浅析能源互联网电力技术及其微观应用

 

关键词：能源互联，体系架构，smart模型，局域微网

 

1.引言

 

目前国际上的电源类型主要有煤电、核电、水电、风电、太阳能发电等。我国煤电占主要地位，其他类型迅速发展。煤炭石油发电作为传统的发电类型，具有不可再生和引发温室效应的不足，随着不可再生能源的消耗和环境的污染，各国积极寻找低碳环保的新型能源。风电[1]、光伏发电作为取之不竭的清洁能源被推上历史舞台，大量的风力发电厂、光伏发电厂与大电网并网运行，由于可再生能源的随机性波动性，加上地理位置的分散性，对电能质量以及输送通道有了更高的要求，这种依靠主干网的协调传输能力的方式无非增加了新能源的开发成本；并且各地能源纷纷上网，造成管理上的缺陷，有些地区出现有风却无法上网或者发电余量无法传输的现象，在能源的利用率上无法达到最优处理。

 

美国在2008年的未来可再生电力能源传输与管理（The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management system， FREEDM system）[2]项目中提出能源互联网的概念，它是一种构建在可再生能源发电和分布式储能装置基础上的新型电网结构，可再生能源的占比大幅度提高，与传统电力达到电能互补效率最大化利用；德国的E-energy计划将当代先进的信息技术与能源相结合，增大对新能源的挖掘力度，充分发挥间歇式能源的经济效益，并将电动汽车作为移动电源通过合理的调度，结合风电光伏新能源及分布式储能对电网的高峰时期进行弥补，维护电网的正常运行；当代著名经济学家、趋势学家杰里米·里夫金认为以分散式可再生能源为基础的第三次工业革命[3]正在全世界范围内兴起，未来将大量发展可再生能源代替化石能源，建筑物转为发电厂，就地收集可再生能源，并利用储能技术保留间歇式能源，融入互联网技术，实现能源共享，可见他笔下的第三次工业革命的核心是能源改革。

 

本文通过对能源互联网的特征分析，建立了相应的功能架构，提出了当前面临的一些技术挑战，将其技术与功能关联起来论述了能源互联网的内涵；根据分布式能[4][5]源应用特征，建立了smart模型，明细了能源互联网的建设体系及其目标形式，并从园区能源建设方面阐述了能源互联网有效的实现模式，首先在园区内建设能源架构设施，实现小区能源互动管理，然后以小区为单元模块进行互联，路由管理，合理调度，形成区域能源互联网。

 

2.能源互联网的特征

 

能源互联网仍然以电网“主干网”为主要的传输网络，以局域“配电网”为主要支撑技术，在坚强电网的基础上构建以可再生能源和储能装置为主要组成的微网单元。越来越多的新能源发电通过合理的配网建设连接到当地电网，甚至输送到其他地区，这样使得配电网结构逐步由集约式向分布式发展，扩大了能源的上网渠道，保证了清洁能源的最大化利用。能源互联网主要包括以下几个特征[6][7]：

 

可再生能源上网：能源互联网含有大量的可再生能源发电系统，具有间歇性、波动性，大规模的接入会冲击大电网的稳定运行，从而促进传统电网升级为新型能源互联网。

 

分布式能源广泛：为了使可再生能源的利用效率最大化，需要建立就地收集、存储和使用的能源网络，每个微型网络构成能源互联网的一个节点，分布范围广泛。

 

能源网络互联自给：微型能源网络并不能保证自给自足，能源互联网的关键技术在于将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来，进行能量交换平衡能量的供给与需求。

 

能源交换灵活：能源互联网是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络，建立有相关的互操作标准，发电装置、储能装置和负载“即插即用”，自主接入，能量交换灵活。

 

依赖大电网骨架：能源互联网的基础设施建设不能完全摒弃已有的传统电网，特别是传统电网中已有的骨干网络投资巨大，在能源互联网的结构中应该考虑对传统电网的基础网络设施进行改造，并将微型能源网络融入到改造后的大电网中，形成新型的大范围分布式能源共享互联网络。

 

能源互联网注重电能交换和信息共享平台建设，加强对分布式能源的管理，运用电力电子技术、信息通信技术，将各部分弱关联网络升级为强关联互联网，增强信息互动能力，提高工作效率，从基层配网到大电网建设逐步连接成纵向调度横向关联的新型网络。

 

3.能源互联网的功能架构及相关技术

 

3.1 能源互联网功能架构

 

能源互联网是在现有的电网骨架下利用电力电子技术和信息技术[8]，将可再生能源发电与分布式能源系统融入电网管理平台的能源互联网络。能源互联网通过能量的分配和数据反馈达到网内能源管理、能量路由、安保以及共享的目的。动量是指能源动力产生的电能量，他是整个系统的能量来源，主要包括风电火电太阳能等基础能源，利用智能化的大电网骨架传输给各局域网、微型电网；差量是指能量的缺失、缺陷，在能量调度过程中，根据需求侧响应合理分配，根据不同局域网络的能量的差额分析，通过专家系统，及时填补或者启动紧急保护措施，以确保总体的正常运行；经过大电网传输、路由分配的可用余量是支持用户端的有效电能，是大电网末端发散式应用平台的依据，也是能源互联网的最重要的体现环节。

 

能源互联网有如英特网一样紧密连接，只不过能源互联网是以能量的流动为主，信息网络辅助完成电能的合理分配。能源互联网的功能是集智能化设备为一体的智能电网的提升，从大能源观的角度促使各能源的互联、互补、互用。

 

3.2能源互联网关键技术