關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)，體系架構(gòu)，smart模型，局域微網(wǎng)

 

1.引言

 

目前國際上的電源類型主要有煤電、核電、水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等。我國煤電占主要地位，其他類型迅速發(fā)展。煤炭石油發(fā)電作為傳統(tǒng)的發(fā)電類型，具有不可再生和引發(fā)溫室效應(yīng)的不足，隨著不可再生能源的消耗和環(huán)境的污染，各國積極尋找低碳環(huán)保的新型能源。風(fēng)電[1]、光伏發(fā)電作為取之不竭的清潔能源被推上歷史舞臺，大量的風(fēng)力發(fā)電廠、光伏發(fā)電廠與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，由于可再生能源的隨機(jī)性波動(dòng)性，加上地理位置的分散性，對電能質(zhì)量以及輸送通道有了更高的要求，這種依靠主干網(wǎng)的協(xié)調(diào)傳輸能力的方式無非增加了新能源的開發(fā)成本；并且各地能源紛紛上網(wǎng)，造成管理上的缺陷，有些地區(qū)出現(xiàn)有風(fēng)卻無法上網(wǎng)或者發(fā)電余量無法傳輸?shù)默F(xiàn)象，在能源的利用率上無法達(dá)到最優(yōu)處理。

 

美國在2008年的未來可再生電力能源傳輸與管理（The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management system， FREEDM system）[2]項(xiàng)目中提出能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，它是一種構(gòu)建在可再生能源發(fā)電和分布式儲能裝置基礎(chǔ)上的新型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可再生能源的占比大幅度提高，與傳統(tǒng)電力達(dá)到電能互補(bǔ)效率最大化利用；德國的E-energy計(jì)劃將當(dāng)代先進(jìn)的信息技術(shù)與能源相結(jié)合，增大對新能源的挖掘力度，充分發(fā)揮間歇式能源的經(jīng)濟(jì)效益，并將電動(dòng)汽車作為移動(dòng)電源通過合理的調(diào)度，結(jié)合風(fēng)電光伏新能源及分布式儲能對電網(wǎng)的高峰時(shí)期進(jìn)行彌補(bǔ)，維護(hù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行；當(dāng)代著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家、趨勢學(xué)家杰里米·里夫金認(rèn)為以分散式可再生能源為基礎(chǔ)的第三次工業(yè)革命[3]正在全世界范圍內(nèi)興起，未來將大量發(fā)展可再生能源代替化石能源，建筑物轉(zhuǎn)為發(fā)電廠，就地收集可再生能源，并利用儲能技術(shù)保留間歇式能源，融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源共享，可見他筆下的第三次工業(yè)革命的核心是能源改革。

 

本文通過對能源互聯(lián)網(wǎng)的特征分析，建立了相應(yīng)的功能架構(gòu)，提出了當(dāng)前面臨的一些技術(shù)挑戰(zhàn)，將其技術(shù)與功能關(guān)聯(lián)起來論述了能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵；根據(jù)分布式能[4][5]源應(yīng)用特征，建立了smart模型，明細(xì)了能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)體系及其目標(biāo)形式，并從園區(qū)能源建設(shè)方面闡述了能源互聯(lián)網(wǎng)有效的實(shí)現(xiàn)模式，首先在園區(qū)內(nèi)建設(shè)能源架構(gòu)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)小區(qū)能源互動(dòng)管理，然后以小區(qū)為單元模塊進(jìn)行互聯(lián)，路由管理，合理調(diào)度，形成區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)。

 

2.能源互聯(lián)網(wǎng)的特征

 

能源互聯(lián)網(wǎng)仍然以電網(wǎng)“主干網(wǎng)”為主要的傳輸網(wǎng)絡(luò)，以局域“配電網(wǎng)”為主要支撐技術(shù)，在堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建以可再生能源和儲能裝置為主要組成的微網(wǎng)單元。越來越多的新能源發(fā)電通過合理的配網(wǎng)建設(shè)連接到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，甚至輸送到其他地區(qū)，這樣使得配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步由集約式向分布式發(fā)展，擴(kuò)大了能源的上網(wǎng)渠道，保證了清潔能源的最大化利用。能源互聯(lián)網(wǎng)主要包括以下幾個(gè)特征[6][7]：

