能源互聯(lián)網(wǎng)背景下電能替代負(fù)荷的應(yīng)用展望與思考

方博文

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人類科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，工業(yè)化水平得到了極大推動(dòng)，生產(chǎn)力也逐步提高。但是，在提高工業(yè)化水平的同時(shí)，環(huán)境污染和生態(tài)破壞的問(wèn)題逐漸加劇。目前，全球倡導(dǎo)低碳發(fā)展理念，而替代能源信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用先進(jìn)的前沿能源信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能控制系統(tǒng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)能源用戶需求側(cè)對(duì)可增量能源價(jià)值的有效挖掘，并對(duì)當(dāng)前可調(diào)節(jié)的潛力能源分析系統(tǒng)建模、優(yōu)化發(fā)展策略、效益指標(biāo)評(píng)估、支撐技術(shù)平臺(tái)等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)。文章主要圍繞我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和新形勢(shì)，展望并重點(diǎn)分析了固定電能負(fù)荷替代電力負(fù)荷的應(yīng)用方法，并對(duì)替代非清潔能源的研究現(xiàn)狀、能源與電能以及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。

關(guān)鍵詞：電能替代負(fù)荷;能源互聯(lián)網(wǎng);綜合需求響應(yīng)

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1064（2021）08-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.031

電力行業(yè)發(fā)展過(guò)程中，低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義，智能電網(wǎng)在構(gòu)建過(guò)程中具有的新型網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，大幅度提升了系統(tǒng)的限制效率，有效降低了整體電網(wǎng)的碳排放量，并使整體低碳效益能夠獲得綜合性提升，推動(dòng)智能電網(wǎng)的有序發(fā)展。

在這一背景下，我國(guó)需要加快進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的更替，完善各項(xiàng)制度建設(shè)，加大政策支持，大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)，為未來(lái)我國(guó)開展電能資源替代系統(tǒng)負(fù)荷接入應(yīng)用，以及我國(guó)能源替代互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)提供重要參考。

1 我國(guó)電能替代現(xiàn)狀研究

煤炭是我國(guó)主要的能源消耗，是我國(guó)北方冬季取暖的主要能源。但是，利用煤炭燃燒取暖的方式，一方面會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳等溫室氣體，破壞生態(tài)環(huán)境;另一方面會(huì)產(chǎn)生一氧化碳等有害氣體，進(jìn)而危害人身安全，并在冬天形成薄霧。解決供暖問(wèn)題的最有效方法是用電能代替煤炭。

就國(guó)外的研究情況而言，美國(guó)是最早開展電能太極系態(tài)研究的國(guó)家。在2008年，美國(guó)便開始了新能源汽車的各項(xiàng)專項(xiàng)計(jì)劃，并且推動(dòng)新能源電動(dòng)汽車充電樁的建設(shè)，對(duì)安裝充電設(shè)施的企業(yè)及相應(yīng)的個(gè)人進(jìn)行綜合補(bǔ)貼，由此開展以電代油的綜合電能戰(zhàn)略，通過(guò)消費(fèi)終端負(fù)荷需求的響應(yīng)，來(lái)獲取電能的替代效應(yīng)。美國(guó)的電力市場(chǎng)在發(fā)展中較為成熟，而智能電網(wǎng)建設(shè)水平同樣相對(duì)較高，因此便在早期開展了對(duì)各類復(fù)合需求響應(yīng)控制方式的研究，以此對(duì)復(fù)合側(cè)的可調(diào)特征進(jìn)行分析，從而創(chuàng)造增量?jī)r(jià)值。在亞洲地區(qū)，在以電帶油研究過(guò)程當(dāng)中，日本電動(dòng)汽車的發(fā)展擁有較為突出的成果，而日本政府也在大力推廣充電樁建設(shè)。就歐洲的發(fā)展而言，電能替代方面的研究，主要集中于對(duì)各類創(chuàng)新節(jié)能型與清潔化供暖技術(shù)的研究，熱泵市場(chǎng)發(fā)展是最具代表性的發(fā)展內(nèi)容，英國(guó)的熱泵技術(shù)較為成熟，并且在發(fā)展過(guò)程中也得到了綜合推廣。

