信息能源融合在向廣義的環(huán)境擴展
《能源評論》：在萬物互聯(lián)時代，您對于未來能源系統(tǒng)有何期待和評價？
薛禹勝：未來的能源系統(tǒng)應該讀為能源領域中的信息-物理-社會系統(tǒng)，它由廣義的物理系統(tǒng)，包括綜合能源系統(tǒng)及廣義的環(huán)境系統(tǒng)，綜合信息系統(tǒng)，以及各種社會行為深度融合而成。其中的綜合能源系統(tǒng)的核心是當前在二次能源中占絕對主導的電力和電網，但為了保證電力的安全，必須考慮整個能源流的上下游，即一次能源和終端電源，可再生能源對于化石類能源的替代對電力安全性和充裕性的影響，用戶用能模式的改變對于電力安全性和充裕性進行互動等等。
人類的可持續(xù)發(fā)展不僅需要能源，還有賴于經濟和環(huán)境的安全，它們彼此之間是相互影響相互關聯(lián)的，不能孤立地研究某一方面、某一領域，而應該從全局高度考慮。
《能源評論》：與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)相比，在現代化能源系統(tǒng)中，相關要素間的關系有何不同？
薛禹勝：在原來的系統(tǒng)中，不同的一次能源如煤炭、石油、天然氣，以及不同的產業(yè)如電動汽車、制造業(yè)、智慧城市等等，都是完全孤立的領域，現在則連接成了一個無法分割的整體。但是因為不同領域中的信息源、信號組織形式并不一樣，所以如果缺乏完整的設計和良好的信息系統(tǒng)溝通機制，不可能把相關領域中的任務連接成一個整體的任務。
《能源評論》：既然這些聯(lián)系越來越緊，那么是否意味著電力系統(tǒng)需要把關注目標擴展到周邊領域？
薛禹勝：這種必要性、重要性越來越突出。比如，智能電網中的專用通信網的功能就需要從電力系統(tǒng)擴展到其他環(huán)節(jié)，不僅要考慮各種非電的能源系統(tǒng)，而且要考慮相關的非能源領域。在電網內部的物理系統(tǒng)，需要和信息系統(tǒng)深度融合，以保障電力供應安全、清潔、靈活和經濟，所以需要引入不同類型的數據，包括經濟領域、人的用電習慣，自然界中的云圖、臺風圖、影像、照片等等非文本形式的信息，實現信息系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的真正互聯(lián)。
但要注意的是，這種融合不是把能源網和信息網簡單地混雜在一起，更不能把IT領域的詞匯生搬硬套到能源領域中。因為因特網（Internet）是支持信息流的計算機技術，而能源流服從的物理規(guī)律與信息流不同，同樣需要專用網的傳輸。所以能源互聯(lián)系統(tǒng)應該實現二者在支撐層面的深度融合，才能保證能源流的全面監(jiān)控及優(yōu)化。
《能源評論》：有人認為，隨著清潔能源崛起，基荷和基荷電廠的概念將逐步失去意義，因為基荷電廠也需要靈活運行，在靈活運行下實現電力系統(tǒng)可靠性才是王道。您怎么看？
薛禹勝：是這樣的。從能源流來看，一次能源轉換成電能后，才接入電力系統(tǒng)。在一次能源可控，負荷平穩(wěn)可預測的情況下，才有可能孤立考慮備用容量及備用電量。當一次能源實現了大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電替代后，按傳統(tǒng)方式保留固定比例的備用容量的方式，不再能保障能源安全充裕。此外，除了能源流，綜合能源系統(tǒng)還要和自然界、社會主體進行交互，也會和通信系統(tǒng)、應急管理、市場監(jiān)管發(fā)生關系，任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生重大事件，都會通過交互耦合的關系，造成整個能源系統(tǒng)的故障。
目前，大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W之后的嚴峻挑戰(zhàn)還沒有被充分認識到。我們真正要解決的問題是，當可再生能源占比達到70%，甚至更多時，電力系統(tǒng)和電網應該如何支撐，怎樣保證綜合能源系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的安全，尤其需要從頂層設計上給予考慮。
