凸显，所有这些都预示着人类二百多年来传统的能源生产和消费方式难以持续，推动能源进行新一轮革命势在必行。2015年9月，中国国家主席在联合国发展峰会上发表了有关构建全球能源互联网的重要讲话，旨在倡导构建全球以电力为核心的能源网络，推动电力能源的高效绿色利用，满足全球不断增长的用能需求。这一观点是对传统能源发展观的历史超越和重大创新，开启了世界能源发展的新格局。全球能源互联网是能源互联网空间范围的进一步外延，让能源交换、能源传输、智能服务、信息交互与市场交易等多个阶段和产业融为一体，是代表人类未来区域和全球能源网络的基本形态。因此，作为第三次工业革命核心，能源互联网的提出和发展必将对统筹能源资源开发、配置与利用产生重要影响，对保障能源安全、高效、清洁供应，促进经济和社会可持续发展具有重要意义。资源配置是经济学研究的核心，在我国，面临能源需求不断上涨和迫切转变发展方式的双重任务下，研究能源互联网对资源配置的影响无疑具有很强的时代价值和意义。如果能通过本文的分析和研究，从理论上阐明能源互联网对资源配置的影响，将对优化中国能源的资源配置、提高能源利用效率提供重要参考和启示，有利于找到能源转型发展的重要突破口。因此，本文的研究既具有一定理论价值，又具有重要的实践意义和时代内涵。本文的边际贡献在于：（1）把能源互联网这个具有较强技术性的工科领域与经济学这一人文社会科学领域结合起来进行交叉研究，实现不同学科研究领域的交叉与融合；（2）能源互联网作为一个新兴领域，从2013年才开始进入学者的研究视野，其对经济方面影响的分析还非常缺乏，对资源配置的分析更是鲜有涉及，而资源配置却是经济学研究的核心问题，本文初步阐释了发展能源互联网具有的资源优化配置效应，揭示其中的具体理论机制。

二、能源互联网概念与文献综述

1.能源互联网的概念与特征。（1）能源互联网的概念能源互联网是一个新兴的概念，是在经济社会与科学技术不断发展的基础上产生的，其本身具有一定的复杂性。目前，世界范围内对能源互联网的概念并没有一个统一的定义。学术界相对比较集中的一种观点认为，能源互联网是综合使用各种先进的电力技术、信息技术和智能管理等技术，借助互联网的信息优势充分收集各个用户的能源信息，借助大数据、云计算等先进技术和高智能优化控制软件指导能源网络的运行调度，使智能电力、热力和天然气等网络控制性的能源节点互联起来，最终建立能量信息和物流等多向流动的共享网络。能源互联网全部功能在现有的技术水平下还难以全面实现，但是实现跨区域、跨国的全球能源互联互通与大范围能源的优势互补已是未来大势所趋。（2）能源互联网的特征能源互联网具有开放、平等、互动、共享等方面的本质特征。从能源互联网内部结构看，能源互联网兼顾着电网、热网、天然气网、石油管道、信息网等多个能源网络，能够充分、有效的利用传统能源和新型分布式可再生能源，满足终端用户多样化的能源需求；从能源互联网的运营角度看，能源互联网能提供能源供给者与消费者实时互动、相互竞争的能源市场；从消费者角度看，能源互联网为消费者提供公共能源交换和共享平台，既让消费者能够充分表达自身意愿，又能满足消费者的各种意愿。由此得出，能源互联网同时还具有可再生性、分布式、互联性、开放性、智能化的内容特征。2.能源互联网研究综述。Rifkin（2011）在其出版的《第三次工业革命中》中提出能源互联网的概念，认为能源互联网将是第三次工业革命所要实现的重要内容。因此，Rifkin被学者们尊称为“能源互联网之父”。DarrenK.等（2017）从能源路由器的角度研究能源互联网问题，认为能源互联网是建立在新一代智能电网基础上的，新一代电力系统将包含大量可再生能源，能从根本上改变能源管理模式。黄勤（2014）从个体用户在能源交易中扮演的角色视角定义能源互联网，认为能源互联网能够使个体用户的潜力得到充分发挥。董朝阳等（2014）给出了能源互联网的初步定义，认为能源互联网是互联网技术与可再生能源技术的结合，是分布式可再生能源的大规模利用，能够促进能量信息流和交通流耦合而成的复杂能源多网交流体系。