能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

趙楊

摘要：目前，我國正處在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的重要時期，也是能源改革的關(guān)鍵時刻。“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出預示著我國能源行業(yè)發(fā)展將要進入一個全新的歷史階段。隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，提出構(gòu)建以深入融合可再生能源與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)為特征的能源互聯(lián)網(wǎng)將是實現(xiàn)能源清潔替代和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)將從根本上改變對傳統(tǒng)能源利用模式的依賴，推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向以可再生能源和信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的新興產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。本文主要分析了能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；體系架構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

中途分類號：TP393.4

1 能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

現(xiàn)有的能源中能源互聯(lián)網(wǎng)是基礎(chǔ)設(shè)施，嘗試深入融合先進的互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)和可再生能源發(fā)電技術(shù)，實現(xiàn)多種能源的廣域智能優(yōu)化配置。圖1給出了信息和能源融合下的能源互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)示意圖。圖1中：雙向箭頭表示信息流；單向箭頭表示能量流。由圖1可看出，能源互聯(lián)網(wǎng)是在搭建有能源互聯(lián)開放平臺的基礎(chǔ)上，以電網(wǎng)為核心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，形成一個涉及智能電網(wǎng)、智能氣網(wǎng)、智能熱網(wǎng)和電氣化交通網(wǎng)的復雜多網(wǎng)流系統(tǒng)。

能源互聯(lián)開放平臺是一個具備完善安全策略且具有互聯(lián)開放特性的綜合信息處理平臺。在此平臺下，互聯(lián)信息網(wǎng)絡(luò)通過在電網(wǎng)、燃氣網(wǎng)、熱網(wǎng)、交通網(wǎng)等能源系統(tǒng)范圍內(nèi)裝設(shè)海量信息采集和傳感設(shè)備，采集各種能源設(shè)備運行狀態(tài)及各能源系統(tǒng)的實時運轉(zhuǎn)狀況等海量信息，并通過云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量信息進行分析處理，進而搭建能源交易平臺支持各項能源交易。多能源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)根據(jù)氣、熱、電等能源行業(yè)的運轉(zhuǎn)情況，從系統(tǒng)安全運行、能源價值最大化、多能源交易準則和法規(guī)的角度對多種能源交易和能源資源配置進行協(xié)調(diào)管理，保障能源的安全高效供應(yīng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的健康發(fā)展。能源互聯(lián)網(wǎng)中集中式與分布式可再生能源發(fā)電、大容量儲能系統(tǒng)的接入實現(xiàn)了能源供用關(guān)系的靈活轉(zhuǎn)換，同時也形成了多元市場主體并通過能源交易平臺完成電能交易、可再生能源配額交易等業(yè)務(wù)。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，用戶可借助能源互聯(lián)網(wǎng)清晰地了解需求側(cè)能源需求狀況，并借助系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)能源儲備和能源需求的匹配，同時用戶也可參與供電供熱環(huán)節(jié)，借助能源交易平臺與分布式能源儲能開展能源在線交易、轉(zhuǎn)售等業(yè)務(wù)。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 儲能技術(shù)

規(guī)?；按笕萘績δ芗夹g(shù)是實現(xiàn)能源利用形式多樣化、提高能源利用效率中的關(guān)鍵組成部分，在能源互聯(lián)網(wǎng)中開發(fā)利用多種儲能技術(shù)對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用。首先，在電儲能方面，可再生能源發(fā)電是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的主要能量供應(yīng)來源，而大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)所帶來的非線性隨機波動特性，將會影響整個系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟性、靈活性。據(jù)此，需要在能源網(wǎng)絡(luò)中配置大容量儲能系統(tǒng)來平滑可再生能源發(fā)電的間歇性和波動性，而且在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下對儲能系統(tǒng)的儲能材料、儲能元件壽命、存儲效率以及能量密度等方面要求也更高。在未來能源互聯(lián)網(wǎng)中具有廣泛應(yīng)用前景的儲能技術(shù)，至少需達到MW級/MW?h級的儲能規(guī)模。因而，鋰離子電池與全釩液流電池等電化學儲能技術(shù)、超級電容器與超導電磁儲能、抽水儲能等儲能技術(shù)，應(yīng)是后階段大容量能量儲存技術(shù)中重點攻關(guān)類型。

