谈谈我对能源互联网的理解

【关键词】能源互联网  全球  电力发展  环境   

 

(一)能源互联网的必要性  最近几年我国各地区污染严重，就北京雾霾来讲，其六大主要贡献源为燃煤、生物质燃烧、土壤尘、二次无机气溶胶、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染等，粉尘之中，粗粒子来源为工业粉尘，土壤颗粒等，持续时间为数分钟至几小时，传输距离为小于100公里；细粒子来源为煤，柴油等的燃烧，持续时间为数天至数周，传输距离为几百至几千公里。  

 

我们可以考虑用电力提高大规模可再生能源消纳，特高压输电实现西电东送，提高电力占终端能源比重，区域能源优化及能效提升。智慧城市更强的能源供应、更好的环境兼容和智能电网能源结构的优化、能源效率的提升的需求驱动着大能源观。国家能源禀赋决定能源变革。从能源发展的外部条件来看，资源环境的约束更为迫切。自2013年四季度开始，中国已成为世界上最大的石油进口国，2013年对外依存度达到58%。如不加控制，2030年石油进口依存度将超过70%。由此国家电网总经理提出“以电代煤、以电代油、电从远方来”。我们可以预见未来的能源发展将实现大跨越、大互联、全球电力互联网。  

 

美国著名经济学家杰里米·里夫金的第三次工业革命和能源互联网的提法最近引起广泛关注。杰里米·里夫金认为：“在即将到来的时代，我们将需要创建一个能源互联网，让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。多余的能源则可以与他人分享，就像我们现在在网络上分享信息一样。”   

 

（二）能源互联网的概念   

能源互联网是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”，它以大电网为“主干网”，以微网为“局域网”，以开放对等的信息能源一体化架构真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，因此可以最大限度的适应新能源的接入。微网是能源互联网中的基本组成元素，通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳形成“局域网”。能源互联网是微网的广域连接形式，是分布式能源的接入形式，是从分布式能源的大型、中型发展到了任意的小型、微型的“广域网”实现。大电网的形成有其必然性，在传输效率等方面仍然具有无法比拟的优势，将来仍然是能源互联网中的“主干网”。电能源仅仅是能源的一种，但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，未来能源基础设施在传输方面的主体必然还是电网，因此未来能源互联网基本上是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、单向的、生产者控制的电网，转变成大量分布式辅助较少集中式的和与更多的消费者互动的电网。  

 

能源互联网打个简单的比方，就是地球上的太阳能、潮汐能、生物能等都可以加以利用。但是如果这些新能源仍延续石油和天然气的传统集中化分配模式，不能很好地满足整个世界的需要。而每座大楼、每座房屋都将变成能源生产的微型能源站。互联网的本质是合作，可以为这一可能性提供支持。处理海量信息的大数据决策支持技术。电网是能源资源优化配置的重要载体。 能源互联网中的电力可以实现全球的“时空互补”天然的绝配。中国、欧洲及北美是全球三大区域电网，目前总装机容量接近20亿千瓦，由于各自所处地区时差的差异，负荷在同一时间框架内具有互补性，可以说是空间上的分布形成了天然上的峰谷互补。  

 

（三）对能源互联网的研究

 

事实上，能源互联网从技术的层面早就提出了，美国和欧洲早就有相关的研究计划。2008年美国NSF在北卡州立大学建立了FREEDM系统中心，有17个科研院所和30余个工业伙伴共同参与，希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统，在未来配电网层面实现能源互联网理念。效仿网络技术的核心路由器，他们提出了能源路由器的概念并且进行了原型实现，利用电力电子技术实现对变压器的控制，路由器之间利用通信技术实现对等交互。FREEDM基本上是从电力电子技术的角度出发，希望以分布对等的系统控制与交互，实现能源互联网的理念。再有最近MIT的科技创业（Technology Review）报导了一个位于加州的叫做Stem的新兴能源公司，开发了一款用于商业建筑的智能电池，将精简型的汽车锂离子电池和电力电子设备相连接，这些电力电子设备在向楼宇供电和从电网中充电这两种状态间快速切换，而大量的智能分析是通过云计算来完成。这样的智能电池稍加拓展实现相互间的通信与控制，就完全符合里夫金描述的以建筑楼宇为单元的能源互联网原型，这是从储能的角度实现能源互联网的典型例子。另外德国BDI也提出了E-Energy理念和能源互联网计划，并早在2008年年底开始投资实施该计划。德国是借此打造一个基于信息和通信技术的能源供应系统，并在六个区域实现示范应用形成能源需求和供给的互动，在能源互联网基础上实现一个连接能源供应链各个环节业务流程的互动系统。  

