（报告出品方/作者：中国银河证券，吴砚靖、邹文倩）
一、能源互联网的生态架构及演变路径
（一）能源互联网的生态架构与关键变化
能源互联网是将系统性思维和数字化技术与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深融合的新型生态化能源系统，目标以可再生能源优先，以电力为基础，通过多能协同、供需协同找到“能源不可能三角”的平衡点。以新能源为主体的新型电力系统是能源互联网双碳目标下现阶段发展的核心形态。依托新型电力系统建设，整合各类型能源资源，到碳中和阶段，新型电力系统将逐渐发展为更加柔性、更加开放、高度智能的能源互联网系统，并形成新的慧能源的商业模式和生态。
能源系统演化发展趋势中的关键变化：能源系统的结构将转变为集中式与分布式相协调。分布式结构在能源互联网的演变趋势中将产生巨大的增量发展空间。“能源不可能三角”面临的挑战主要是解决能源“清洁、可靠、经济”三者之间的矛盾，由于大量分布式清洁能源的加入加大了供需波动，能源的可靠性要求用户侧深度参与系统的平衡，而经济性要求电力交易主导调度体系。这意味着，传统能源系统和主体间是自上而下集中式决策的资源配置模式，而新能源系统需要构建区域性的分布式自平衡体，在先达到自我平衡的基础上实现与源网荷储的智能互动。具体而言，自平衡体（微网）首先通过“能源就近利用”实现分布式自我平衡，然后通过“能源自远方来”实现不能量交换。能源主体由单一能源的生产、传输、存储和消费者，向集多种能源生产、传输、存储和消费为一身的平衡体转变。
（二）能源互联网的演变路径
能源互联网的演变路径可看成三步：
1、基础设施加快部署，并形成经济规模，包括分布式发电、数字电网、智能微网、虚拟电厂、物联网基础设施的建设等等，目前中国处于这一阶段的初期；
2、在第一阶段形成经济规模后，在配电技术上以“削峰填谷”为内核的时间调度模式和“就地平衡与跨区平衡相结合”为内核的空间调度模式都将逐渐发展成熟；此时，售电和配电市场将进行平台化竞争，平台化能源供给、能源交易与综合能源服务模式也将逐步出现；
3、分布式能源在骨干网络上达到即插即用的效果，基于平台的海量数据呈指数上升，其中蕴含生产运营和用户消费信息，数据成为能源互联网中各利益相关方的重要资产。平台化运将逐渐发展成熟，新的智慧能源商业模式及运营场景将不断产生。
数据将在能源互联网的发展中发挥重要作用，围绕数据将有更多应用场景和商业模式现。数字电网发挥数据的生产要素作用，以数据流引领和优化能量流、业务流；未来电力市场将有更多的主体参与能源和信息的交换，且各个节点的联系将更加紧密，对数据的管理和安全提出了更高的要求，能源互联网的持续发展也要求数据服务的优化升级。
电力市场连接着生产、传输、消费的各个环节，覆盖了市场交易、电网运行、电力生产、用户用能等多个领域，数据来源广泛且规模巨大，在内容上既了市场内部各专业的业务数据，也包括了外部信息，在时间上不仅要容纳历史数据，还要存储实时数据，在空间上既有分布式能源等微市场数据，又涵盖各市场之间的交易数据。因此，围绕数据将有更多应用场景和商业模式出现，在提供能源服务的同时，需要基于市场的海量数据信息，开展数据挖掘等服务，实现数据价值传递。
二、能源系统分布式结构中的三个关键增量环节：储能、微网和虚拟电厂
能源系统分布式结构中，储能及储能系统是核心，储能云网作为连接储能系统的平台将在多领域发挥作用；储能系统是微网的组成单元之一，微网是分布式结构不可或缺的部分，“储能云网+微网”实现区域内功率和电力的平衡；虚拟电厂是储能云网的重要应用之一，强调数据分析和运营，参与电力交易市场，微网可以看作是其职能单元。
（一）储能、储能系统及储能云网