當(dāng)前，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了新的階段，在北京市、天津市、河北省的農(nóng)村地區(qū)，電能替代項(xiàng)目因其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，正在逐步開發(fā)并應(yīng)用在能源供應(yīng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，使用蓄熱鍋爐和電熱膜代替燃煤供熱。電能是一種清潔、高效的二次能源，相較于煤炭來(lái)說(shuō)擁有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，我國(guó)政府在鄉(xiāng)村大力推行煤改電政策，使電力取暖逐步代替煤炭取暖，在改善生態(tài)環(huán)境的同時(shí)進(jìn)一步降低安全事故的發(fā)生概率。在我國(guó)“以電代油”戰(zhàn)略的發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)的電動(dòng)汽車行業(yè)與歐美等西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，起步相對(duì)較晚，起跑量相對(duì)較少。在發(fā)展過(guò)程中，其發(fā)力點(diǎn)集中于對(duì)各類關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)，并且對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合研發(fā)。目前，已經(jīng)有諸多建筑設(shè)施在諸多省份進(jìn)行建設(shè)，各個(gè)城鎮(zhèn)在發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)開始對(duì)充電樁進(jìn)行有效建設(shè)，并且自主研發(fā)具有代表性及創(chuàng)新性的供電系統(tǒng)，以此不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁體進(jìn)行實(shí)時(shí)且有序的調(diào)控，使電能在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中所擁有的完善性得到大幅提升。近年來(lái)，我國(guó)諸多車企在發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)開始充分對(duì)各類新能源汽車進(jìn)行研發(fā)，并且在新能源汽車研發(fā)過(guò)程中已經(jīng)取得了傲人的成績(jī)。由此，也從客觀角度上真正帶動(dòng)了我國(guó)電能替代產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 綜合需求響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)

科學(xué)技術(shù)發(fā)展到目前的階段，綜合需求響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)也取得了極大的進(jìn)展，已經(jīng)涵蓋了先進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)、需求響應(yīng)系統(tǒng)、智能電氣設(shè)備、電能公共服務(wù)平臺(tái)等多個(gè)方面。能源數(shù)據(jù)信息服務(wù)平臺(tái)的建立可以有效管理能源利用，并不斷優(yōu)化應(yīng)用過(guò)程和相應(yīng)信息[1]。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的大力發(fā)展，在能源互聯(lián)網(wǎng)中的綜合需求響應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)中，往往將電力系統(tǒng)作為能源中的供能關(guān)鍵，電能轉(zhuǎn)換效率高、污染程度小、環(huán)境破壞小。與其他能源（例如天然氣、煤炭）相比，電能最實(shí)用，在使用電力方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

目前，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展關(guān)鍵在于將電力系統(tǒng)和其他能源的利用相結(jié)合，且是一種有效的結(jié)合。通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中相互分離的能源矩陣，對(duì)系統(tǒng)中的節(jié)能潛力和技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估和分析，并通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，考慮了能源系統(tǒng)，判斷系統(tǒng)中加熱和冷卻的實(shí)際效果。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)包括服務(wù)管理、節(jié)能監(jiān)測(cè)分析、有序和用電負(fù)荷管理、需求管理、績(jī)效管理等多項(xiàng)功能，針對(duì)與能源有關(guān)系的業(yè)務(wù)可以做到集中集體改進(jìn)，以分布式電源替代負(fù)荷，具有靈活的方式接入系統(tǒng)，并在代理之間形成良好的交互通信，有效減少了不同能源管理基站的重復(fù)建設(shè)，在一定程度上節(jié)約了成本[2]。

3 推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的應(yīng)用模式

3.1 電能替代負(fù)荷參與調(diào)控的方式

根據(jù)用戶的使用情況，負(fù)載會(huì)產(chǎn)生供熱和供氣的慣性，并且會(huì)產(chǎn)生電能，對(duì)其進(jìn)行更換可以在一定程度上調(diào)整用戶的用電計(jì)劃。通過(guò)改變能源產(chǎn)生和消耗的時(shí)間段，基本的用電順序計(jì)劃可以減輕用電壓力，例如電動(dòng)汽車、熱泵、集中式冷庫(kù)空調(diào)等。在實(shí)際的能源供應(yīng)過(guò)程中，相應(yīng)的綜合能源需求逐步擴(kuò)展到不同的能源載體，實(shí)現(xiàn)一定程度的轉(zhuǎn)換和替代，相當(dāng)于用戶具備了對(duì)能源需求的響應(yīng)能力。例如，天然氣供熱價(jià)格偏高，用戶可以選擇和使用電加熱鍋爐等，在這種情況下，無(wú)需調(diào)整相應(yīng)的能源需求計(jì)劃，確保用戶享受到良好的用電體驗(yàn)。通過(guò)改變能源消耗的類型，可以形成能源之間的替代關(guān)系，緩解能源短缺情況下的實(shí)際應(yīng)用壓力[3]。

