綜合能源系統與能源互聯網簡述

（江蘇方天電力技術有限公，南京 210000）

能源是人類一切生產和生命活動的基礎，直接關系到國家能源安全，能源的創新和技術變革直接推動了人類文明的進步和發展。近些年，能源技術領域出現了新的變化，不同能源形式、用戶、交通、供暖等多個不同的領域系統之間融合的趨勢進一步加強，研究綜合能源系統以及能源互聯網技術，對能源可持續發展有重要意義。

1 綜合能源系統

1.1 概述

綜合能源系統并非是新生事物和新概念，長期以來，在現代工業產生發展的過程中，能源領域就一直存在多種不同能源類型之間的相互協調和競爭以及優化。例如CCHP發電機組的熱能和電能之間的協調，可以進一步提高燃料燃燒效率和能源利用率，冰箱的蓄冷設備則用于電能與冷量之間的平衡協調，用于適應電能的峰谷波動等。熱電協同優化就是綜合能源系統的早期形式，其概念、理論研究以及實踐應用與都非常豐富，但是，綜合能源系統的嚴肅定義目前仍然存在分歧。

1.2 發展現狀

西方發達國家對綜合能源系統的研究相對較早，但是不同國家更具自身國情和能源實際，對本問題的研究方向領域以及關注點都有較大的不同。美國在2001年以后開始推動綜合能源系統發展計劃，大規模應用了熱電聯供技術，并逐步增加了清潔能源在總能耗中的占比。2007年美國通過了能源獨立安全法，立法要求社會關鍵供電環節必須參與綜合能源規劃，天然氣在電能功能中的占比進一步增加，天然氣和電能之間的優化協調相關研究也隨之增多。加拿大在2050年的節能減排目標中，把綜合能源系統的建設作為關鍵性技術支持，歐盟在早期的歐盟框架項目中，也進行了大量綜合能源系統相關研究，歐洲各國各自的研究也進展迅速。

1.3 研究焦點

關于綜合能源系統的研究焦點問題比較多，當前世界各國最關注的技術問題主要有天然氣和電力系統的交互影響、傳輸環節效率提升、能源轉換集線器模型等，現有的綜合能源系統結構中，一般都依據現有電網結構進行建設，但是也有研究人員以及能源機構和企業認為，天然氣管網結構更重要。美國天然氣發電量占比更大，近些年頁巖氣技術快速發展，天然氣在電能來源中的占比將會進一步增大，因此美國研究人員更加關注天然氣價格、電力風險、協同優化等問題。歐洲情況和美國類似，但是除了關心能源交互和協同，也關注電力系統和新能源系統、集中供熱系統之間的協同。我國天然氣發電較少，但是隨著環保和節能減排壓力的增大，天然氣發電的占比必然將越來越大。

2 能源互聯網

2.1 產生

能源互聯網是美國研究人員杰里米最早提出的，在他的《第三次工業革命》一書中，給出了一種基于ICT技術的分布式智能電網系統，將發電、儲能和負荷有機聯系起來，借助網絡技術，為用戶提供更加清潔、穩定的能源供應。能源互聯網概念得到了互聯網企業以及能源企業的支持，成為了能源系統研究的焦點問題，但是能源互聯網至今也沒有發展出嚴謹的定義，其技術組成也在進一步豐富，當前研究人員普遍認為，能源互聯網是在電力系統網絡結構基礎上，利用互聯網技術和其他ICT技術，基于分布式結構體系，對電能、可再生能源、天然氣、交通、供暖等多個系統的整合，以及由此建設成的復雜多網流系統。

2.2 發展

美國IT行業世界領先，互聯網運營經驗豐富，掌握著海量的互聯網資源，近些年開始嘗試利用互聯網來對能源行業內的各個獨立系統進行高度的整合，為能源效率的進一步提高、清潔能源的利用以及能源的可持續發展提供各種必要的網絡基礎服務，取得了豐碩的成果，尤其是能量路由器概念的提出，是現代能源系統即插即用、開放式接入退出特性的主要實現技術，極大地提高了能源系統的互聯網屬性。歐洲國家中，德國的能源互聯網建設最為迅速，于2009年開始了E-Energy建設項目，從能源互聯網框架建設、通信、控制、能源等多個行業領域同時入手，初步建起了能量-信息-物質的高度融合開放性能源系統。

2.3 關鍵技術

能源互聯網最典型的特征是信息技術和能源系統的物理現實基礎之間的高度連接，基于任何結構形式的能源系統，本質上都是一個復雜的能量和信息流系統。例如里夫金的能源互聯網架構，就通過統一的物理信息系統，把用戶、電力系統、分布式新能源發電設備、儲能設備、能源轉換設備統一整合起來，在同一個信息物理系統中完成電能產生、傳輸、消費和調動的過程。統一的能量物理信息網絡建設還依賴一個最重要的關鍵節點，那就是美國學者提出的能量路由器，能量路由器概念和技術的應用，解決了開放性復雜能源互聯網中，用戶接入以及封閉電力網絡改造的難題。能量路由器是智能變壓器、智能開關、無功補償的電力設備以及信息采集和傳輸設備的高度集成節點，也是能源互聯網上，重要的大規模基礎設施。

3 結束語

能源系統和能源互聯網是能源系統發展的必然方向，也是當前能源領域世界級的研究熱點，國內外都對能源系統的協調融合以及能源互聯網的建設進行了大量的研究與嘗試，我國也需要加快這方面的研究，更好的為國家能源安全與可持續發展服務。