储能具有多种应用场景，包括发电侧、电网侧和用电侧，在不同场景下，储能在市场上体现的价值也有所不同。1）发电侧方面：由于风电、光伏发电等可再生能源分布不均、出力曲线具有波动性和间歇性等特点，发电高峰与用电高峰难以重合，并网后给电网消纳及供需匹配提出挑战，而储能设备可通过集中式可再生能源并网，与可再生能源发电设备相互配合，平滑新能源出力波动，实现供电稳定。
2）电网侧方面：储能在电网中应用，主要安装在输配电侧，在调频、电压支撑、调峰、备用容量、缓解线路阻塞和延缓输配电扩容升级领域中发挥重要价值。由于电网接入的发电量用户负荷的用电量具有瞬时性，电网容易波动变化，为了保障电力系统的安全稳定运行，保障电能质量，需要储能设备提供辅助服务。例如，当线路发生阻塞时，可以将无法输送的电能储存到储能设备中，等到线路负荷小于线路容量时，储能系统再向线路放电；此外，可以利用储能调频速度快的优势，在充放电状态之间灵活转换，使储能成为优质的调频资源；面对突发情况，储能设备可以通过预留有功率储备，保障电能质量和系统安全稳定运行。3）用电侧方面：用电侧方面包括家庭用户和工商业用户，用户可以通过安装光伏和储能设备，实现自发自用，错峰用电，并有望利用储能进行峰谷套利。
储能行业产业链长、应用场景广。随着新型电力系统的提出，可再生能源占比逐渐提升，新能源装机规模迅速扩张，而新能源与常规电源相比，新能源发电单机容量小、数量多、布局分散，具有显著的间歇性、波动性和随机性特点。随着新能源大规模开发、高比例并网，电力电量平衡、安全稳定控制等方面将面临巨大挑战。储能作为支撑可再生能源发展的关键技术，可运用于电力系统的发、输、配、用、调度等多个环节，有助于稳定电网，提供更多应用场景。储能产业链分为上、中、下游三个环节。上游主要为原材料和零部件供应商，其中原材料包括正负极材料、隔膜、结构件和电解液等，零部件包括IGBT元器件、PMIC电源芯片、无源器件、半导体零部件等；中游主要是储能系统集成与运维，包括电池、逆变器、电池管理系统、能量管理系统等；下游涵盖发电侧、电网侧、用电侧的应用场景，且应用场景逐渐多元，随着政策进一步扶持，有望迎来快速发展期。
储能的充放电控制主要由储能系统负责。目前储能系统主要由储能单元和监控与调度管理单元组成：储能单元包含储能电池组（BA）、电池管理系统（BMS）、储能变流器（PCS）等；监控与调度管理单元包括中央控制系统（MGCC）、能量管理系统（EMS）等。其中，能量管理系统是储能系统的神经控制系统，具有运行优化、负荷预测、发电预测、微源调度等功能，实现能量的合理调度和微网的经济运行。
储能云网作为连接储能系统的平台，依托人工智能、区块链、大数据等技术，以储能为核心，可以有序引导储能充放电，优化储能系统充放电控制策略，是集规划设计、能源接入、运行监控、运营分析、调度控制、能源消纳、交易结算、智能运维、能效管理、新能源产业链相关客户服务于一体的平台，可在电网多领域发挥作用。
储能云网平台总体架构：主要包括系统的边界关系、应用分布及系统的内部逻辑。1）从系统边界关系角度来看，储能云网平台需要采集电站侧各系统数据并汇聚到数据汇聚服务器，通过数据汇聚服务器对站内系统进行数据采集并传输。2）从应用分布角度来看，储能云网平台将实现规划设计、运行监测、智能运维、运营分析、设备资产、调度控制、交易结算、能效管理等各类业务应用功能。3）从底层实现的角度来看，电站侧的数据汇聚服务器采用数据推送的方式将收集的各站内系统数据传输到数据中心，通过数据实时处理技术、分布式可扩展的实时智能分析能力，支持各类应用功能，并实现多个电站的全量数据的保存，进行各种对比分析。