此外，開發(fā)大功率、高容量的新型儲能材料，延長儲能元件使用壽命，提高能量密度也是研究電儲能技術(shù)中的重點方向。其次，在儲熱方面，儲熱技術(shù)能夠在一定程度上緩解能源供給和需求在時間和空間上失衡的矛盾，目前適合規(guī)?；瘧?yīng)用的儲熱技術(shù)有水儲熱、熔融鹽儲熱、相變儲熱等。由于相變儲熱能夠在幾乎無溫度變化的情況下實現(xiàn)熱能儲存，且具有傳熱速率高、儲熱密度大的顯著優(yōu)勢，在儲熱環(huán)節(jié)中具有廣泛應(yīng)用前景，可在新型相變儲熱材料的開發(fā)與選擇、相變儲熱材料在儲熱裝置中的模擬試驗等方面開展研究。最后，在天然氣儲運方面，相比于管道儲運，天然氣水合物儲運具有儲存密度高、投資運行費用低且安全性高的優(yōu)勢，在天然氣網(wǎng)中的應(yīng)用市場和發(fā)展?jié)摿^大，但目前關(guān)于天然氣水合物儲運技術(shù)研究還不成熟，后續(xù)應(yīng)重點加強在水合物的大規(guī)?？焖偕膳c運輸中的安全問題、確定天然氣水合物儲運條件、水合物的有效分離手段及分解方法等方面的研究。

2.2 智能電網(wǎng)技術(shù)

智能電網(wǎng)的覆蓋范圍包括從需求側(cè)設(shè)施到廣泛分散的分布式發(fā)電，再到電力市場的整個電力系統(tǒng)及所有的相關(guān)環(huán)節(jié)。因此智能電網(wǎng)技術(shù)將對發(fā)電、輸電、配電、用戶系統(tǒng)及電力調(diào)度等系統(tǒng)產(chǎn)生深遠影響。此外，智能電網(wǎng)具有支撐大規(guī)模清潔能源發(fā)展、適應(yīng)多樣用戶需求、實現(xiàn)故障自愈、提高運行經(jīng)濟性等顯著優(yōu)勢。智能電網(wǎng)技術(shù)是全世界電網(wǎng)發(fā)展的重要方向，可為大規(guī)模新能源的并網(wǎng)提供可靠依托。

2.3 可再生能源發(fā)電技術(shù)

電能替代及清潔替代說明“以清潔能源為主導、以電為中心”的能源格局將是能源消費與變革的必然趨勢，這也決定了可再生能源發(fā)電技術(shù)在未來能源發(fā)展中的關(guān)鍵作用。以清潔能源為主導的可再生能源發(fā)電技術(shù)的突破是構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)的動力之源，可再生能源發(fā)電技術(shù)主要包括有集中式與分布式風電、太陽能發(fā)電技術(shù)，運行控制技術(shù)，能量轉(zhuǎn)換技術(shù)等。其重點研究領(lǐng)域包括風電精準預測與運行調(diào)控技術(shù)、風電單機容量大型化技術(shù)、變速恒頻風電系統(tǒng)的商業(yè)化開發(fā)、高轉(zhuǎn)化效率的光伏材料研發(fā)、不同新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化運行技術(shù)、間歇式可再生能源發(fā)電的系統(tǒng)保護技術(shù)、大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)、智能控制與群控優(yōu)化技術(shù)、先進的分布式電源設(shè)備制造技術(shù)、分布式能源的智能管理系統(tǒng)、動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備研發(fā)、資源深度利用技術(shù)等。

2.4 先進電力電子技術(shù)

由于數(shù)字信號處理能力的提升，使得系統(tǒng)控制策略多樣化，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、預測控制等技術(shù)的使用將成為現(xiàn)實，一系列復雜算法將在DSP內(nèi)整合，增強設(shè)備的靈活性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

結(jié)論

我國能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展尚處于起步階段，其發(fā)展方向和特點都有待于專家學者們的進一步研究。在提倡綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的今天，對能源互聯(lián)網(wǎng)的研究具有重大意義。

參考文獻

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