- 相關推薦
淺析能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源的發(fā)展及技術挑戰(zhàn)論文
1 能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源概念
能源互聯(lián)網(wǎng)是在第三次工業(yè)革命背景下，為解決化石燃料的逐漸枯竭及其造成的環(huán)境污染問題，以新能源技術和信息技術深入結(jié)合為特征的一種新的能源利用體系。能源互聯(lián)網(wǎng)沒有中心化的調(diào)度與管理，借鑒互聯(lián)網(wǎng)應用中社交網(wǎng)絡的信息分享機制，能源互聯(lián)網(wǎng)中各局域網(wǎng)間的能量交換與路由也都是就近實時動態(tài)進行的，分布式能量自治單元構(gòu)成了能源的局域網(wǎng)，以分散式的局部最優(yōu)實現(xiàn)全局能量管理的調(diào)度優(yōu)化方法，真正實現(xiàn)能源的雙向按需傳輸和動態(tài)平衡使用，因此可以最大限度地適應新能源的接入。能源互聯(lián)網(wǎng)是從能源生產(chǎn)、輸送、配給、轉(zhuǎn)化和消耗等方面構(gòu)建一套完整的能源體系。按其定義，能源的傳輸和轉(zhuǎn)換可以是任何一種能源媒質(zhì)，雖然能源形式多種多樣，電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸效率等方面具有無法比擬的優(yōu)勢，未來能源基礎設施在傳輸方面的主體必然還是電網(wǎng)， 因此未來能源互聯(lián)網(wǎng)基本上是以大電網(wǎng)為主干網(wǎng)絡，而在配、用環(huán)節(jié)利用電、氣、冷、熱等能量的相互轉(zhuǎn)化和替代來構(gòu)建城市能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式能量自治單元，最后以互聯(lián)網(wǎng)理念構(gòu)建而成的新型的信息能源相互融合的網(wǎng)絡態(tài)勢。
2 能源互聯(lián)網(wǎng)關鍵技術與運行機制探討
能源互聯(lián)網(wǎng)的形成需要新的技術突破與管理運行機制的優(yōu)化和創(chuàng)新。
2.1 網(wǎng)間傳輸
能源互聯(lián)網(wǎng)在微網(wǎng)間及微網(wǎng)與傳輸層間的能量傳遞所需要解決的技術瓶頸主要是用一種設備解決能量轉(zhuǎn)化及輸送的雙向性。目前，研究的焦點主要集中在固態(tài)變壓器與能量路由器。
(1)固態(tài)變壓器。
固態(tài)變壓器相比傳統(tǒng)變壓器不僅能實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換(高壓和低壓間的轉(zhuǎn)換)，還能實現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換(直流和交流間的轉(zhuǎn)換)，相比傳統(tǒng)變壓器只能適用于單一頻率、單向電壓的傳遞，固態(tài)變壓器幾乎可以適用于所有情況下的電壓雙向傳遞。例如，固態(tài)變壓器可將風力發(fā)電并入電網(wǎng)，實現(xiàn)低壓交流電向高壓交流電的轉(zhuǎn)化;可將太陽能發(fā)電并入電網(wǎng)，實現(xiàn)低壓直流電向高壓交流電的轉(zhuǎn)化;可為電動汽車充電，實現(xiàn)低壓交流電向低壓直流電的轉(zhuǎn)化;可將分布式儲能裝置與電力中線相連，實現(xiàn)直流電與交流電的雙向傳導。同時，固態(tài)變壓器在實現(xiàn)頻率和電壓變換方面非常靈活，因此可以有效阻斷變壓器兩端的故障傳遞。
固態(tài)變壓器研究目前還處于起步階段，還沒有商業(yè)化的相關產(chǎn)品，而國際上也僅有集中高功率密度的固態(tài)變壓器產(chǎn)品。固態(tài)變壓器發(fā)展高度依賴于電力電子技術的發(fā)展，現(xiàn)階段在電網(wǎng)企業(yè)中與其有關的研究主要集中在柔性直流技術上，隨著云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)異步互聯(lián)運行及省區(qū)電網(wǎng)為解決電磁環(huán)網(wǎng)在220kV 電壓等級應用柔性直流輸電技術，在積累一定的運行經(jīng)驗后，可能會對固態(tài)變壓器的研究有所推動。
(2)能量路由器。
能量路由器概念的提出依賴于下述概念，同傳統(tǒng)電網(wǎng)自頂向下的樹狀結(jié)構(gòu)相比，能源互聯(lián)網(wǎng)的形成是能量自治單元之間的對等互聯(lián)，任意單元之間的連接是邏輯上的， 真正的實現(xiàn)必須建立在分散路由的基礎之上，能量的傳輸應該是多次路由的結(jié)果，路由之間是解耦的，從而可以避免一系列安全穩(wěn)定性問題。在廣域互聯(lián)中可以通過儲能緩沖直流輸電等方式實現(xiàn)解耦，同時局域不穩(wěn)定問題可以通過廣泛互聯(lián)實現(xiàn)廣域的動態(tài)互備用，達到安全穩(wěn)定可靠的目標，而不是依靠過大的安全裕度而降低了系統(tǒng)利用率。
能量路由器的組成架構(gòu)可簡要分為3 個層面。
第1 層為能量層，主要靠固態(tài)變壓器、儲能設備等基礎設備構(gòu)成;
第2層為控制層，主要靠數(shù)據(jù)采集裝置、復雜的優(yōu)化計算模塊(分布式能量管理與分配系統(tǒng)(含儲能)、能量負荷實時預測系統(tǒng)、運營交易報價撮合系統(tǒng)、需求響應管理系統(tǒng)、安全校驗與故障診斷系統(tǒng)、能效評價與結(jié)算系統(tǒng)等)、控制回路模塊構(gòu)成;
