探析智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)的概念與框架

羅文俊

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式也在不斷改變，新能源技術(shù)是未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的主流技術(shù)，與此同時，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也將進(jìn)一步普及，其應(yīng)用范圍以及應(yīng)用深度亦將進(jìn)一步加深。第三次科技革命已經(jīng)到來，能源技術(shù)逐步與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，其最終目的是改變目前能源利用模式，為整個社會的可持續(xù)發(fā)展提供了支持。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)發(fā)展 新能源技術(shù) 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 能源互聯(lián)網(wǎng) 能源利用

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0046-02

從20世紀(jì)80年代開始，我國各行業(yè)都在悄然發(fā)生著變化，尤其是能源行業(yè)，無論是技術(shù)基礎(chǔ)，還是組織結(jié)構(gòu)，或是經(jīng)濟(jì)模式，都在不斷地發(fā)展和變化。導(dǎo)致其變化的因素眾多，例如：化石能源的過分應(yīng)用，導(dǎo)致環(huán)境日益惡化；在發(fā)展中國家向前發(fā)展的過程中，單純依靠石油、煤炭等不可再生能源的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，已經(jīng)日漸枯萎、無以為繼。隨著可再生能源的發(fā)展，以及在信息科技的推動下，建立起一個能夠符合持續(xù)發(fā)展的能源利用模式，是當(dāng)前人類社會發(fā)展中迫切需要解決的問題。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、架構(gòu)及其組成

立夫金理論提出能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)包含以下5個方面：一是由再生能源取代不可再生的，并且具有嚴(yán)重污染的化石能源；二是支持分布式電源的接入；三是支持氫儲能以及其他儲能的接入；四是通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對電力系統(tǒng)進(jìn)行改善和優(yōu)化；五是鼓勵逐步轉(zhuǎn)向電氣化交通轉(zhuǎn)變。在立夫金理論的基礎(chǔ)上，筆者對能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行定義：它是一種依托前沿互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，以電力系統(tǒng)為中心技術(shù)支持，將大規(guī)模分布的可再生能源視作一次性能源，并與交通以及天然氣等等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)緊密結(jié)合的多網(wǎng)流系統(tǒng)。

其基本框架以及組成元素如圖1所示。

2 廣域內(nèi)分布式設(shè)備的協(xié)調(diào)和控制

2.1 廣域內(nèi)分布式設(shè)備的協(xié)調(diào)優(yōu)化

對于能源互聯(lián)網(wǎng)而言，最關(guān)鍵的核心便是可再生能源，特別是對分布式的可再生能源的充分利用和廣泛共享。再生能源具有一定的間歇性，其中儲能、可控負(fù)荷兩項是能源互聯(lián)網(wǎng)中的重要構(gòu)成。因此，分布式設(shè)備的接入，應(yīng)將其作為主要的、關(guān)鍵的研究內(nèi)容。現(xiàn)階段，對設(shè)備接入的研究包括以下幾點(diǎn)：（1）設(shè)備接入對配電系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，最為重要的是對系統(tǒng)穩(wěn)定性、供電質(zhì)量以及其他方面的影響。（2）設(shè)備規(guī)劃問題，其需要重點(diǎn)研究的較為單一，即電源，以及設(shè)備在整個配電系統(tǒng)中的選址、定容，此項研究的目的是想要通過對設(shè)備的合理規(guī)劃，最終達(dá)到優(yōu)化電壓輪廓，減少網(wǎng)絡(luò)損耗，以及提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的目標(biāo)。（3）設(shè)備的協(xié)調(diào)和控制，重點(diǎn)是電源和設(shè)備的配網(wǎng)，亦或是能量管理、電壓控制、無功控制等[1]。

2.2 廣域負(fù)荷側(cè)控制

可控負(fù)荷優(yōu)勢明顯，不僅反映時間快，而且其地域分布也較為廣泛，可以預(yù)見，其必將成為未來電力系統(tǒng)中最為重要、應(yīng)用最多的設(shè)備，能夠有效地應(yīng)對可再生能源間歇性問題，并且是在發(fā)生故障的狀況下，保證系統(tǒng)功率平衡的重要方法。鑒于在能源互聯(lián)網(wǎng)中，可再生能源是最為主要的部分，占有極高的比例，因此，協(xié)調(diào)、控制可控負(fù)荷，顯得十分重要。

