【關(guān)鍵詞】能源互聯(lián)網(wǎng)  全球  電力發(fā)展  環(huán)境   

 

(一)能源互聯(lián)網(wǎng)的必要性  最近幾年我國(guó)各地區(qū)污染嚴(yán)重，就北京霧霾來(lái)講，其六大主要貢獻(xiàn)源為燃煤、生物質(zhì)燃燒、土壤塵、二次無(wú)機(jī)氣溶膠、汽車(chē)尾氣與垃圾焚燒、工業(yè)污染等，粉塵之中，粗粒子來(lái)源為工業(yè)粉塵，土壤顆粒等，持續(xù)時(shí)間為數(shù)分鐘至幾小時(shí)，傳輸距離為小于100公里；細(xì)粒子來(lái)源為煤，柴油等的燃燒，持續(xù)時(shí)間為數(shù)天至數(shù)周，傳輸距離為幾百至幾千公里。  

 

我們可以考慮用電力提高大規(guī)模可再生能源消納，特高壓輸電實(shí)現(xiàn)西電東送，提高電力占終端能源比重，區(qū)域能源優(yōu)化及能效提升。智慧城市更強(qiáng)的能源供應(yīng)、更好的環(huán)境兼容和智能電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、能源效率的提升的需求驅(qū)動(dòng)著大能源觀。國(guó)家能源稟賦決定能源變革。從能源發(fā)展的外部條件來(lái)看，資源環(huán)境的約束更為迫切。自2013年四季度開(kāi)始，中國(guó)已成為世界上最大的石油進(jìn)口國(guó)，2013年對(duì)外依存度達(dá)到58%。如不加控制，2030年石油進(jìn)口依存度將超過(guò)70%。由此國(guó)家電網(wǎng)總經(jīng)理提出“以電代煤、以電代油、電從遠(yuǎn)方來(lái)”。我們可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的能源發(fā)展將實(shí)現(xiàn)大跨越、大互聯(lián)、全球電力互聯(lián)網(wǎng)。  

 

美國(guó)著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家杰里米·里夫金的第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)的提法最近引起廣泛關(guān)注。杰里米·里夫金認(rèn)為：“在即將到來(lái)的時(shí)代，我們將需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，讓億萬(wàn)人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現(xiàn)在在網(wǎng)絡(luò)上分享信息一樣。”   

 

（二）能源互聯(lián)網(wǎng)的概念   

能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建的新型信息能源融合“廣域網(wǎng)”，它以大電網(wǎng)為“主干網(wǎng)”，以微網(wǎng)為“局域網(wǎng)”，以開(kāi)放對(duì)等的信息能源一體化架構(gòu)真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，因此可以最大限度的適應(yīng)新能源的接入。微網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中的基本組成元素，通過(guò)新能源發(fā)電、微能源的采集、匯聚與分享以及微網(wǎng)內(nèi)的儲(chǔ)能或用電消納形成“局域網(wǎng)”。能源互聯(lián)網(wǎng)是微網(wǎng)的廣域連接形式，是分布式能源的接入形式，是從分布式能源的大型、中型發(fā)展到了任意的小型、微型的“廣域網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)。大電網(wǎng)的形成有其必然性，在傳輸效率等方面仍然具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，將來(lái)仍然是能源互聯(lián)網(wǎng)中的“主干網(wǎng)”。電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸效率等方面具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，未來(lái)能源基礎(chǔ)設(shè)施在傳輸方面的主體必然還是電網(wǎng)，因此未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)基本上是互聯(lián)網(wǎng)式的電網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)把一個(gè)集中式的、單向的、生產(chǎn)者控制的電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變成大量分布式輔助較少集中式的和與更多的消費(fèi)者互動(dòng)的電網(wǎng)。  

 

能源互聯(lián)網(wǎng)打個(gè)簡(jiǎn)單的比方，就是地球上的太陽(yáng)能、潮汐能、生物能等都可以加以利用。但是如果這些新能源仍延續(xù)石油和天然氣的傳統(tǒng)集中化分配模式，不能很好地滿(mǎn)足整個(gè)世界的需要。而每座大樓、每座房屋都將變成能源生產(chǎn)的微型能源站。互聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)是合作，可以為這一可能性提供支持。處理海量信息的大數(shù)據(jù)決策支持技術(shù)。電網(wǎng)是能源資源優(yōu)化配置的重要載體。 能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力可以實(shí)現(xiàn)全球的“時(shí)空互補(bǔ)”天然的絕配。中國(guó)、歐洲及北美是全球三大區(qū)域電網(wǎng)，目前總裝機(jī)容量接近20億千瓦，由于各自所處地區(qū)時(shí)差的差異，負(fù)荷在同一時(shí)間框架內(nèi)具有互補(bǔ)性，可以說(shuō)是空間上的分布形成了天然上的峰谷互補(bǔ)。  

 

（三）對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究

 