曹军威，杨明博等（2015）对能源互联网的理解更倾向于在电网的基础上进行多种能源的传输和使用。此后研究能源互联网的专家学者，都基本是从工程技术层面进行分析，从经济学方面研究的相对缺乏。随着能源互联网的不断发展，学者们对其关注程度也日渐提高，通过对国内外相关文献的回顾，现有的研究主要存在以下不足：能源互联网作为第三次工业革命的核心，还是一个比较新生的事物，能源互联网的发展还处于探索阶段，学者对其的研究才刚刚开始，从经济学的角度探讨能源互联网经济效应的文献还相对稀缺。为了加快清洁能源的使用，解决人类面临的能源问题，亟须从理论上阐述能源互联网对能源配置与利用等产生的深远影响，彰显能源互联网的优势，从而树立发展能源互联网的信心。

三、能源互联网影响资源配置的理论分析

资源配置作为经济学研究的核心，资源配置是否合理、是否最优将对一个经济体的资源利用效率产生决定性影响。因此，优化资源配置，不仅涉及资源在不同个体之间的优化，还包括资源在时间、空间、总量与结构上的优化配置。基于理论的分析，本文考察能源互联网的发展能否改善资源配置，以及会通过哪些渠道和机制产生对资源配置的影响，全面考察能源互联网的资源配置效应。1.能源互联网带来能源供给主体增多的资源配置效应。传统上电力商品是同质商品，为了论证能源互联网带来能源供给主体增多的资源配置效应，本文构建了垄断、双寡头、N个电力供给企业在古诺竞争情况下的博弈模型。限于文章篇幅，这里省略模型只介绍模型的核心结论：随着电力供给主体的增加，从电力的垄断厂商，到双寡头厂商，再到N个（N>2）厂商，市场的均衡电力价格趋于不断下降，消费者福利趋于不断增加，社会总剩余趋于不断增加。能源互联网的发展，能够让能源生产者和能源消费者融合为一体，二者可以实时相互转化，大幅度提高能源供给者的数量，个人、群体都可成为能源互联网上能源供给的一员。因此，博弈模型纳什均衡的结果预示：能源互联网的发展，会带来电力市场上供给主体的大幅度增加，这有助于降低市场均衡时的电力价格，改善资源的配置，实现社会福利和消费者剩余的增加。同时，能源互联网带来的改变，可以真正让电力实现资源的市场化配置，形成近似完全竞争的市场，这同样会提高资源的配置效率，改善社会的福利状况。这一结论也为我国坚定不移地发展能源互联网提供了理论支撑。2.能源互联网带来能源时空转移的资源配置效应。能源互联网，从根本上解决的是可再生清洁能源在空间地理、时间分布上的配置问题。受地理位置、自然气候、地形地貌、经济发展等因素的影响，不同区域内必然存在能源发展不均衡的情形。有的地方能源充裕却缺乏用能负荷，能源得不到充分利用，出现能源闲置；有的地区能源需求大但缺乏能源的有效供给，出现能源供给不足、影响经济发展的情况，空间上能源中心与负荷中心的逆向分布导致资源配置的不合理。即使在同一个地区，一天中不同时间用能负荷也存在较大差异，白天用能负荷大，夜晚用能负荷小，这样便出现能源在空间和时间上的错配，这显然会导致资源配置的不合理和资源利用效率的低下。（1）能源互联网实现能源跨区域转移有利于优化资源配置我国是典型的能源资源富集区和负荷中心逆向分布的国家。我国能源分布格局呈以下特点：煤炭资源主要集中在华北、西北地区，而中国的电力消费和发电装机主要集中于华北、华东和华南地区（即发达沿海地区），火电机组与煤炭资源呈严重的逆向分布格局；而可利用发电水资源主要集中在西南、华中地区，水电装机分布与负荷中心也不一致；油气方面，同样也出现了较严重的资源与负荷中心的逆向分布。伴随经济快速发展和能源消耗快速增长，区域内部能源资源和电力负荷分布不均的矛盾将日益尖锐。对于满足能源稀缺地区的能源需求，实施能源资源集中化、规模化开发，实现能源统筹优化配置，提高能源生产、传输、存储、利用效率的需求已迫在眉睫。如何构建高效的跨区域能量传输通道，成为优化能源资源配置的重要途径和选择。能源互联网中的智能电网作为多能耦合互补的核心枢纽，以其完善的体系架构和极强的拓展性，成为最具优势的跨区域能源传输工具和通道。