 

能源互联网包括冷热电的互联。随着国家电网公司电能替代战略的推进，电力系统和热力系统的耦合度不断增强，形成电力-热力综合能源系统。冷热电混合能源综合管理系统能够实现节能减排的综合提升，促进区域电网能源高效利用。不过也不能忽视多种能源联合问题的复杂性，基本上有以热定电、以电定热、以电定热冷。其模型和分析方法上也存在复杂性。电的光速传播特性决定了其数学模型的特性。稳态特性用纯代数方程来描述（潮流计算），暂态（包括机械暂态与电磁暂态）特性用微分方程来描述。热系统是截然不同的建模方法和分析控制理论，可以在两者的耦合处以互为边界条件的形式体现两者之间的作用和影响。但从综合能源系统的整体来考虑，无法保证综合能源系统的整体效率达到最优。仿真与模拟过程中的时间尺度问题。  

 

（四)能源互联网的效益和要求  

 

能源互联网在经济上可以减少系统运行费用，提高年经济效益（一般认为如果能够实现100万千瓦的负荷削峰填谷后，就可以减少百亿元左右的电源及电网方面的经济投入）；能效上提高以天然气为主的一次能源的利用率，实现能源梯级利用；对于环境能够平衡气体排放的局限性（污染气体）和全球性（温室气体)。  能源互联网对现有技术提出了更高更多的要求。首先，能源互联网系统体系架构和其中的信息能源融合机制还需要深入研究。能源路由器是能源互联网实现的核心，但能源的路由比信息要复得多，主要体现在存储和控制的难度上。储能相当于能源互联网中的缓存，经济可行的大规模储能仍然是技术难点，效率、充放电次数、成本、容量等问题还有待解决。电力电子技术是实现能源互联网控制的主要手段，按照用户的需要以指定电压和频率控制电力的传输仍然是技术难点，电力电子变压器和传统变压器相比仍然有效率、容量和可靠性等方面的瓶颈问题。最后是分散协同式的能量管理，传统的能量管理系统需要在能源互联网的基础上实现一个能源信息实时采集、处理、分析与决策的能量管理系统。总之，要彻底实现能源互联网关键性技术的产业化的确还有很长的路要走。但从我们已掌握的技术看，从简单到复杂，逐步集成创新来实现能源互联网的原型系统和示范工程，还是具有一定的现实可行性的。  

 

能源技术本身所面临的瓶颈，需要新理念、新方法和新思路的指导，能源互联网不仅仅是电网的信息化和智能化，也是互联网理念引导下的能源基础设施变革，可以最终实现信息能源基础设施的一体化。  

 

 

而全世界范围内，能源互联网还是一个全新的课题，但随着“无处不互联”时代的到来，与互联网相融合或者结合将成为能源领域的一个“必修课”，这是大势所趋。像分布式、智能电网就是当前能源互联网很好的代表，它本质上是要改变传统电网为双向互动、有自愈能力的开放型体系，以开放对等的信息能源一体化架构，真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用，最大限度地适应新能源的接入，提高资源的利益效率。    

 

【参考文献】   

[1] 杰里米.里夫金著，张体伟，孙毅宁译. 第三次工业革命[M]. 中信出版社，2012，第1版   [2] Alex Q. Huang, Mariesa L. Crow, Gerald Thomas Heydt, Jim P. Zheng and Steiner J. Dale.The Future Renewa ble Electric Energy Delivery and Management (FREEDM) System: The Energy Internet[J].Proceedings of the IEEE, 2011,99(1)