能源互聯網的關鍵技術研究

戴瑞 王金梅

摘 要：能源互聯網是互聯網技術和新能源技術結合的產物，能夠更好地解決所面臨的能源危機和環境惡化。本文闡述了能源互聯網的概念和特點，重點討論了能源互聯網的關鍵技術。

關鍵詞：能源互聯網；可再生能源發電技術；互聯網技術

互聯網迎來了創新的時代，使互聯網信息技術得以發展，創造了很多新的商業模式。美國未來學家杰里米·里夫金已經提出了能源互聯網，就是以 “互聯網+”為核心，從而實現分布式發電和和電動車接入。[ 1 ]國內外學者研究了能源互聯網的內涵及特征，詳細探討了能源互聯網的概念、技術構架、關鍵技術等，同時也使越來越多的學者對能源互聯網感興趣了。[ 2-4 ]

中國領導人在紐約聯合國總部出席聯合國發展峰會上也提到了推進能源互聯網，能源互聯網已經受到國內外學者的特別關注了。

能源互聯網是互聯網技術和新能源技術結合的產物，能夠更好地解決所面臨的能源危機和環境惡化。與當前研究的智能電網，微電網等相比，無論在概念上，還是在技術和方法上都有獨特的特點。所以說，對于促進能源互聯網的發展，使傳統的電網向能源互聯網逐漸演化，研究能源互聯網的定義、特征及各種關鍵技術是有必要的。

1 能源互聯網的概念和特征

1）能源互聯網的概念。能源互聯網是一種清潔替代和電能替代為重點，其以特高壓電網為骨干網架，結合先進的電力電子技術及可再生能源發電技術等，實現雙向的能源和信息接入和切斷的高效電網。（如圖1所示）。能源互聯網的構想是以智能電網為基礎來研究的。美國北卡萊羅納州立大學黃勤教授主持2008年美國國家科學基金項目 FREEDM提出過能源互聯網類似的概念。

2）能源互聯網的特征。能源互聯網是是大電網技術、儲能技術、電力電子技術、信息技術、可再生能源發電技術、需求響應技術等有機的結合。與一般電網比較，其具有6個特點：分布性、聯結互動、開放性、安全性、基礎設施繼承性、健壯性。

2 能源互聯網關鍵技術

2.1 儲能技術[ 5 ]

目前，隨著社會不斷的進步，已經開發了很多不同形式的儲能方式，其中代表的有化學儲能和物理儲能。若選用新型的儲能裝置，可以使分布式能源發電達到穩定性和容量要求；通過對儲能控制策略的優化，使系統具有強大的競爭力。

2.2大電網技術

大容量遠距離輸電是全世界各國的基礎能源技術，也是大型能源基地中的分布式發電的有力保障。大容量遠距離輸電技術有直流輸電、直流電網、海底電纜、超導輸電等技術。其次，新型的智能傳感器件、先進的電力電子器件、高溫超導材料、儲能設備等能源互聯網的新型器件與材料的研究探索也是有必要的。

2.3信息技術

先進的信息技術包括傳感器、云計算、物聯網等技術，是能源領域的指南針。能源互聯網的構建平臺是大數據分析和云計算，從而實現數據的采集、管理、分析、服務、安全等功能，支持電源的配額、電能的教育、節能、監控、運行和維護等業務。[ 6 ]

1）傳感器技術。傳感器是一種檢測裝置，是信息采集的關鍵技術。通過智能傳感器獲取能源互聯網中的數據狀態、可再生能源發電狀態及用戶測設備用電狀態參數等，將這些數據進行分析、處理并提供改進控制策略。2）云計算與云存儲技術。云計算（cloud computing） 是一種通過網絡安全、方便的獲取計算資源，實現隨時隨地，按需方式的高效計算模式，為電力業務提供高質量的云服務。 [ 6 ]3）大數據。大數據是指不能在一定的時間內采用數據庫軟件對其進行數據提取、管理等。可以實現大數據采集、預處理、存儲及管理、分析、檢索、可視化、安全等功能。4）泛在互聯。互聯網是重要的信息平臺，泛在網絡是在傳統的互聯網基礎上擴大了覆蓋范圍，實現了無論在時間上還是空間上的人或物的信息交換，也就是物物之間、人與物之間信息想通的互聯網。

2.4電力電子技術

利用新型半導體材料制成的電力電子新器件（如 SiC 功率器件）比利用硅半導體器件具有更好的耐高溫、反向截止電壓高、低開關損耗等優點，成為新一代的先進電力電子裝置。一些復雜的控制算法、故障檢測、模糊控制、神經網絡控制等控制策略都被整合到DSP內實現，提高了新型電力電子設備的功能。