研究需要以人為本
《能源評論》：您認為，電力系統(tǒng)和信息系統(tǒng)深入融合后，未來還會如何演進？
薛禹勝：到現在為止，絕大多數的研究都是把電力系統(tǒng)與信息系統(tǒng)的安全性、經濟性兩者隔離開進行的。未來要拓展到更大的物理系統(tǒng)中，要從電力系統(tǒng)向它的上游拓展，要研究煤炭、風電等不同類型的能源品類出力變化的關聯(lián)、可再生能源的波動性如何引起負荷和一次能源的不平衡與損失等。從系統(tǒng)角度而言，電力系統(tǒng)要了解外部的環(huán)境，比如污染排放、自然災害等的影響，從事氣象、自然災害防御的人也應了解電力系統(tǒng)的安全運行機理。
《能源評論》：目前電力經濟研究還沒有很好解決人的行為和需求問題，您認為挑戰(zhàn)在哪里？
薛禹勝：從信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-PhysicalSystems）視角看智能電網，電網系統(tǒng)關注的對象只是能源系統(tǒng)中的一個核心環(huán)節(jié)。要保障電網運行安全，需要廣域采集能源及廣義環(huán)境系統(tǒng)，以及社會行為的數據，挖掘知識并做出決策支撐。人的行為涉及所有的環(huán)節(jié)，性質不僅包括正常博弈的不確定性，以及惡意攻擊。在緊急狀態(tài)下，人的反應能力跟不上的情況下，要靠計算機系統(tǒng)實現閉環(huán)控制。
雖然社會元素原來也被納入經濟性研究范疇，但是沒有很好地融合到整體框架中。我們現在強調以人為本，就是要充分考慮廣大的共同需要和個別人群的特殊需要，以及這些人是怎樣參與到市場博弈中去的問題。
以前，我們只是定性地去講、僅僅用語言去描述這個問題，如果要進行精細化研究，就一定要有定量的分析。這需要在社會學、人類行為學當中找到新的研究方法，需要數學模型，也要考慮不同角色的參與者行為的影響，包括：他們在不同的環(huán)境和場景之下，是如何理性及非理性地博弈，又是如何影響能源系統(tǒng)運行的，這是很大的一個挑戰(zhàn)。
《能源評論》：在具體的能源應用中，該如何處理這種參與者的博弈行為與整個能源系統(tǒng)運行的關聯(lián)？
薛禹勝：在市場框架之下，不考慮人的因素，用完全理想的數學模型來解決、分析和控制問題，是不接地氣的方法。
以電動汽車充放電為例。目前廣泛研究的V2G技術是指電動汽車的電池參與備用輔助服務市場，減少可再生能源發(fā)電波動性對電網的壓力。但這是建立在一個假設的前提下，即汽車停在充放電站時，電池就可以被服務商或者調度人員調用。這是一個脫離市場環(huán)境的假設。但現實因素是如何取得車主的認可，包括充放電之間的電量損失及電池壽命如何補償？用戶臨時改變行程出行，但發(fā)現電池電量不足的補償問題。實際上，要解決V2G參與電網的分析和控制方法，一定要充分考慮電動汽車發(fā)展的各個環(huán)節(jié)，包括購買、出行、充電和備用服務等不同場景下，人們的行為怎么樣參與博弈。當然，也不能為了補償而“用力過猛”，甚至違背市場規(guī)律。
《能源評論》：對于戰(zhàn)略性問題，比如能源轉型路徑優(yōu)化的問題，您認為，這樣的科學方法該如何發(fā)揮作用？
薛禹勝：這樣的方法同樣可以應用于關于能源轉型的科學決策。比如，我們現在制定的2030年和2050年能源轉型目標，僅以非化石能源占比為例，相關數字是怎么算出來的，為什么會是20%和30%，為什么不是少一點或者多一點？
在我們承擔的中國工程院重大研究和咨詢項目中，針對我國能源轉型到2050年的目標、路徑和優(yōu)化問題，給出了相應的解答：作為一個多領域的交互問題，需要先確定能源轉型問題涉及的物理系統(tǒng)的數據模型，包括一次能源的石油、煤炭，以及清潔能源的技術經濟特性等。然后建立經濟模型，對每一種系統(tǒng)都有對應的市場行為，要能夠反映市場交易方式，以及參與者的互動，包括參與者的理性和不理性的各種行為，如政府補貼政策的改變怎樣影響市場行為。最后，對于能源系統(tǒng)、經濟系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等相關市場的互動，需要通過實時和分時間段的仿真推演進行驗證。