 

可再生能源上網(wǎng)：能源互聯(lián)網(wǎng)含有大量的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，具有間歇性、波動(dòng)性，大規(guī)模的接入會沖擊大電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而促進(jìn)傳統(tǒng)電網(wǎng)升級為新型能源互聯(lián)網(wǎng)。

 

分布式能源廣泛：為了使可再生能源的利用效率最大化，需要建立就地收集、存儲和使用的能源網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)微型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，分布范圍廣泛。

 

能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)自給：微型能源網(wǎng)絡(luò)并不能保證自給自足，能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)在于將分布式發(fā)電裝置、儲能裝置和負(fù)載組成的微型能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來，進(jìn)行能量交換平衡能量的供給與需求。

 

能源交換靈活：能源互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)對等、扁平和能量雙向流動(dòng)的能源共享網(wǎng)絡(luò)，建立有相關(guān)的互操作標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電裝置、儲能裝置和負(fù)載“即插即用”，自主接入，能量交換靈活。

 

依賴大電網(wǎng)骨架：能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不能完全摒棄已有的傳統(tǒng)電網(wǎng)，特別是傳統(tǒng)電網(wǎng)中已有的骨干網(wǎng)絡(luò)投資巨大，在能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)中應(yīng)該考慮對傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行改造，并將微型能源網(wǎng)絡(luò)融入到改造后的大電網(wǎng)中，形成新型的大范圍分布式能源共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

 

能源互聯(lián)網(wǎng)注重電能交換和信息共享平臺建設(shè)，加強(qiáng)對分布式能源的管理，運(yùn)用電力電子技術(shù)、信息通信技術(shù)，將各部分弱關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)升級為強(qiáng)關(guān)聯(lián)互聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)信息互動(dòng)能力，提高工作效率，從基層配網(wǎng)到大電網(wǎng)建設(shè)逐步連接成縱向調(diào)度橫向關(guān)聯(lián)的新型網(wǎng)絡(luò)。

 

3.能源互聯(lián)網(wǎng)的功能架構(gòu)及相關(guān)技術(shù)

 

3.1 能源互聯(lián)網(wǎng)功能架構(gòu)

 

能源互聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有的電網(wǎng)骨架下利用電力電子技術(shù)和信息技術(shù)[8]，將可再生能源發(fā)電與分布式能源系統(tǒng)融入電網(wǎng)管理平臺的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。能源互聯(lián)網(wǎng)通過能量的分配和數(shù)據(jù)反饋達(dá)到網(wǎng)內(nèi)能源管理、能量路由、安保以及共享的目的。動(dòng)量是指能源動(dòng)力產(chǎn)生的電能量，他是整個(gè)系統(tǒng)的能量來源，主要包括風(fēng)電火電太陽能等基礎(chǔ)能源，利用智能化的大電網(wǎng)骨架傳輸給各局域網(wǎng)、微型電網(wǎng)；差量是指能量的缺失、缺陷，在能量調(diào)度過程中，根據(jù)需求側(cè)響應(yīng)合理分配，根據(jù)不同局域網(wǎng)絡(luò)的能量的差額分析，通過專家系統(tǒng)，及時(shí)填補(bǔ)或者啟動(dòng)緊急保護(hù)措施，以確保總體的正常運(yùn)行；經(jīng)過大電網(wǎng)傳輸、路由分配的可用余量是支持用戶端的有效電能，是大電網(wǎng)末端發(fā)散式應(yīng)用平臺的依據(jù)，也是能源互聯(lián)網(wǎng)的最重要的體現(xiàn)環(huán)節(jié)。

 

能源互聯(lián)網(wǎng)有如英特網(wǎng)一樣緊密連接，只不過能源互聯(lián)網(wǎng)是以能量的流動(dòng)為主，信息網(wǎng)絡(luò)輔助完成電能的合理分配。能源互聯(lián)網(wǎng)的功能是集智能化設(shè)備為一體的智能電網(wǎng)的提升，從大能源觀的角度促使各能源的互聯(lián)、互補(bǔ)、互用。

 

3.2能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)