事實(shí)上，能源互聯(lián)網(wǎng)從技術(shù)的層面早就提出了，美國(guó)和歐洲早就有相關(guān)的研究計(jì)劃。2008年美國(guó)NSF在北卡州立大學(xué)建立了FREEDM系統(tǒng)中心，有17個(gè)科研院所和30余個(gè)工業(yè)伙伴共同參與，希望將電力電子技術(shù)和信息技術(shù)引入電力系統(tǒng)，在未來(lái)配電網(wǎng)層面實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)理念。效仿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心路由器，他們提出了能源路由器的概念并且進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn)，利用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的控制，路由器之間利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)等交互。FREEDM基本上是從電力電子技術(shù)的角度出發(fā)，希望以分布對(duì)等的系統(tǒng)控制與交互，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的理念。再有最近MIT的科技創(chuàng)業(yè)（Technology Review）報(bào)導(dǎo)了一個(gè)位于加州的叫做Stem的新興能源公司，開(kāi)發(fā)了一款用于商業(yè)建筑的智能電池，將精簡(jiǎn)型的汽車(chē)鋰離子電池和電力電子設(shè)備相連接，這些電力電子設(shè)備在向樓宇供電和從電網(wǎng)中充電這兩種狀態(tài)間快速切換，而大量的智能分析是通過(guò)云計(jì)算來(lái)完成。這樣的智能電池稍加拓展實(shí)現(xiàn)相互間的通信與控制，就完全符合里夫金描述的以建筑樓宇為單元的能源互聯(lián)網(wǎng)原型，這是從儲(chǔ)能的角度實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的典型例子。另外德國(guó)BDI也提出了E-Energy理念和能源互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，并早在2008年年底開(kāi)始投資實(shí)施該計(jì)劃。德國(guó)是借此打造一個(gè)基于信息和通信技術(shù)的能源供應(yīng)系統(tǒng)，并在六個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)示范應(yīng)用形成能源需求和供給的互動(dòng)，在能源互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)連接能源供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)流程的互動(dòng)系統(tǒng)。  

 

能源互聯(lián)網(wǎng)包括冷熱電的互聯(lián)。隨著國(guó)家電網(wǎng)公司電能替代戰(zhàn)略的推進(jìn)，電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)的耦合度不斷增強(qiáng)，形成電力-熱力綜合能源系統(tǒng)。冷熱電混合能源綜合管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的綜合提升，促進(jìn)區(qū)域電網(wǎng)能源高效利用。不過(guò)也不能忽視多種能源聯(lián)合問(wèn)題的復(fù)雜性，基本上有以熱定電、以電定熱、以電定熱冷。其模型和分析方法上也存在復(fù)雜性。電的光速傳播特性決定了其數(shù)學(xué)模型的特性。穩(wěn)態(tài)特性用純代數(shù)方程來(lái)描述（潮流計(jì)算），暫態(tài)（包括機(jī)械暫態(tài)與電磁暫態(tài)）特性用微分方程來(lái)描述。熱系統(tǒng)是截然不同的建模方法和分析控制理論，可以在兩者的耦合處以互為邊界條件的形式體現(xiàn)兩者之間的作用和影響。但從綜合能源系統(tǒng)的整體來(lái)考慮，無(wú)法保證綜合能源系統(tǒng)的整體效率達(dá)到最優(yōu)。仿真與模擬過(guò)程中的時(shí)間尺度問(wèn)題。  

 

（四)能源互聯(lián)網(wǎng)的效益和要求  

 

能源互聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)上可以減少系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用，提高年經(jīng)濟(jì)效益（一般認(rèn)為如果能夠?qū)崿F(xiàn)100萬(wàn)千瓦的負(fù)荷削峰填谷后，就可以減少百億元左右的電源及電網(wǎng)方面的經(jīng)濟(jì)投入）；能效上提高以天然氣為主的一次能源的利用率，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用；對(duì)于環(huán)境能夠平衡氣體排放的局限性（污染氣體）和全球性（溫室氣體)。  能源互聯(lián)網(wǎng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出了更高更多的要求。首先，能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)體系架構(gòu)和其中的信息能源融合機(jī)制還需要深入研究。能源路由器是能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的核心，但能源的路由比信息要復(fù)得多，主要體現(xiàn)在存儲(chǔ)和控制的難度上。儲(chǔ)能相當(dāng)于能源互聯(lián)網(wǎng)中的緩存，經(jīng)濟(jì)可行的大規(guī)模儲(chǔ)能仍然是技術(shù)難點(diǎn)，效率、充放電次數(shù)、成本、容量等問(wèn)題還有待解決。電力電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)控制的主要手段，按照用戶(hù)的需要以指定電壓和頻率控制電力的傳輸仍然是技術(shù)難點(diǎn)，電力電子變壓器和傳統(tǒng)變壓器相比仍然有效率、容量和可靠性等方面的瓶頸問(wèn)題。最后是分散協(xié)同式的能量管理，傳統(tǒng)的能量管理系統(tǒng)需要在能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)能源信息實(shí)時(shí)采集、處理、分析與決策的能量管理系統(tǒng)。總之，要徹底實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵性技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化的確還有很長(zhǎng)的路要走。但從我們已掌握的技術(shù)看，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，逐步集成創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的原型系統(tǒng)和示范工程，還是具有一定的現(xiàn)實(shí)可行性的。  

 

能源技術(shù)本身所面臨的瓶頸，需要新理念、新方法和新思路的指導(dǎo)，能源互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是電網(wǎng)的信息化和智能化，也是互聯(lián)網(wǎng)理念引導(dǎo)下的能源基礎(chǔ)設(shè)施變革，可以最終實(shí)現(xiàn)信息能源基礎(chǔ)設(shè)施的一體化。  

 

 

而全世界范圍內(nèi)，能源互聯(lián)網(wǎng)還是一個(gè)全新的課題，但隨著“無(wú)處不互聯(lián)”時(shí)代的到來(lái)，與互聯(lián)網(wǎng)相融合或者結(jié)合將成為能源領(lǐng)域的一個(gè)“必修課”，這是大勢(shì)所趨。像分布式、智能電網(wǎng)就是當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)很好的代表，它本質(zhì)上是要改變傳統(tǒng)電網(wǎng)為雙向互動(dòng)、有自愈能力的開(kāi)放型體系，以開(kāi)放對(duì)等的信息能源一體化架構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動(dòng)態(tài)平衡使用，最大限度地適應(yīng)新能源的接入，提高資源的利益效率。    

 

【參考文獻(xiàn)】   

[1] 杰里米.里夫金著，張?bào)w偉，孫毅寧譯. 第三次工業(yè)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)