储能云网平台功能架构：储能云网平台主要应用功能包括规划设计、运行监控、智能运维、运营分析、设备资产、调度控制、交易结算和能效管理。1）规划设计包括资源分析、智能选址、建站规划等功能模块。2）运行监控包括平台总览、电站总览、拓扑视图等功能模块。3）智能运维包括检修计划、检修履历、故障诊断等功能模块。4）运营分析包括电量指标、消纳指标等功能模块。5）设备资产包括设备台账、资产管理、设备评级等功能模块。6）调度控制包括多能互补协调、清洁能源消纳等功能模块。7）交易结算包括合同管理、计量结算、交易发布等功能模块。8）能效管理包括能耗监测、能效分析、能耗结算等功能模块。
储能作为分布式结构的核心，使得储能云网具有多种应用模式，主要包括新能源运营、工业园区综合能源服务、系统级备用电源租赁托管、交易结算、虚拟电厂等多种模式。例如，工业园区综合能源服务模式中，在用户侧，通过“储能云网+微网”的合作，实现园区办公用电、充电桩用电、数据中心供电和紧急备电等，实现多能源的高效、互补、节约、共享。（报告来源：未来智库）
（二）微网及其智能化实现
微网是由分布式能源、能量变换装置、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，包含了分布式可再生能源接入设计、运行、控制、保护的整体集成技术，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。基于数字化技术，微网可以有效地实现功率的平衡与控制、能量优化、分布式能源装置故障检测与维护等功能。储能系统是微网中不可或缺的单元，储能云网与微网合作，共同实现区域内的用电平衡。
微网作为自平衡体，首要目标是实现局部的功率平衡与能量优化，再与配电网实现能量的双向交换。在微观上，微网可以看做是小型的电力系统，具备完整的发、输、配电功能，利用自身的分布式电源满足微网内负荷的需求，同时配置储能系统以抑制分布式电源的功率波动，可以实现局部的功率平衡与能量优化；在宏观上，微网又可以看作是配电网中的一个“虚拟”的电源，在与配电网并网运行的情况下，通过微网内储能系统的充放电控制和分布式电源出力的协调控制，实现能量的双向交换。这使得现在的电力系统有了更大的柔性和可控性，同时也具有了更多的商业模式。现有研究和实践表明，将分布式电源以微网形式接入到电网中并网运行，与电网互为支撑，是发挥分布式能源效能的最有效方式，具有巨大的社会与经济意义。
微网的关键技术主要包括：1）可再生能源及储能系统直流并网变换器技术；2）直流微网的运行控制和能量管理技术；3）直流微网的故障保护技术；4）微网多端直流互联技术。相对交流微网供电模式，直流具有灵活、高效、可靠等优点，多端直流系统、交-直流混合系统等也是微网重要的创新模式。与此同时，带动一系列相关产业共同快速发展，包括：1）分布式可再生能源关键设备产业；2）微网关键设备产业；3）微网系统运营服务产业；4）变配电自动化产业；5）节能产业。
微网与信息技术结合以实现智能化：第一，使用中央控制器来收集操作信息，直接与SCADA或云服务进行交互，以运行优化算法，将选定的策略部署到不同的互联资产上。第二，因为绝大部分可再生能源都是间歇性的，而微网需要优化各种不同能源的接入，并平衡发电和用电，所以需要物联网技术的互联互通能力。第三，在微网架构之下收集和管理关键数据，需要云计算从海量数据中获取丰富结果，以实现更高等级的资产管理。第四，使用AI算法，在不影响主网的前提下优先保证电网独立性，帮助用户最大化能效管理。在微网的黄金发展周期中，这都将为电力公司、运营商、能源用户等微网利益相关者带来新的竞争力。
目前我国微网示范工程规模不断壮大。年微网个示范工程获批，大部分是园区微网建设，近两年越来越多的示范工程建成并投入实际运行。未来十年微网应用推广将不断扩大，运营将逐渐成熟。
（三）虚拟电厂运营
