能源互聯網體系架構及關鍵技術

趙楊

摘要：目前，我國正處在經濟轉型的重要時期，也是能源改革的關鍵時刻。“互聯網+”概念的提出預示著我國能源行業發展將要進入一個全新的歷史階段。隨著可再生能源發電技術以及互聯網信息技術的快速發展，提出構建以深入融合可再生能源與互聯網信息技術為特征的能源互聯網將是實現能源清潔替代和可持續發展的關鍵所在。發展能源互聯網將從根本上改變對傳統能源利用模式的依賴，推動傳統產業向以可再生能源和信息網絡為基礎的新興產業轉變。本文主要分析了能源互聯網體系架構及關鍵技術。

關鍵詞：能源互聯網；體系架構；關鍵技術

中途分類號：TP393.4

1 能源互聯網體系架構

現有的能源中能源互聯網是基礎設施，嘗試深入融合先進的互聯網信息技術和可再生能源發電技術，實現多種能源的廣域智能優化配置。圖1給出了信息和能源融合下的能源互聯網體系架構示意圖。圖1中：雙向箭頭表示信息流；單向箭頭表示能量流。由圖1可看出，能源互聯網是在搭建有能源互聯開放平臺的基礎上，以電網為核心基礎網絡設施，形成一個涉及智能電網、智能氣網、智能熱網和電氣化交通網的復雜多網流系統。

能源互聯開放平臺是一個具備完善安全策略且具有互聯開放特性的綜合信息處理平臺。在此平臺下，互聯信息網絡通過在電網、燃氣網、熱網、交通網等能源系統范圍內裝設海量信息采集和傳感設備，采集各種能源設備運行狀態及各能源系統的實時運轉狀況等海量信息，并通過云計算和大數據技術對海量信息進行分析處理，進而搭建能源交易平臺支持各項能源交易。多能源協調管理系統根據氣、熱、電等能源行業的運轉情況，從系統安全運行、能源價值最大化、多能源交易準則和法規的角度對多種能源交易和能源資源配置進行協調管理，保障能源的安全高效供應以及能源互聯網的健康發展。能源互聯網中集中式與分布式可再生能源發電、大容量儲能系統的接入實現了能源供用關系的靈活轉換，同時也形成了多元市場主體并通過能源交易平臺完成電能交易、可再生能源配額交易等業務。在能源互聯網中，用戶可借助能源互聯網清晰地了解需求側能源需求狀況，并借助系統控制網絡實現能源儲備和能源需求的匹配，同時用戶也可參與供電供熱環節，借助能源交易平臺與分布式能源儲能開展能源在線交易、轉售等業務。

2 能源互聯網關鍵技術

2.1 儲能技術

規模化及大容量儲能技術是實現能源利用形式多樣化、提高能源利用效率中的關鍵組成部分，在能源互聯網中開發利用多種儲能技術對整個系統的穩定性具有重要作用。首先，在電儲能方面，可再生能源發電是未來能源互聯網的主要能量供應來源，而大規模可再生能源接入電網所帶來的非線性隨機波動特性，將會影響整個系統的安全性、經濟性、靈活性。據此，需要在能源網絡中配置大容量儲能系統來平滑可再生能源發電的間歇性和波動性，而且在能源互聯網背景下對儲能系統的儲能材料、儲能元件壽命、存儲效率以及能量密度等方面要求也更高。在未來能源互聯網中具有廣泛應用前景的儲能技術，至少需達到MW級/MW?h級的儲能規模。因而，鋰離子電池與全釩液流電池等電化學儲能技術、超級電容器與超導電磁儲能、抽水儲能等儲能技術，應是后階段大容量能量儲存技術中重點攻關類型。

此外，開發大功率、高容量的新型儲能材料，延長儲能元件使用壽命，提高能量密度也是研究電儲能技術中的重點方向。其次，在儲熱方面，儲熱技術能夠在一定程度上緩解能源供給和需求在時間和空間上失衡的矛盾，目前適合規模化應用的儲熱技術有水儲熱、熔融鹽儲熱、相變儲熱等。由于相變儲熱能夠在幾乎無溫度變化的情況下實現熱能儲存，且具有傳熱速率高、儲熱密度大的顯著優勢，在儲熱環節中具有廣泛應用前景，可在新型相變儲熱材料的開發與選擇、相變儲熱材料在儲熱裝置中的模擬試驗等方面開展研究。最后，在天然氣儲運方面，相比于管道儲運，天然氣水合物儲運具有儲存密度高、投資運行費用低且安全性高的優勢，在天然氣網中的應用市場和發展潛力較大，但目前關于天然氣水合物儲運技術研究還不成熟，后續應重點加強在水合物的大規模快速生成與運輸中的安全問題、確定天然氣水合物儲運條件、水合物的有效分離手段及分解方法等方面的研究。

2.2 智能電網技術

智能電網的覆蓋范圍包括從需求側設施到廣泛分散的分布式發電，再到電力市場的整個電力系統及所有的相關環節。因此智能電網技術將對發電、輸電、配電、用戶系統及電力調度等系統產生深遠影響。此外，智能電網具有支撐大規模清潔能源發展、適應多樣用戶需求、實現故障自愈、提高運行經濟性等顯著優勢。智能電網技術是全世界電網發展的重要方向，可為大規模新能源的并網提供可靠依托。

2.3 可再生能源發電技術

電能替代及清潔替代說明“以清潔能源為主導、以電為中心”的能源格局將是能源消費與變革的必然趨勢，這也決定了可再生能源發電技術在未來能源發展中的關鍵作用。以清潔能源為主導的可再生能源發電技術的突破是構建能源互聯網的動力之源，可再生能源發電技術主要包括有集中式與分布式風電、太陽能發電技術，運行控制技術，能量轉換技術等。其重點研究領域包括風電精準預測與運行調控技術、風電單機容量大型化技術、變速恒頻風電系統的商業化開發、高轉化效率的光伏材料研發、不同新能源發電系統聯合優化運行技術、間歇式可再生能源發電的系統保護技術、大規模新能源發電并網控制技術、智能控制與群控優化技術、先進的分布式電源設備制造技術、分布式能源的智能管理系統、動力與能源轉換設備研發、資源深度利用技術等。

2.4 先進電力電子技術

由于數字信號處理能力的提升，使得系統控制策略多樣化，如模糊控制、神經網絡控制、預測控制等技術的使用將成為現實，一系列復雜算法將在DSP內整合，增強設備的靈活性和系統的穩定性。

結論

我國能源互聯網的發展尚處于起步階段，其發展方向和特點都有待于專家學者們的進一步研究。在提倡綠色環保、可持續發展的今天，對能源互聯網的研究具有重大意義。

參考文獻

[1]劉振亞著.全球能源互聯網[M].中國電力出版社，2015（13）：115-117.

[2]田世明，欒文鵬，張東霞，等.互聯網技術形態與關鍵技術[J].中國電機工程學報，2015，5（4）：63-65.