在全球化、信息化的今天，中國如何在新型城鎮(zhèn)化建設中解決上述影響城市發(fā)展的能源問題，如何優(yōu)化能源結構、提高能源效率、充分利用可再生能源，能源互聯(lián)網(wǎng)是未來能源生產(chǎn)和利用模式方展方向，是解決未來可再生能源大規(guī)模有效利用的重要基礎設施。

 

三、 利用能源互聯(lián)網(wǎng)，提高能源消費結構和效率

 

能源互聯(lián)網(wǎng)是美國學者杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命：新經(jīng)濟模式如何改變世界》中提出的愿景。他的書中提出了第三次工業(yè)革命，十九世紀蒸汽產(chǎn)生動力帶動第一次工業(yè)革命，內(nèi)燃機產(chǎn)生電力帶動第二次工業(yè)革命，到了二十一世紀進入互聯(lián)網(wǎng)時代，是否利用互聯(lián)網(wǎng)形成新的一次工業(yè)和產(chǎn)業(yè)革命？2008年美國國家科學基金（NSF）項目未來可再生電力能源傳輸與管理系統(tǒng)中明確提出了能源互聯(lián)網(wǎng)這一學術概念。

 

1. 能源互聯(lián)網(wǎng)定義界定。能源互聯(lián)網(wǎng)是一種構建在化石能源和可再生能源發(fā)電，通過分布式能源采集和儲存等裝置，運用先進的電力電子技術、信息技術和智能能源管理技術，將多能源網(wǎng)絡和信息互聯(lián)網(wǎng)結合起來新型電網(wǎng)結構，實現(xiàn)能源和信息雙向流動的交換與共享網(wǎng)絡。以可再生能源發(fā)電為基礎，常規(guī)化石能源為重要補充對能源互聯(lián)網(wǎng)絡進行構建，通過云計算智能網(wǎng)管理系統(tǒng)實現(xiàn)實時、高速、雙向的電力數(shù)據(jù)讀取和可再生能源的接入。該網(wǎng)絡具有能源種類多樣化、能源來源的區(qū)域分布廣、多種類能源互聯(lián)、能源網(wǎng)絡共享、系統(tǒng)自愈功能、運行高效、綠色環(huán)保等特點。

 

2. 能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術構成。能源互聯(lián)網(wǎng)由若干個能源局域網(wǎng)相互連接構成。能源局域網(wǎng)由能源路由器、發(fā)電設備、儲能設備、交直流負載組成，可并網(wǎng)工作，也可脫網(wǎng)獨立運行。能源路由器由固態(tài)變壓器和智能能源控制系統(tǒng)組成；智能能源控制系統(tǒng)根據(jù)收集的能源局域網(wǎng)中發(fā)電設備，儲能設備和負載等信息做出能量控制決策，然后將控制指令發(fā)送給固態(tài)變壓器執(zhí)行，即智能能源控制系統(tǒng)管理信息流，固態(tài)變壓器控制能源流。為保證能源互聯(lián)網(wǎng)的可靠安全工作，能源局域網(wǎng)的上一級干線具有智能故障管理功能，提供能源互聯(lián)網(wǎng)故障的實時檢測，快速隔離等自愈功能。

 

3. 能源互聯(lián)網(wǎng)面臨的技術挑戰(zhàn)。發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)需要技術跟進，現(xiàn)有技術面臨更大的挑戰(zhàn)。首先，能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的多能源網(wǎng)絡架構和云計算信息融合機制。能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的核心，但能源的路由比信息要復雜得多，如何對多種能源收集、儲存和控制管理；其次，要實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)控制，電力電子技術是主要手段，根據(jù)居民用能的實際需求以指定電壓和頻率控制電力的傳輸是技術關鍵和難點，電力電子變壓器比傳統(tǒng)變壓器效率高，但其容量和安全可靠性等方面是需要解決的關鍵問題；最后是分散協(xié)同式的能源控制管理，傳統(tǒng)的能源管理系統(tǒng)和可再生能源管理最終在能源互聯(lián)網(wǎng)的平臺上通過云計算智能網(wǎng)實現(xiàn)統(tǒng)一的多種類能源生產(chǎn)、收集、儲存和傳輸?shù)刃畔崟r采集、處理、分析與決策的產(chǎn)能用能，國家和企業(yè)對如何促使電網(wǎng)的智能化和信息化結合，信息能源基礎設施的一體化發(fā)展，是互聯(lián)網(wǎng)時代能源基礎設施進行變革的新挑戰(zhàn)。