虚拟电厂的核心是“聚合”和“通信”。虚拟电厂是利用物联网和先进通信技术，聚合分布式电源、储能、可调负荷等各类分布式资源形成的电源协调管理系统。从某种意义上讲，虚拟电厂可以看作是一种先进的区域性电能集中管理模式，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。虚拟电厂最具吸引力的功能就在于能够聚合多种类型的分布式资源参与电力市场运行。虚拟电厂充当分布式资源与电网运营商、电力交易市场之间的中介，代表分布式资源所有者执行市场出清结果，实现能源交易。从其他市场参与者的角度来看，虚拟电厂表现为传统的可调度发电厂。
与传统调电厂相比，虚拟电厂强调数据分析和运营，参与电力交易市场。虚拟电厂的数据分析功能包括采集并分析处理区域中各对象的运行数据，如发电机组的出力和运行效率、用电负荷随时间变化的规律等，并能对这些数据提供有效的检索和调用手段。虚拟电厂的运营和交易功能包括建立区域内的发电费用、用电收益及安全约束模型，进行优化计算，收集市场情报、制订发电计划、签订中远期市场交易合同等。
资源聚合商是虚拟电厂运营的关键角色。资源聚合商主要依靠互联网和大数据技术，整合优化、调度决策各层面的数据信息，增强虚拟电厂的统一协调控制能力，可以通过调节用户负荷来提供削峰填谷等辅助服务，为市场提供更多、更灵活的服务。同时，资源聚合商还可以引导分布式电源、储能等分布式能源以最佳的方式参与电力市场交易，包括签订交易合约、确定竞价方式等问题，并要达到预期的利润水平。
虚拟电厂是储能云网平台的重要应用之一，微网可以看作是虚拟电厂的职能单元。总的来说，虚拟电厂的关键技术包括协调控制技术、交易运营技术、智能计量技术、信息通信技术。储能云网平台实现储能及新能源电站的多方参与、联合生产以及统一调度，达到资源最优调配。例如，可通过建立省级-区域-站级的3层调控模型，实现平台电网、投资商、供应商、用户等产业链各方效益最优化。通过储能云网平台将分布式储能资源或零散分布、不可控的负荷资源转化为随需应变的“虚拟电厂”资源，利用虚拟电厂的聚合功能，形成规模化“削峰填谷”响应，实现储能资源的最大化利用。
三、数字电网：以数字化赋能新型电力系统
数字电网是以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代数字技术为核心驱动力，以数据为关键生产要素，不断提高数字化、网络化、智能化水平，而形成的新型能源生态系统。从10年前的智能电网到如今的电网数字化转型，数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态。
（一）电网智能化投资额占比不断提高
智能电网投资额占电网总投资额的比例不断提高。国家电网公司发布的国家智能化规划总报告显示，电网三个阶段的计划总投资规模分别为亿元、亿元和亿元，其中，智能化投资分别为亿元、亿元、亿元，占比从第一阶段（年-年）的6.19%上升至第二阶段（年-年）的11.67%，并进一步提升至第三阶段（年-年）的12.5%。
“十四五”期间电网建设重点在于配网。“十三五”期间，电网实际投资规模每年维持在-亿元，高于计划。分环节来看，用电环节占到了电网合计投资规模的31%，配电环节占23%，变电环节占19.5%，用电和配电是投资建设的重点。“十四五”期间电网建设重点在于配网，南方电网“十四五”规划投资中配网投资达到亿元，占总投资的近一半。而国家电网“十四五”计划2.23万亿投资中约有30-50%将用于配用电侧。
（二）物联网大有可为：智能传感、平台和终端应用增长
