能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)

滕耀飛

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)在全世界普及應(yīng)用， 人類的生產(chǎn)生活在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)驅(qū)動下不斷發(fā)生改變。 同時，互聯(lián)網(wǎng)正繼續(xù)向各行各業(yè)滲透。 基于此發(fā)展趨勢，各國紛紛提出了自己的互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動工業(yè)技術(shù)進步發(fā)展策略。 可再生能源具有分布廣、 可再生的特點，但也存在生產(chǎn)間歇性、能源密度低的缺點。 對于能源互聯(lián)網(wǎng)概念也存在著多種理解，為了突出以電網(wǎng)為主要聯(lián)網(wǎng)形式、以輸送清潔能源和全球互聯(lián)泛在為特征， 全球能源互聯(lián)網(wǎng)的概念也得到了迅速發(fā)展與廣泛認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);技術(shù)形態(tài);關(guān)鍵技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展和經(jīng)濟水平的不斷提升，各行各業(yè)在良好歷史機遇下獲得了穩(wěn)步發(fā)展。市場競爭的不斷加劇和能源資源的匱乏矛盾及能源資源的缺乏和未來經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展的矛盾進一步凸顯。在此背景下，國家有關(guān)部門提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，旨在進一步利用互聯(lián)網(wǎng)深度研究及其應(yīng)用為中國經(jīng)濟的發(fā)展提供新的思路。能源互聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)前社會可再生能源大規(guī)模高效利用的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，獲得了社會各界人士和能源研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注與重視，在強化認(rèn)知能源互聯(lián)網(wǎng)核心特質(zhì)和技術(shù)形態(tài)的基礎(chǔ)上增加對能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和技術(shù)探討，成為具有重要理論意義和現(xiàn)實價值的研究課題。

一、能源互聯(lián)網(wǎng)定義

能源互聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有能源供給系統(tǒng)與配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過先進的電力電子技術(shù)和信息技術(shù)，深入融合了新能源技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將大量分布式能量采集裝置和分布式能量儲存裝置互聯(lián)起來，具有“橫向多能源體互補，縱向源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)”和能量流與信息流雙向流動特性的顯著特點，是實現(xiàn)能量和信息雙向流動的能源對等交換和共享網(wǎng)絡(luò)，以可再生能源發(fā)電為基礎(chǔ)構(gòu)建的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。能源互聯(lián)網(wǎng)通過智能能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)實時、高速和雙向的電力數(shù)據(jù)讀取和可再生能源的接入。

二、能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)形態(tài)

1、能源互聯(lián)網(wǎng)宏觀調(diào)控層。能源互聯(lián)網(wǎng)作為系統(tǒng)的完整能源生態(tài)系統(tǒng)，其整體的功用體系可簡要概述為能源的輸入到輸出的整體流量過程。

能源體系流程主要包括一次能源輸入和二次能源輸入2部分，通常情況下，一次能源輸入主要包括原油、天然氣和頁巖氣等重要的化石能源及太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎退艿戎匾目稍偕鍧嵞茉?。同時，二次能源中的電能在能源互聯(lián)網(wǎng)體系中扮演著重要角色，縱觀整個能源體系的過程可知，一次能源和二次能源可統(tǒng)稱為該體系的能源供給，該能源供給在經(jīng)過一定的能源輸送和能源消費后進行有效的排放，并進一步將其反饋調(diào)節(jié)信號及體系傳輸自一次能源輸入方輸入，為相關(guān)單位及工作人員進一步優(yōu)化能源體系流程圖奠定一定基礎(chǔ)。針對能源互聯(lián)網(wǎng)宏觀調(diào)控問題，能源互聯(lián)網(wǎng)可進一步借助輸入向量、中間矩陣和輸出向量之間的各項關(guān)系，在電能作為二次能源關(guān)鍵媒介的重要基礎(chǔ)上，利用矩陣表示方法宏觀研究能源體系過程中的輸入和輸出對應(yīng)關(guān)系，進而對能源進行宏觀管理和調(diào)控。

2、能源互聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)控制層。由能源體系流程圖可知，電能等二次能源在流程圖中起到重要的中介轉(zhuǎn)移作用，而在能源互聯(lián)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)體系中，電能充當(dāng)不同能源之間的重要橋梁，不同能源種類間的轉(zhuǎn)化能有效通過先進的信息技術(shù)等支撐，進而構(gòu)成協(xié)同式的現(xiàn)代綜合能源供給系統(tǒng)，在此過程中，不同種類的能源通過冷、熱、電能等多樣化的形式進行一定的轉(zhuǎn)化和調(diào)度供給，在滿足企業(yè)、普通用戶等多樣化能源需求的基礎(chǔ)上有效解決了傳統(tǒng)能源供給體系中的困境。

三、能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

1、可再生能源發(fā)電技術(shù)。能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電設(shè)備包括傳統(tǒng)能源發(fā)電和可再生能源發(fā)電，其中最主要的是可再生能源發(fā)電?？稍偕茉窗l(fā)電主要包括水力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電等。風(fēng)電、太陽能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和潮汐發(fā)電是新興的發(fā)電技術(shù)，當(dāng)前主流的研究方向集中在風(fēng)電和光伏發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在可再生能源領(lǐng)域中發(fā)展相對成熟，是發(fā)展新能源技術(shù)中具有最大商業(yè)化發(fā)展規(guī)模前景的。太陽能光伏發(fā)電有很多優(yōu)點，如無噪聲、無污染、不受地域限制且分布廣泛、不消耗燃料、建設(shè)周期短、經(jīng)營成本低、無長距離傳輸、可現(xiàn)場使用、結(jié)合建筑物具有更好的便利性等。所以太陽能光伏發(fā)電是一種常規(guī)發(fā)電無法比擬的發(fā)電方式。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，任何有風(fēng)能和太陽能的地方均可以作為一個小電站配合電網(wǎng)進行供電。