以特高压柔性输电为代表的先进输电技术，已经成为构建能源互联网的重点。特高压柔性输电可以有效提高远距离大容量能源输送效率（输送容量大、输电距离远）、减少能源输送损耗（单位损耗小）、降低能源输送成本（输送成本低），在孤岛供电交流系统互联、大规模风电场并网等方面具有明显优势，可实现跨区域能源高效传递和能源统筹优化配置。能源互联网在未来将突破空间地理约束，让清洁能源、化石能源实现跨区域高效利用，在全球能源配置中将发挥重要作用。中国是全球最大的能源生产国与消费国，能源需求在未来一段时间还将持续保持增长。在中国能源资源与负荷中心呈逆向分布的背景下，发展能源互联网可以将相隔千里的太阳能、水能、风能联系在一起，资源的空间距离不再成为资源传输和配置的障碍，不同可再生能源形式都能够得到充分利用。可以说，能源互联网高效架起了能源中心和负荷中心的桥梁，通过智能化的配电系统精确配置到每个消费终端用户，实现了能源跨区域大范围的转移，这大大提高了资源配置效率，实现了广域范围内的资源优化配置（2）能源互联网的储能装置优化了资源配置储能是清洁能源发展必不可少的重要环节，对于能源互联网能源统筹、优化、配置，提高能源利用效率具有积极的促进作用。在能源生产环节，储能装置是清洁能源并网的缓冲区。清洁能源是能源互联网的主要供给来源，但风能、太阳能为代表的清洁能源发电具有间歇性和波动性，大规模接入势必对电网稳定性产生冲击，储能装置的引入可以有效解决清洁能源处理不稳定难题，从而提高电能质量，维护电力系统稳定性。分布式储能系统具有配置灵活，单个项目投资低，与用户实际需求贴近等一系列优点，可与分布式光伏发电、削峰填谷、电费管理需求响应等密切联系。大型分布式储能项目在利用峰谷价差节省电费开支为主要目的，同时兼顾提供光伏利用水平，参与需求响应、延缓电力系统改造升级、参与电力辅助服务等收益点。在工商业用电峰谷价差较大的地区，利用储能削峰填谷，可以节省电费的投资回报期，储能在工商业领域的应用已经展现出良好的经济效益。电力系统中的储能技术的应用，可以改变电能生产、输配和消费必须同步完成的传统模式。储能技术将涉及未来智能电网建设的各主要环节，必将是能源互联网的重要组成部分。同时在接纳风电、太阳能发电等间歇性新能源入网方面，储能技术发挥着至关重要的作用。在能源传输环节，储能装置是削峰填谷的蓄水池，用电昼夜峰谷差异导致发电机组夜间利用率低下，造成能源浪费，储能装置的引入可以将夜间电量储存至用电高峰时使用，这可大幅度提高发电机组整体利用效率，增加总电能供应量。在电能消费环节，储能装置是用户存储电能的私人仓库。在需求侧引入储能装置，可以为用户提供高质量不间断供电电源。此外储能还是实现需求侧管理、平滑负荷、调整频率、补偿负荷波动的有效手段。储能技术的重要价值还具有节约能源、减少建设投资以及保证电力系统安全等方面的作用。因此，能源互联网储能技术可实现能源的跨时期配置，可在电价低谷时段向储能系统充电，在电价高峰时段，储能系统向本地负荷放电，实现通过低买高卖、套利或者减少本地电费支出等方式，提高单位能源价值，提高资源利用效率，优化能源资源的配置。33.能源互联网的信息优势带来的资源配置效应（1）能源互联网衍生的共享经济优化了资源配置能源互联网是采用互联网思维与理念来发展能源行业，变革能源供给、消费的各个方面。如果说智能电网还只是在传统电网架构上，使用智能化和信息化的手段提高电力设备的利用率、电能服务质量、电网安全可靠性以及可再生清洁能源的接入等问题的话，那么能源互联网与其根本区别在于能源互联网采用信息互联网的技术、理念和方法，实现能源行业领域架构的根本重大变革，让能源可以像互联网信息共享那样，实现能源领域的开放共享与交换共享。能源互联网的核心价值是互联共享，即各参与主体无差别对等互联和能源共享，“四流”高度融合，能源供需双向互动，各参与主体间多项互动，保证清洁可再生能源以及分布式能源的大规模接入并网，满足电力等用能个性化需求，提高需求侧管理精细化水平，推动区域内多种能源的协调互补和高效配置，进而通过区域互联实现广域互联共享和能源优化配置。