在数字电网的建设要求下，物联网、大数据、人工智能技术将发挥重要作用。其中，物联网智能终端作为采集数据的基础层设施将得到广泛的应用。在数据采集层面，通过广泛部署小微传感、芯片化智能终端和智能网关，采集大量数据，为电网的全面感知提供有效的数据基础，加速实现电网状态、设备状态、交易状态、管理状态的全面透明；基于全面、准确、透明的数据收集和分析，利用大数据技术提供数据分析和挖掘能力，利用人工智能技术增强电网智能分析和决策水平，为新型电力系统提供更加强大的算力，增强电网运行智能化水平。
电力物联网平台架构可分为“云、管、边、端”四个层面。“云”是指物联网平台云，“管”则是指有线/无线通讯方式，“边”是指边缘计算，“端”则涵盖了智能传感、智能穿戴设备、监控监测等智能设备。通过这四个层面建设，可让电力行业的任何时间、地点、人、物之间实现信息连接和交互，产生共享数据，从而为用户、电网、发电和政府社会服务。
在边缘层，智能网关将大量部署。例如，南方电网数字电网研究院研制开发的配电智能网关是在满足国家及南方电网电力系统信息安全规范的前提下，集成路由+交换机功能+智能网关+交流采样+智能蓝牙等多种功能和新技术的新型配电智能网关。新型配电智能网关定位于低压配电物联网核心，采用平台化硬件设计和边缘计算架构，支持就地化数据存储与决策分析，可实现配电网的智能管理。
在终端层，可通过可穿戴设备和监护系统实现员工远距离对管网的管控，以及不同物理位置的员工的协同。电力作业中人员安全监护主要分为两块，即可穿戴设备和监护系统。前者由智能头盔、远程操作系统、智能手表等构成，并以此为基础实现和无线通信技术、监护系统方面的连接。智能头盔与智能手表当中，应用了信息、传感及通信技术，借助这些技术可以实现对操作人员不同功能的检测。例如，语音定位、体征检测、温度测量、音频录制、照明等。
（三）智慧电力运维与监测
提高电力运维与监测的效率与质量，保障电网安全运行是新型电力系统下的必然要求。新型电力系统涵盖了大容量集中式发电厂，以及大量分布式电源和可再生能源，电网更加复杂，且风能、太阳能等具有间歇性和波动性的能源大规模并网将会给现有电网的电能质量和安全运行造成一定压力，提高电力运维与监测的效率与质量是必然要求。
南方电网“十四五”规划再重点提及输、配电侧的智能巡检、设备监控运维。《南方电网“十四五”电网发展规划》提出了在智能输、配、用电建设方面的目标。在智能输电建设方面，南方电网将加快提升输电智能化水平，推进输电线路智能巡视和智能变电站建设。到年，35千伏及以上线路实现无人机智能巡检全覆盖。在智能配电建设方面，南方电网将全面推进以故障自愈为方向的配电自动化建设，有效实现配网状态检测、故障快速定位、故障自动隔离和网络重构自愈，着重“数字化、智能化”，推进“智能配电站/开关站/台区建设”，推进一二次融合设备、智能巡检、设备监控运维等。在智能用电方面，南方电网将推进终端电气化提升，推进综合能源服务，提出“变电站、充换电站、储能站、数据中心、5G基站等多站合一，到年力争多站融合变电站达座，打造智慧能源示范区”。
智慧电力运维是以提高用户侧电力运行安全，降低运维成本为目标，采用智能化运维管理工具，帮助企业建立电力运维体系全方位的信息化、数字化平台，实现设备运行的数字化在线监控与线下维护处理的有机融合，促进运维服务质量的提升，同时降低运维成本。
用户侧变电站属于低压用电范围，传统管理办法是依靠电工24小时值守，用人工来盯守巡视，发现异常情况会通知运维人员检修，这种方法效率低、投入值守成本不少、安全性能不高。智慧电力运维实现了电力设备运行的7*24小时实时监控无死角；实现对电力设备健康状态的智能化分析与预测，及时发现安全隐患，有计划安排处理，保障设备运行更安全；利用大数据分析技术，减少了对现场人员的依赖，降低了对维护人员的技术能力要求，降低生产成本。
四、价值拓展：能源服务、交易平台、运营场景落地
（一）能源服务：企业和家庭能源管理服务