3.2 能源市場(chǎng)化對(duì)電能替代負(fù)荷的實(shí)際影響

發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的最關(guān)鍵方法是提供綜合能源服務(wù)。當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的進(jìn)步推動(dòng)了電力體制的深化和改革。在這種情況下，電力企業(yè)正在尋求新的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)能源服務(wù)轉(zhuǎn)型。當(dāng)前的網(wǎng)格企業(yè)信息技術(shù)利用數(shù)據(jù)和云計(jì)算，在上游電力銷售業(yè)務(wù)中的負(fù)荷、發(fā)電、輸配電、分布式供電側(cè)、下游業(yè)務(wù)、居民、園區(qū)、多維等方面，客戶了解信息電力資源，在一定程度上以滿足用戶的能源需求為出發(fā)點(diǎn)，為用戶的需求量身定制解決方案。同時(shí)，形成一套完整的電能替代技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)方案，用戶與電網(wǎng)企業(yè)在使用電力負(fù)荷的基礎(chǔ)上進(jìn)行通信，借助云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能交互供電[4]。在分析供電方的數(shù)據(jù)和信息的基礎(chǔ)上，可以為用戶提供電氣設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)和滿足用戶在電力方面的基本需求，不斷創(chuàng)新和替代綜合能源服務(wù)，使其發(fā)揮基礎(chǔ)功能和作用，推動(dòng)電能替代方式的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展。

4 電能替代負(fù)荷應(yīng)用若干問(wèn)題探討

電能替代負(fù)荷參與了綜合需求響應(yīng)，與常規(guī)負(fù)荷測(cè)量相比，其用電量具有明顯的彈性特征?？煽啃允呛饬肯到y(tǒng)以可接受的標(biāo)準(zhǔn)向負(fù)載提供電能的能力度量?？煽刂曝?fù)載的“可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)”顯然不同于傳統(tǒng)負(fù)載，因此需要重新定義。對(duì)可接受的彈性載荷標(biāo)準(zhǔn)的分析不夠詳盡，會(huì)導(dǎo)致低估或高估彈性載荷響應(yīng)能力，容易造成彈性載荷的損失。

在實(shí)施需求響應(yīng)控制策略時(shí)，最重要的是調(diào)整負(fù)荷預(yù)測(cè)。代理只能根據(jù)分配的負(fù)載來(lái)充分發(fā)揮特定的可調(diào)整性。根據(jù)電加熱、電動(dòng)汽車等電能替代負(fù)荷的滲透率和時(shí)空分布特征，針對(duì)現(xiàn)有的目標(biāo)負(fù)荷預(yù)測(cè)，建立配網(wǎng)中電能替代負(fù)荷的級(jí)聯(lián)聚集模型，需要進(jìn)一步進(jìn)行負(fù)荷獲取[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，展望并重點(diǎn)分析用固定電能負(fù)荷代替電力負(fù)荷的應(yīng)用方法，需要認(rèn)真分析用電能代替非清潔能源的現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)。基于市場(chǎng)響應(yīng)當(dāng)?shù)鼐C合用戶需求的數(shù)據(jù)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，一方面，電能增值替代的成功應(yīng)用和推廣，地方政府的政策支持，通過(guò)各種方式進(jìn)行政策扶持，提供政府補(bǔ)貼，促進(jìn)電能技術(shù)服務(wù)市場(chǎng)健康發(fā)展;另一方面，新能源企業(yè)應(yīng)積極發(fā)揮技術(shù)市場(chǎng)的帶動(dòng)作用，引導(dǎo)規(guī)模日益增長(zhǎng)的大型電能企業(yè)替代承載負(fù)荷企業(yè)參與系統(tǒng)的電能調(diào)控，建立并完善一系列電能增值配套服務(wù)，從綜合用戶需求層面不斷挖掘更多的市場(chǎng)價(jià)值。

能源利用互聯(lián)網(wǎng)充分發(fā)揮各類不同能源利用形式之間的能源互補(bǔ)利用優(yōu)勢(shì)和能源協(xié)同發(fā)展效益，創(chuàng)造巨大增量能源價(jià)值。文章主要針對(duì)我國(guó)能源行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化大背景下利用電能負(fù)荷替代電力負(fù)荷的研究應(yīng)用前景進(jìn)行了重點(diǎn)展望，通過(guò)對(duì)當(dāng)前現(xiàn)有需求電能響應(yīng)替代的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)狀及技術(shù)實(shí)施中的障礙問(wèn)題進(jìn)行深入分析，闡述了當(dāng)前綜合應(yīng)用需求電能響應(yīng)替代技術(shù)在大負(fù)荷管理應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)的新發(fā)展契機(jī)，為電能相關(guān)領(lǐng)域工作人員提供一定的技術(shù)理論實(shí)踐參考。

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