2、儲能技術(shù)。儲能裝置在能源互聯(lián)網(wǎng)中的許多領(lǐng)域都是一個非常重要的部分。在能源互聯(lián)網(wǎng)中儲能設(shè)備可以改善電能質(zhì)量，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。儲能設(shè)備的應(yīng)用是一種能夠提高發(fā)電機的輸出電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量的有效方式，同時增加了分布式電源和電網(wǎng)運行的可靠性。分布式電源和儲能設(shè)備的可靠結(jié)合是解決例如電壓跌落、階段時間停電等電網(wǎng)問題的有效解決方式; 儲能設(shè)備還可以有效地提高動態(tài)功率的質(zhì)量。另外，儲能設(shè)備在提高分布式電源的經(jīng)濟性方面起著不可忽視的作用。在電力市場中，分布式電源通常并網(wǎng)運行，有足夠的存儲功率，可以將電出售給電力公司，來滿足電力調(diào)峰和緊急供電，以最大限度地提高經(jīng)濟效益。

3、智能輸電網(wǎng)技術(shù)。在以電能為核心中介的能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系中，可再生能源將成為發(fā)電技術(shù)的重要手段，而智能輸電網(wǎng)技術(shù)將是大規(guī)模大范圍實現(xiàn)可再生能源向外輸送電能和能源資源范圍大幅度優(yōu)化配置的重要技術(shù)。在此過程中，智能輸電技術(shù)圍繞著智能電網(wǎng)輸電的各個環(huán)節(jié)，在逐步改良和優(yōu)化輸電材料、輸電設(shè)備、輸送電力方式及輸電經(jīng)濟性、靈活性和科學(xué)性的基礎(chǔ)上，對其進行了深化研究，不僅包括可靠性較強的換流閥、換流變壓器及柔性直流輸電技術(shù)等的發(fā)展，更涵蓋了直流電網(wǎng)技術(shù)、大電網(wǎng)優(yōu)化仿真技術(shù)甚至是海底電纜技術(shù)等的高速發(fā)展，為能源互聯(lián)網(wǎng)電能輸入環(huán)節(jié)做出了一定貢獻。

4、電網(wǎng)負荷的相關(guān)技術(shù)。能源互聯(lián)網(wǎng)是可用于各種 AC 和 DC 負載的一種先進的智能電網(wǎng)。最近幾年，隨著電池技術(shù)的不斷成熟和相應(yīng)成本的不斷下降，電動車使用率正在迅速增長。可以預(yù)見的是通過電動車的聯(lián)系，電力系統(tǒng)和交通系統(tǒng)的耦合程度將在今后繼續(xù)加強。電氣化運輸系統(tǒng)，特別是電動汽車，將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。同時，能源互聯(lián)網(wǎng)即插即用的功能需要能量管理系統(tǒng)來管理在不同負載時的轉(zhuǎn)換器和通信。該系統(tǒng)可以基于本地信息進行快速響應(yīng)，而當(dāng)電壓下降時，電網(wǎng)故障或者停電等事件發(fā)生后，系統(tǒng)可以從電網(wǎng)平滑切換，自動實現(xiàn)孤島運行。

由于我國可再生分布式能源規(guī)模越來越大，分布式能源的高效利用問題越來越突出，而微電網(wǎng)能夠分散電力負荷，提高大電網(wǎng)的可靠性，能源互聯(lián)網(wǎng)的研究為解決這一問題提供了可行性。能源互聯(lián)網(wǎng)是一種將分散資源進行整合， 使能源在內(nèi)部完成循環(huán)、交換的一種系統(tǒng)，其技術(shù)要素包括能源產(chǎn)生、應(yīng)用、存儲、再生、循環(huán)、控制等，技術(shù)形態(tài)則包括循環(huán)形態(tài)、補充形 態(tài)和智能形態(tài)，實現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是先進儲能技術(shù)、固態(tài)變壓器技術(shù)、智能能量管理技術(shù)、智能故障管理技術(shù)、可 靠安全通信技術(shù)和系統(tǒng)規(guī)劃分析技術(shù)，探討相關(guān)內(nèi)容，有利于能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展。

參考文獻：

[1] 曹軍威 .楊明博 .張德華. 能源互聯(lián)網(wǎng) - 信息與能源的基礎(chǔ)設(shè)施一 體化 [J]. 南方電網(wǎng)技，2016，46（02）：56-61.

[2] 董朝陽 .趙俊華.文福拴. 從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng) ：基本概念與 研究框架 [J]. 電力系統(tǒng)自動化，2018，89（03）：69-73.

[3] 周孝信. 陳樹勇.魯宗相. 電網(wǎng)和電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的回顧與展望- 試論三 代電網(wǎng) [J]. 中國電機工程學(xué)報，2017（09）：61-68.