能源互聯(lián)網技術形態(tài)與關鍵技術

滕耀飛

摘 要：隨著互聯(lián)網在全世界普及應用， 人類的生產生活在互聯(lián)網技術驅動下不斷發(fā)生改變。 同時，互聯(lián)網正繼續(xù)向各行各業(yè)滲透。 基于此發(fā)展趨勢，各國紛紛提出了自己的互聯(lián)網驅動工業(yè)技術進步發(fā)展策略。 可再生能源具有分布廣、 可再生的特點，但也存在生產間歇性、能源密度低的缺點。 對于能源互聯(lián)網概念也存在著多種理解，為了突出以電網為主要聯(lián)網形式、以輸送清潔能源和全球互聯(lián)泛在為特征， 全球能源互聯(lián)網的概念也得到了迅速發(fā)展與廣泛認可。

關鍵詞：能源互聯(lián)網;技術形態(tài);關鍵技術

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展和經濟水平的不斷提升，各行各業(yè)在良好歷史機遇下獲得了穩(wěn)步發(fā)展。市場競爭的不斷加劇和能源資源的匱乏矛盾及能源資源的缺乏和未來經濟可持續(xù)性發(fā)展的矛盾進一步凸顯。在此背景下，國家有關部門提出了“互聯(lián)網+”行動計劃，旨在進一步利用互聯(lián)網深度研究及其應用為中國經濟的發(fā)展提供新的思路。能源互聯(lián)網作為當前社會可再生能源大規(guī)模高效利用的重要基礎設施之一，獲得了社會各界人士和能源研究領域的廣泛關注與重視，在強化認知能源互聯(lián)網核心特質和技術形態(tài)的基礎上增加對能源互聯(lián)網的應用和技術探討，成為具有重要理論意義和現(xiàn)實價值的研究課題。

一、能源互聯(lián)網定義

能源互聯(lián)網是在現(xiàn)有能源供給系統(tǒng)與配電網的基礎上，通過先進的電力電子技術和信息技術，深入融合了新能源技術與互聯(lián)網技術，將大量分布式能量采集裝置和分布式能量儲存裝置互聯(lián)起來，具有“橫向多能源體互補，縱向源-網-荷-儲協(xié)調”和能量流與信息流雙向流動特性的顯著特點，是實現(xiàn)能量和信息雙向流動的能源對等交換和共享網絡，以可再生能源發(fā)電為基礎構建的能源互聯(lián)網絡。能源互聯(lián)網通過智能能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)實時、高速和雙向的電力數(shù)據(jù)讀取和可再生能源的接入。

二、能源互聯(lián)網的技術形態(tài)

1、能源互聯(lián)網宏觀調控層。能源互聯(lián)網作為系統(tǒng)的完整能源生態(tài)系統(tǒng)，其整體的功用體系可簡要概述為能源的輸入到輸出的整體流量過程。

能源體系流程主要包括一次能源輸入和二次能源輸入2部分，通常情況下，一次能源輸入主要包括原油、天然氣和頁巖氣等重要的化石能源及太陽能、風能、地熱能和水能等重要的可再生清潔能源。同時，二次能源中的電能在能源互聯(lián)網體系中扮演著重要角色，縱觀整個能源體系的過程可知，一次能源和二次能源可統(tǒng)稱為該體系的能源供給，該能源供給在經過一定的能源輸送和能源消費后進行有效的排放，并進一步將其反饋調節(jié)信號及體系傳輸自一次能源輸入方輸入，為相關單位及工作人員進一步優(yōu)化能源體系流程圖奠定一定基礎。針對能源互聯(lián)網宏觀調控問題，能源互聯(lián)網可進一步借助輸入向量、中間矩陣和輸出向量之間的各項關系，在電能作為二次能源關鍵媒介的重要基礎上，利用矩陣表示方法宏觀研究能源體系過程中的輸入和輸出對應關系，進而對能源進行宏觀管理和調控。