2.5 智能能量管理技術

能源互聯網中具有多種能量生產、傳輸、消耗設備，具有典型的非線性隨機特征與多尺度動態特征，智能能量管理技術可以實現能源局域網內能量設備的 “ 即插即用 ” 管理，多種能源之間的分布式協同控制，提高可再生能源高滲透率下的魯棒性。其控制設備包含繼電保護裝置、DG控制器等，當網內出現一系列故障時，能源互聯網系統可以自主實現孤島運行與并網運行之間的平滑切換。

2.6 可再生能源發電技術

可再生能源發電主要包括風力發電、太陽能發電、水力發電、地熱能發電、生物質能發電、潮汐能發電等多種方式，其中水力發電、生物質能發電已經較為成熟的技術，而風力發電、太陽能發電、地熱能發電及潮汐能發電等都屬于新興的發電技術，當前的熱門話題就是風力發電和光伏發電。

a. 風力發電技術是一種將風能轉化為電能的發電技術，其工作原理是利用風力帶動風車的葉片進行旋轉，再通過增速機將所旋轉的速度提高，最終發電。風力發電是新型發電中規模較大、較成熟的一種。

b.太陽能光伏發電技術是通過半導體硅等材料的光電效應直接將太陽能轉換為電能，其具有清潔安全、可靠性高、不消耗燃料、能源到處可取、成本低、不收地域時間的限制等特點，所以具有較為廣闊的前景。

2.7 需求響應技術

需求響應是用戶通過電價或其他激勵做出響應來調整用電。通過需求響應來優化調整用電負荷實現削峰填谷，從而提高了能源的利用率。

2.8 微網技術

微網是通過各種可再生能源對一棟樓、一個小區等進行獨立發電、供熱，也可與公共能源連接的微型能源網絡。微網使用可再生清潔能源發電，可靈活便利對設備進行充電。微網可實現能源協調規劃、多種能源之間相互轉換、分布式發電預測等功能。

2.9 標準化技術

能源互聯網首要任務是構建標準化體系，其標準化體系由交易服務、規劃設計、運行維護、相應的規范、法規等標準構成。這些標準需要跟進，保證互聯網的安全運行、健康發展。

3 結論

本文闡述了能源互聯網概念及特征，重點探討了能源互聯網的關鍵技術的研究。主要結論是：

1）能源互聯網是一種清潔替代和電能替代為重點，其以特高壓電網為骨干網架，結合先進的電力電子技術及可再生能源發電技術等，實現雙向的能源和信息接入和切斷的高效電網，并結合多種能源網形成高效、多元化的能源共享互聯網。激活新型商業模式。2）能源互聯網的特征是分布性、聯結互動、開放性、安全性、基礎設施繼承性、健壯性。3）能源互聯網構成要素包括市場域能源互聯網、用戶域能源互聯網、智慧城市能源互聯網、國家級骨干能源互聯網及跨國廣域能源互聯網。4）能源互聯網關鍵技術是包括新能源發電技術、電網技術、先進電力電子技術、先進儲能技術、先進信息通信技術、智能能量管理技術、需求響應技術、微網技術、關鍵裝備技術和標準化技術。5）能源互聯網開放平臺是通過云計算和大數據分析技術構建開放性服務平臺。可以支持新能源分配交易、、用電交易、電動汽車充電設備監控及維護、節能等新型業務。6）能源路由器實現多種能源如：天然氣、冷熱氣、用電等的連接、存儲、轉換等功能。7）能源互聯網涉及多種能源的生產、輸送、轉換、交易等，相應的規范、標準、法規需配套跟進，保障能源互聯網安全運行、健康發展。

參考文獻：

[1] 杰里米·里夫金，張體偉，孫毅寧，譯.第三次工業革命[M].北京：中信出版社，2012.

[2] 查亞兵，張濤，黃卓等.能源互聯網關鍵技術分析[J].中國科學：信息科學，2014，44（6）：702-713.

[3] 董朝陽，趙俊華，文福拴等.從智能電網到能源互聯網： 基本概念與研究框架[J].電力系統自動化，2014，38（15）：1-11.

[4] 周海明，劉廣一，劉超群.能源互聯網技術框架研究[J].中國電力，2014，47（11）：140-144.

[5] 于慎航，孫瑩，牛曉娜，趙傳輝.基于分布式可再生能源發電的能源互聯網系統[J].電力自動化設備，2010，05.

[6] 李曉強， 王超等. 能源互聯網架構及電力相關關鍵技術研究綜述[J]. 科技風，2015.

作者簡介：

戴瑞（1984-），女，漢族，寧夏人，助教，研究生在讀，研究方向：電力系統及通信技術。