能源互联网不仅可以实现能源资源的共享经济，还可以实现电动汽车、数据信息的共享，通过共享可以将闲置的能源重新分配，提高能源资源的利用率，优化资源的配置。（2）能源互联网缓解信息不完全优化了资源配置在能源行业中，市场是否有效以及对能源资源的配置是否有效率，也与能源市场的参与主体获取信息的能力高度相关。从整个产业链上看，从能源生产到能源利用的整个阶段，能量流动、信息流动和价值流动三者都是紧密联系、彼此耦合、相互影响的。能源交易双方的信息不完全，既不利于实现能源资源的优化配置，也不利于能源使用效率的提升。能源互联网将信息互联网技术及其思想大范围引入到能源行业，促进能源互联网内部设备信息的交互，显著提升能源市场的信息充分度、透明度，极大缓解能源市场上的信息不完全问题。借助于能源互联网的信息优势，能源生产、能源消费实现双向互动，减少了信息的不对称，可以为能源消费者、生产者提供一个交易平台，极大提高能源生产和消费的交易效率，让能源交易接近于社会最优的社会均衡点，达到能源生产与消耗的最优化配置，实现能源交易的帕累托最优，从而提升能源市场的资源配置效率。而且通过能源大数据的挖掘指导能源的运行，并实现以用户为中心的能源供给，也可以更好地促进能源消费，实现能源资源的优化配置。44.能源互联网实现能源结构转化的资源配置效应（1）能源互联网带来从主要依赖化石能源到清洁能源的转变能源互联网以可再生的清洁能源为主导，因此，能源互联网必然有助于实现社会能源结构从传统化石能源向清洁能源的转变。从世界长远角度看，化石能源的储量是有限的，开发成本也将随着开发难度的增大而提高，必须寻求能源开发的突破口。而全球清洁能源储量巨大，水能、太阳能、风能等清洁能源均可再生，理论可利用量远超人类社会全部的用能需求。近年来随着清洁能源相关技术的不断发展和成熟，借助能源互联网，清洁能源的大规模开发已经提上日程。目前，清洁能源已经成为增长最快的能源品种，随着能源互联网的发展，清洁能源将逐步成为主导能源，实现从化石能源到清洁能源的配置，大幅度提高清洁能源的使用效率。特高压柔性电网将相隔千里的太阳能、水能、风能等清洁能源联系在一起，使得东部沿海城市的海上风能及潮汐能、西北地区的太阳能、西南地区的水能都能够得到充分利用，并通过能源互联网传输到能源需求中心。各种分布式电源广泛分布在各个城市和乡村，以清洁能源为特征的能源生产革命将在全国以及全球兴起、发展、壮大。届时到2050年，清洁能源占一次能源消费比重将提高至80%，成为世界主导能源（刘振亚，2015），实现社会资源从化石能源到清洁能源的配置，优化能源结构。（2）能源互联网带来的电能替代实现能源结构的重大转变能源互联网是以电力为核心，以电能、智能电网为基础。因此，发展能源互联网将优先发展电力、电能，实现电能替代。电能替代是指在能源消费上以电能替代煤炭、石油、天然气等化石能源的直接消费，提高电能在终端能源消费中的比重。与其他能源品种相比，电能的终端能源利用效率最高，可以达到90%以上，且传输便捷、使用过程清洁无污染，电能还可以实现多种形式能源的相互转化，所有一次能源都可以转化为电能。随着特高压输电技术以及智能电网技术的快速发展，光伏发电、风力发电等新型能源发电逐渐代替了火力发电。以特高压为基础的坚强智能电网，实现了不同城市之间的能源互联，可再生能源的大规模跨区输送，和以电代煤、以电代油、电从远方来的美好愿望。依托成熟的信息通信技术和电子电力控制技术，各种形式的新能源和可再生能源并入大电网，确保了分布式电源的大规模接入，实现了电从身边来的新局面。在能源互联网的发展期，将长期存在以电为核心，电、气、热等多种能源网络接口和互联等能源形式协调互补的发展格局。电力的传输配送过程，本质就是能源资源优化配置的过程，实现电力替代将在很大程度上提高能源配置效率，优化能源消费。除以上能源互联网存在的资源配置效应外，能源互联网还存在显著的网络外部经济性。网络的外部经济性是指随着网络规模的不断扩大，可以使每个网络用户都能获得更大的收益。