2、能源互聯(lián)網生產控制層。由能源體系流程圖可知，電能等二次能源在流程圖中起到重要的中介轉移作用，而在能源互聯(lián)網整體結構體系中，電能充當不同能源之間的重要橋梁，不同能源種類間的轉化能有效通過先進的信息技術等支撐，進而構成協(xié)同式的現(xiàn)代綜合能源供給系統(tǒng)，在此過程中，不同種類的能源通過冷、熱、電能等多樣化的形式進行一定的轉化和調度供給，在滿足企業(yè)、普通用戶等多樣化能源需求的基礎上有效解決了傳統(tǒng)能源供給體系中的困境。

三、能源互聯(lián)網的關鍵技術

1、可再生能源發(fā)電技術。能源互聯(lián)網發(fā)電設備包括傳統(tǒng)能源發(fā)電和可再生能源發(fā)電，其中最主要的是可再生能源發(fā)電?？稍偕茉窗l(fā)電主要包括水力發(fā)電、生物質能發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電等。風電、太陽能發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、地熱發(fā)電和潮汐發(fā)電是新興的發(fā)電技術，當前主流的研究方向集中在風電和光伏發(fā)電。風力發(fā)電技術在可再生能源領域中發(fā)展相對成熟，是發(fā)展新能源技術中具有最大商業(yè)化發(fā)展規(guī)模前景的。太陽能光伏發(fā)電有很多優(yōu)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(xiàn)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(fā)電是一種常規(guī)發(fā)電無法比擬的發(fā)電方式。在能源互聯(lián)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、儲能技術。儲能裝置在能源互聯(lián)網中的許多領域都是一個非常重要的部分。在能源互聯(lián)網中儲能設備可以改善電能質量，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。儲能設備的應用是一種能夠提高發(fā)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(tài)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。

3、智能輸電網技術。在以電能為核心中介的能源互聯(lián)網結構體系中，可再生能源將成為發(fā)電技術的重要手段，而智能輸電網技術將是大規(guī)模大范圍實現(xiàn)可再生能源向外輸送電能和能源資源范圍大幅度優(yōu)化配置的重要技術。在此過程中，智能輸電技術圍繞著智能電網輸電的各個環(huán)節(jié)，在逐步改良和優(yōu)化輸電材料、輸電設備、輸送電力方式及輸電經濟性、靈活性和科學性的基礎上，對其進行了深化研究，不僅包括可靠性較強的換流閥、換流變壓器及柔性直流輸電技術等的發(fā)展，更涵蓋了直流電網技術、大電網優(yōu)化仿真技術甚至是海底電纜技術等的高速發(fā)展，為能源互聯(lián)網電能輸入環(huán)節(jié)做出了一定貢獻。

4、電網負荷的相關技術。能源互聯(lián)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?？梢灶A見的是通過電動車的聯(lián)系，電力系統(tǒng)和交通系統(tǒng)的耦合程度將在今后繼續(xù)加強。電氣化運輸系統(tǒng)，特別是電動汽車，將成為能源互聯(lián)網的重要組成部分。同時，能源互聯(lián)網即插即用的功能需要能量管理系統(tǒng)來管理在不同負載時的轉換器和通信。該系統(tǒng)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(fā)生后，系統(tǒng)可以從電網平滑切換，自動實現(xiàn)孤島運行。

由于我國可再生分布式能源規(guī)模越來越大，分布式能源的高效利用問題越來越突出，而微電網能夠分散電力負荷，提高大電網的可靠性，能源互聯(lián)網的研究為解決這一問題提供了可行性。能源互聯(lián)網是一種將分散資源進行整合， 使能源在內部完成循環(huán)、交換的一種系統(tǒng)，其技術要素包括能源產生、應用、存儲、再生、循環(huán)、控制等，技術形態(tài)則包括循環(huán)形態(tài)、補充形 態(tài)和智能形態(tài)，實現(xiàn)能源互聯(lián)網的關鍵技術是先進儲能技術、固態(tài)變壓器技術、智能能量管理技術、智能故障管理技術、可 靠安全通信技術和系統(tǒng)規(guī)劃分析技術，探討相關內容，有利于能源互聯(lián)網的建設和發(fā)展。

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