 

四、 能源互聯(lián)網(wǎng)在新型城鎮(zhèn)化建設中的實踐

 

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）》中提出，新型城鎮(zhèn)化建設中城鎮(zhèn)清潔可再生能源消費比重由2012年的8.7%提高到2020年的13%，能源種類多樣化、安全化、高效使用，推進新能源示范城鎮(zhèn)建設以及智能微電網(wǎng)示范工程建設，支持分布式能源的接入，提高居民和企業(yè)用能的智能管理。

 

1. 平衡能源結構及供應。目前，化石能源，比如天然氣，其供應穩(wěn)定、存儲方便，但其使用將會產(chǎn)生碳排放，同時化石能源的存儲量在急劇的減少；而可再生能源，具有清潔及低運營成本的優(yōu)勢，但其斷續(xù)和生產(chǎn)的不確定性又將影響能源供應的可靠性和穩(wěn)定性，比如光伏到了晚上就不能發(fā)電，影響供能可靠性。采用兩者優(yōu)勢互補的原則來綜合的利用。同時，生產(chǎn)生活過程中會產(chǎn)生的廢棄物垃圾、污水、污泥、廢熱和生物質廢料充分的回收利用并轉化成能源作為補充，利用循環(huán)的理念來減少化石能源的需求。

 

2. 技術實踐體系。同時利用傳統(tǒng)化石能源和可再生能源，使用集中式能源供應和分布式能源系統(tǒng)兩種能源結構。具體做法：多元能源結構，優(yōu)先使用可再生能源，化石能源為支撐；供應模式：分布式為主，集中式為輔；最后實現(xiàn)能源供需互動，有序配置，節(jié)約高效的平衡用能方式。

 

首先，在應用端，每個客戶在用能的過程中同時也是產(chǎn)能者，利用節(jié)能技術在不斷降低能源消耗和提升能源利用效率的基礎上，充分回收不同用能單元在用能過程中所產(chǎn)生的余能、廢能。其次，采用集中式和分布式能源生產(chǎn)結合的方式，利用以分布式發(fā)電機組為核心的分布式能源站，因地制宜利用可再生能源，不足部分再由集中式能源補充，貼近用戶，根據(jù)用戶對能量的品質和數(shù)量的不同需求，提供相匹配的能源和能量。在控制層面，以智能能量管理作為核心形成分布式能源控制網(wǎng)絡，充分借助人的智慧對能源系統(tǒng)進行整體的優(yōu)化和控制，進一步提升整體系統(tǒng)的能源效率。最后，以云服務平臺為核心的多種能源運營管理系統(tǒng)，將能源的生產(chǎn)商、服務商、運營商、用戶有機的結合在一起，通過對多能源的協(xié)同調度、監(jiān)管、交易和智能化服務，形成真正意義上的能源互聯(lián)網(wǎng)的交換和多方共贏。

 

3. 物理布局在區(qū)域內(nèi)如何實現(xiàn)。從物理布局上來看，在一個小型區(qū)域內(nèi)，以四環(huán)節(jié)循環(huán)生產(chǎn)形成區(qū)域分布式能源系統(tǒng)，終端用戶盡量利用節(jié)能技術，減少能源需求，再利用分布式能源站來匹配他們的冷、熱、電、氣、生活用水等多能源需求，同時利用不同能源的存儲，回收垃圾、余熱、廢熱、廢氣及終端用戶的工業(yè)余能，可實現(xiàn)季節(jié)、晝夜能源峰谷的調節(jié)，來降低能源的投資和運營費用。

 

以一個小型的區(qū)域為示例，實踐中在主干網(wǎng)上會有多個區(qū)域，它們都掛在主干網(wǎng)絡之下，由現(xiàn)有的國家電網(wǎng)、中石油、中石化、中海油來負責主干網(wǎng)的運營，通過這多各區(qū)域之間進行多能源的互補和匹配供應，來減少能源的主干網(wǎng)絡晝夜、季節(jié)的峰谷壓力，降低能源峰谷之間的差距（夏季供冷所需的電負荷非常大，而燃氣在夏天基本只是用來做飯做菜，但冬季則相反，燃氣供暖消耗的負荷急速增長，國家電網(wǎng)或者是中石油中石化等作為單一的運營商只能提供單一的電或者是單一的燃氣是無法解決多能源季節(jié)峰谷調節(jié)問題）。