能源互联网跨区域大范围的互联互通有利于在更大范围内进行资源的优化配置，有利于区域内更好的获取网络外部经济性。电力领域的网络作为一种特殊的网络，其外部经济性更为特殊，主要表现在以下方面：第一，随着电网区域规模的扩大、网络密度的加强，可把原有相邻的相对较小规模电力网串连起来（互联），这样可以形成各局部小电网互为安全备用容量（类似于保险），从而可以很大程度上减少社会总的备用容量，这样就可以大幅度消减全社会整个装机容量，进而大大降低建设电站（电源）的设备投资；第二，随着区域电网规模的扩大，有利于电力系统的负荷调整，获得更多的错峰、调峰的自由度以及事故的备用资源等；第三，电网规模的扩大，可以跨流域跨区域调节各种能源，为在更大范围、更高幅度内进行电力调度、提高电网效率提供了空间，可以获取电网更大的经济效益。因此，能源互联网可以更好地发挥电网的网络外部性，可以更大范围内优化能源资源的配置。能源互联网还能显著地提高能源市场产品多样化，促进市场深化，扩大能源市场交易的规模。在能源互联网时代，电力市场可以逐渐形成产品多样化、消费个性化的形式，这种需求形式很可能迅速演变为能源消费的主流形式，并直接体现出消费者明显迥异的异质性消费特征。在这种消费模式下，消费者既可以选择消费水力电能，也可以选择消费生物燃料电能、化石燃料电能等其他能源形式。这样能源互联网就可以满足能源消费者异质性的能源需求，满足多样化的电力消费特点，更好地促进电力市场的发展，实现多能源的优化配置。此外，能源互联网还能显著地扩展能源市场发展的深度，实现更大程度上能源资源的优化配置。在能源互联网发展背景下，多样化的需求类型大大刺激了能源互联网多种产品的生产和交易，从而真正形成能源的长尾市场形式，有效拓展能源市场的发展深度，优化资源配置。

四、结论与政策启示

我国传统以化石能源为主的能源结构问题日益突出，而能源互联网作为第三次工业革命的核心，将对能源的资源配置发挥重要的作用。本文通过理论分析，研究了全球快速崛起的能源互联网对资源配置产生的重要影响，以期为我国发展能源互联网提供理论支撑和文献支持。本文的主要研究结论如下：（1）在能源互联网带来能源供给主体增多的资源配置效应中，发现能源互联网的发展会带来市场上电力供给主体的增加，这会带来电力价格的下降，增加消费者的福利以及整个社会的福利。因此，能源互联网可以通过能源供给主体的增加显著改善资源的配置，起到优化资源配置的效应。（2）在能源互联网带来能源时空转移的资源配置效应中，研究发现，能源互联网借助能源大电网和特高压柔性技术，可以实现能源跨区域的转移，把能源从丰裕地区转移到稀缺地区，这在空间上优化了能源资源的配置；而能源互联网的储能装置，可以实现能源的跨时期配置，从而优化能源资源在时间上的配置，这也提高了能源资源的使用效率。（3）能源互联网的信息优势和交易平台衍生出的共享经济也优化了资源配置。能源互联网架起了能源需求者和能源生产者的桥梁，这使得部分能源消费者可以把自己暂时闲置的一部分能源，借助能源互联网分享给那些能源需求者，实现闲置资源最大化的应用；能源互联网还能缓解能源市场上信息不完全问题，让能源买卖双方更有效地达成协议，优化资源配置。（4）能源互联网具有能源结构转化的资源配置效应，实现大规模的电能替代，将推进从主要依赖化石能源到清洁能源的转变。（5）能源互联网具有其他途径的资源配置效应，如具有明显的网络外部经济性，可以提高能源市场产品的多样化并显著地扩展能源市场发展的深度等，这都在一定程度上有利于能源资源的优化配置。本文通过理论分析，揭示了能源互联网对资源配置产生的巨大效应。启示我们，要重视能源互联网对我国能源供给与能源消费的革命性意义。能源互联网对我国优化能源资源配置，提高能源利用效率具有重要积极影响。尖锐的能源供给-消费逆向分布的紧迫性，以及发展能源互联网的优势和紧迫性都要求我国重视能源互联网关键核心技术的开发，加快能源市场化的改革步伐，完善能源互联网的发展机制，以解决我国目前面临的能源资源问题，让能源互联网发展的春天早日到来。

作者:杨锦春 刘慧 单位:盐城新奥燃气有限公司