能源管理服务主要包括家庭能源管理(HEMS)、企业能源管理、区域和城市能源管理，通过先进的信息通信技术手段，合理有效地利用水、电、油、气、光、风、储能等多种能源。通过能源管理服务，为政府和企业用户提供覆盖碳排放监测与管理、碳排放数据分析、碳资产管理等全链条数字化服务，还有助于家庭和个人实时了解和管理能耗情况，提高家庭用能效率，此外，在能源服务中，还伴随着相关数据服务，挖掘能效管理的大数据，为社会和区域等更大范围的能源管理提供信息支撑。
在企业能源管理服务方面，以威胜信息为例，公司在自动化技术和信息技术基础上设计开发出的能效管理平台E2Platform，以客观综合能源数据为依据，实现公共机构和商业中心等楼宇建筑、数据中心、工业园区和企业单位水、电、气、热等能源消耗的监控、分析、统计、控制，帮助客户实现节能降耗、改变传统用能方式、提高用能效率和安全。
家庭能源管理系统是能源互联网在居民侧的延伸。在传统能源系统下，家庭用户是能源的消费者，被动参与能源系统的运行，而在新型电力系统下，家庭将集发电端和用电端于一体，主动参与到能源系统中，发电站和家庭用户的关系也不再是一对多，而是多对多的关系，用户和发电站将协同工作，实现电网智慧化发展。未来的家庭能源管理系统，有望在各种电力设备、家用电器中植入智能芯片，运用“互联网+”、大数据、云计算等新技术，采集用电设备的相关信息，例如功率、负荷、用电量等，并形成信息互联网，各个家庭可以随时了解和管理家用电器，从而提高家庭用能效率，实现节能减排和低碳环保。电网和用户之间将形成双向的能量流，家庭用户不仅可以消费来自电网的电能，而且可以将本地分布式发电装置产生的多余电能售给电网以获得相应的经济效益。
（二）交易平台：碳交易、绿电交易
全国碳排放权交易市场是将二氧化碳的排放权当做商品来进行买卖，需要减排的企业会由政府给予一定的碳排放配额，成功减排的企业可以出售多余的配额，超额排放则需在碳市场上购买配额。我国目前采用碳排放定价（碳定价）机制，可以通过碳价信号促进资源的合理配置、激励企业转型升级、减少社会总排放、推动社会向清洁低碳转型。碳市场是实现“碳达峰”与“碳中和”目标的核心政策工具之一，碳市场的建设日趋重要。
料来源：《碳投资产品要素与交易机制》，中国银河证券研究院碳市场正式开启，发电行业全国先行。年，按照“十二五”规划纲要关于“逐步建立碳排放交易市场”的要求，中国在北京、天津、上海、重庆、湖北、广东及深圳7个省市启动了碳排放权交易试点工作。年起，7个地方试点碳市场陆续开始上线交易，逐步摸索全国碳市场建设，促进了试点省市企业温室气体减排。年12月，经国务院同意，国家发展改革委印发了《全国碳排放权交易市场建设方案（电力行业）》，中国碳排放交易体系总体设计完成并正式启动。年年底，生态环境部出台《碳排放权交易管理办法（试行）》，印发《-年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）》，正式启动全国碳市场第一个履约周期。年7月16日，全国碳市场正式开始并启动上线交易，发电行业成为首个纳入全国碳市场的行业，纳入重点排放单位超过家。
电力企业成为碳交易主体。在我国碳排放总量中，发电行业的碳排放量占比较大，年占比46%，因此，发电行业成为节能减排突破口，率先启动全国碳排放交易体系。根据我国碳排放权交易市场建设体系的整体设计，碳市场将重点覆盖电力、钢铁、石化、化工、建材、有色、造纸、民航等领域，但目前我国碳交易市场处于试验阶段，首批市场参与主体仅为电力企业。从碳交易试点市场行业分布来看，电力行业试点最广，参与度最深。根据碳市场的发展历程和发展现状，电力行业是最早参与碳市场的行业之一，其碳市场建设处于全国领先水平，且碳市场的交易主体集中在电力企业等重点排放单位，电力行业及相关企业值得重点