第3 層為信息層，主要依靠信息物理系統(tǒng)以及依靠大數(shù)據(jù)平臺發(fā)展建立的云計算技術等互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)建立。
2.2 儲能技術
儲能技術的發(fā)展是解決能源間及產(chǎn)能與耗能間時間不匹配性的關鍵根據(jù)所用的能量形式，通常可將儲能技術分為物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能)、電化學儲能(二次電池儲能、液流電池儲能、超級電容器儲能)、化學儲能(氫儲能、合成天然氣儲能)、磁儲能(超導線圈儲能)和熱儲能(熔融鹽儲能、顯熱儲能)5 類。
對于能源互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，根據(jù)其定義可看出，最基本需要3 個層面的儲能設備。第1 個層面是在各分布式能量單元中所配置的儲能設備，其形式主要配合該分布式能量源的形式，容量較小;第2 個層面是在能量路由器中配備中等容量的儲能設備，其形式應滿足體積小，充放電較快的要求;第3個層面是在能源互聯(lián)網(wǎng)傳輸層需配備容量較大的儲層設備，依當前技術水平，形式采取抽水蓄能較為實際。
2.3 應用平臺
能源互聯(lián)網(wǎng)綜合應用服務平臺的建立是能源互聯(lián)網(wǎng)納入實際運行的必要條件。能源互聯(lián)網(wǎng)綜合應用服務平臺的建設需要強大的技術支撐、政策支撐、頂層設計、行動計劃，然后才能探索如何形成有效的商業(yè)模式。
能源互聯(lián)網(wǎng)綜合應用服務平臺的建立首先需建立能源市場交易平臺。隨著國家對傳統(tǒng)能源企業(yè)經(jīng)營模式的改革，南方電網(wǎng)公司作為試點正在推進輸配電價改革及售電側(cè)模式的改革，但根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局正式公布6 大電力體制改革配套文件，國家并沒有剝離電網(wǎng)公司參與售電的權(quán)利，而僅是引入民營資本，可能在短期內(nèi)電力能源的銷售模式并不會發(fā)生較大改變，只會在增量部分由獨家壟斷變成寡頭之間的競爭性售電。
同樣，國家在石油能源行業(yè)也只是進行了一些初步的改革，在天然氣及用水的能源上依舊是采取的壟斷政策。所以若要推進能源互聯(lián)網(wǎng)的形成與發(fā)展，必須有國家政策的頂層設計，建立不同形式能源交易競價的綜合平臺。
其次，能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合應用平臺還需要建立需求響應管理平臺，該平臺主要以使能源互聯(lián)網(wǎng)中供需區(qū)域平衡為目標，通過用戶對不同能源形勢的需求分析，根據(jù)經(jīng)濟激勵、儲能水平以及能量管理系統(tǒng)對能源互聯(lián)網(wǎng)中能源進行優(yōu)化分配響應。
最后，能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合應用平臺的建立還需建立用戶服務系統(tǒng)(包含用電管控、電能質(zhì)量、委托管理等子系統(tǒng))、營銷服務系統(tǒng)(包含負荷預測、用戶能效管理、實時電價)。
3 能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源的發(fā)展方向
結(jié)合上述能源互聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術與運行機制可以看出，能源互聯(lián)網(wǎng)的真正實現(xiàn)和形成需要能量路由器相關軟硬件技術取得突破。
根據(jù)我國大規(guī)模儲能技術發(fā)展應用路線圖，若要滿足能源互聯(lián)網(wǎng)運行的水平需要，至少需要等到2030 年。所以現(xiàn)階段的能源互聯(lián)網(wǎng)可以把其看成是一個以電網(wǎng)為主干網(wǎng)架，含智慧能源的分布式微網(wǎng)非解耦接入的過渡期狹義能源互聯(lián)網(wǎng)。
針對其的研究主要可以從3 方面進行：
�、購捻攲釉O計的思路，研究能源互聯(lián)網(wǎng)的標準化體系架構(gòu)以及能源市場交易機制。
�、谝钥深A見的儲能技術發(fā)展為前提條件，研究分布式能量管理與分配系統(tǒng)(含儲能)、能量負荷實時預測系統(tǒng)、運營交易報價撮合系統(tǒng)、需求響應管理系統(tǒng)、安全校驗與故障診斷系統(tǒng)、能效評價與結(jié)算系統(tǒng)中的相關運行管理優(yōu)化技術。
③至下而上，通過對微網(wǎng)中不同智慧能量源的優(yōu)化建模，仿真研究能源互聯(lián)網(wǎng)的非解耦運行過程，待能量路由器相關技術取得突破，即可實現(xiàn)解耦運行的研究仿真，其中智慧能源可優(yōu)先對現(xiàn)階段已有部分應用的冷熱電聯(lián)供技術進行研究。
【淺析能源互聯(lián)網(wǎng)與智慧能源的發(fā)展及技術挑戰(zhàn)論文】相關文章：
能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信技術研究論文12-16
新能源汽車論文07-20
新能源汽車論文05-27
新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的調(diào)研報告（精選）02-13
新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的調(diào)研報告12-15
當前能源供求形勢分析論文12-12
[薦]新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的調(diào)研報告03-06