能源互聯網技術研究與應用

張棟

摘要：我二十一世紀以來，全球都面臨著氣候變暖及能源危機等多重壓力，對資源進行優化配置、實現能源的結構調整、發展新能源已逐漸成為各國政府實現可持續發展的能源供應戰略的重要組成部分。世界能源結構逐步從開發利用化石能源向可再生能源轉變。風力發電和太陽能發電等可再生能源由于自身的波動性和隨機性等特性，其輸出功率具有不穩定性，大規模可再生能源的接入對電網形成了極大的挑戰。如何提高分布式能源的高效利用已經受到了國內外各研究機構的持續關注，對于分布式可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集、就地存儲、就地使用”。

關鍵詞：能源；互聯網技術；應用

中途分類號：D922.67

1 能源互聯網的概念

首先，新能源的開發利用是能源互聯網的核心，但傳統能源依然具有一定市場價值。新能源主要是指可再生能源，如水能、風能、太陽能、地熱能、生物質能等。這些能源的利用，主要是以電力形式轉換。各位學者在對能源互聯網的闡釋中，電力是核心，甚至僅限于電力。不可否認，從發展前景來看，電力絕對占據未來能源利用的主導地位。但傳統能源依然有一定份額，能源互聯網應該包括未來所有能夠利用的能源資源。

其次，能源互聯網的建立，關鍵是要讓“網”能夠“聯”起來。這個“網”，“不僅是一張有形的網，也是一張無形的網”。有形的網，主要是指實體的電網，一張連接國域甚至全世界的電網既能夠廣泛接入傳統發電站的電力，也能夠吸收眾多微小新能源發電站的電力。因為在當前技術前提下，新能源發電如太陽能發電站、風電發電站、潮汐發電等具有不穩定性，需要傳統的、具有高度穩定性的發電站的電力補充，強調互補性與協調性。無形的網，主要是指信息網，即利用“互聯網+”技術，把能源的生產、運輸、銷售、消費、反饋與溝通等信息交織成網，強調共享性。兩張“網”的建立基于強大的技術支撐之上。這些技術包括新能源的轉換技術（大規模的開發）、能源儲運技術（運輸及分配）、終端能耗產品研發（設備）等，加上以大數據、云計算為主導的信息技術、即時通訊技術等。

最后，能源互聯網的目的在于降低能源生產和使用成本。基于能源互聯網構想愿景，在杰里米·里夫金最新著作《零邊際成本社會》中進一步提出“零邊際成本社會”的概念。即使在當前社會技術條件下，太陽能發電、風力發電等前期的投入成本巨大，但一旦投產，其生產成本就幾乎為零。隨著科技的飛速發展，“未來太陽能和小型風力發電站的采集技術設備將像手機或筆記本電腦一樣便宜”。同時，能源互聯網的基礎建設前提投入成本也十分巨大，但投入運營后，其單位邊際成本也將趨近于零。這主要是基于生產成本角度的研究。

2 能源互聯網技術的應用

2.1 可再生能源發電技術

能源互聯網發電設備包括傳統能源發電和可再生能源發電，其中最主要的是可再生能源發電。可再生能源發電主要包括水力發電、生物質能發電、風力發電、太陽能發電、潮汐發電等。風電、太陽能發電、太陽能熱發電、地熱發電和潮汐發電是新興的發電技術，當前主流的研究方向集中在風電和光伏發電。風力發電技術在可再生能源領域中發展相對成熟，是發展新能源技術中具有最大商業化發展規模前景的。太陽能光伏發電有很多優點，如無噪聲、無污染、不受地域限制且分布廣泛、不消耗燃料、建設周期短、經營成本低、無長距離傳輸、可現場使用、結合建筑物具有更好的便利性等。所以太陽能光伏發電是一種常規發電無法比擬的發電方式。在能源互聯網中，任何有風能和太陽能的地方均可以作為一個小電站配合電網進行供電。

2.2 電網負荷的相關技術

能源互聯網是可用于各種AC和DC負載的一種先進的智能電網。最近幾年，隨著電池技術的不斷成熟和相應成本的不斷下降，電動車使用率正在迅速增長。可以預見的是通過電動車的聯系，電力系統和交通系統的耦合程度將在今后繼續加強。電氣化運輸系統，特別是電動汽車，將成為能源互聯網的重要組成部分。同時，能源互聯網即插即用的功能需要能量管理系統來管理在不同負載時的轉換器和通信。該系統可以基于本地信息進行快速響應，而當電壓下降時，電網故障或者停電等事件發生后，系統可以從電網平滑切換，自動實現孤島運行。

2.3 儲能技術

儲能裝置在能源互聯網中的許多領域都是一個非常重要的部分。在能源互聯網中儲能設備可以改善電能質量，保持電力系統的穩定。儲能設備的應用是一種能夠提高發電機的輸出電壓質量和頻率質量的有效方式，同時增加了分布式電源和電網運行的可靠性。分布式電源和儲能設備的可靠結合是解決例如電壓跌落、階段時間停電等電網問題的有效解決方式；儲能設備還可以有效地提高動態功率的質量。另外，儲能設備在提高分布式電源的經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，來滿足電力調峰和緊急供電，以最大限度地提高經濟效益。儲能裝置主要有化學儲能和物理儲能，如蓄電池、氫儲能、壓縮空氣儲能、超級電容器、飛輪儲能、超導儲能等。

2.4 遠距離輸電技術

遠距離輸電技術符合我國電力發展的當前預期，也是國際能源革命的重要組成部分，所以著重發展該技術是很有必要的。自2011年起，我國東部沿海發達區域逐漸出現了電力短缺的狀況，例如浙江省，全省在2012年最大電力短缺額約近1000萬kW，電力的可靠性供應難度逐漸增大，所以從其他地區到浙江進行遠距離大容量輸電是比較可靠、有效的方式。運用遠距離大容量輸電技術不僅能夠解決能源傳輸問題，而且能節省煤炭資源，因為輸電的經濟性優于輸送煤炭且輸送效率基本相當。該技術是高新技術的集成，在優化其他產業的研發和加快其結構調整等方面都能夠起到催化作用。

結論

能源互聯網的建設過程中，傳統能源和新能源將處于長期并存，此增彼漲的趨勢。在能源互聯網建設初期，仍然需要考慮到傳統能源通過改造，融入大能源互聯網體系中去。同時，能源互聯網的建設，可以利用逆向思維，從用戶角度、系統科學方法研究和構建，首先從能源價格市場化入手，以能源信息平臺搭建為基礎，推動能源互聯網的發展與普及。

參考文獻

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