實驗證明，控制負(fù)荷的手段最為主要、最為有效的有兩種：第一種是直接負(fù)荷控制；第二種是價格響應(yīng)，兩種方法相比，用戶對價格響應(yīng)的接受程度更高，因此，實施也較為容易，應(yīng)用性更強(qiáng)。再生能源也有一定弊端，即發(fā)電波動不穩(wěn)定，十分的頻繁，但實踐證明，如果價格變化十分頻繁，則無法起到引導(dǎo)用戶行為的作用，所以要想通過加價格響應(yīng)的方式來應(yīng)對再生能源發(fā)電，其難度較大，由此可見，直接負(fù)荷控制手段可操作性更強(qiáng)，也更為簡單[2]。

2.3 分布式設(shè)備的即插即用

鑒于分布式設(shè)備，特別是可控負(fù)荷數(shù)量過于巨大，那么，將接入系統(tǒng)問題全部交由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)，其顯然無力承擔(dān)。客觀上對能源互聯(lián)網(wǎng)提出了更高要求，需要有一定的可擴(kuò)展性。所以，電網(wǎng)公司要進(jìn)行轉(zhuǎn)型，尤其是多個業(yè)務(wù)內(nèi)容的調(diào)整，具體而言，要承擔(dān)輸配電系統(tǒng)的相關(guān)工作，包括系統(tǒng)的升級，以及系統(tǒng)的擴(kuò)容，與此同時，要保證用戶側(cè)能量管理系統(tǒng)，以及調(diào)度機(jī)構(gòu)兩者之間有滿足要求的信息溝通能力，并要不會影響到分布式設(shè)備的接入。要想達(dá)到這一目標(biāo)，則能源互聯(lián)網(wǎng)需要能夠滿足設(shè)備的一插即可用的能力[3]。

3 電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)的融合

天然氣對環(huán)境造成的不利影響不大，除此以外，新興的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鈾C(jī)組優(yōu)勢顯著，不僅高效，而且反應(yīng)速度快，更為重要的是建設(shè)時間更短。燃?xì)獍l(fā)電的比重在逐漸提升，可以預(yù)測，在未來會有大幅度提升。尤其是美國頁巖氣革命，產(chǎn)生巨大影響，也將進(jìn)一步推動燃?xì)獍l(fā)電發(fā)展。在未來，燃?xì)鈱⒊蔀橹饕囊淮文茉?。由此可見，能源互?lián)網(wǎng)，必然是天然氣網(wǎng)絡(luò)和電力系統(tǒng)兩者相互融合共同發(fā)展的產(chǎn)物[4]。

4 電力系統(tǒng)與電氣化交通系統(tǒng)的融合

在化石能源消耗中，除了發(fā)電行業(yè)用量巨大外，交通行業(yè)的消耗量也十分巨大。隨著經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展，電池技術(shù)越加成熟，同時，電池成本也在不斷減少，促進(jìn)了電動汽車的發(fā)展。電氣化交通作為新興產(chǎn)業(yè)在快速發(fā)展。未來電力系統(tǒng)和交通系統(tǒng)兩者將有著更深層次的契合發(fā)展，其耦合的橋梁就是電動汽車。電氣化交通系統(tǒng)，特別是電動汽車，將是未來能源互聯(lián)網(wǎng)中的重要構(gòu)成部分[5]。

電動汽車與其用電設(shè)備相比，更具特殊性。首先，當(dāng)其多數(shù)量的接入電力系統(tǒng)后，必然無法做到在規(guī)定時間、規(guī)定地點(diǎn)以及規(guī)定程度下充電。這種情況，必然會對電力系統(tǒng)造成不利的影響。舉例而言，導(dǎo)致電力系統(tǒng)峰荷大量增加，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)受到損害，還可能導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降。其次，如對車載電池進(jìn)行充分利用，又形成一個規(guī)模分布式電能儲存網(wǎng)絡(luò)，可以支持再生能源的接入，并且能夠發(fā)揮出減峰補(bǔ)谷的作用。當(dāng)前，無論是國內(nèi)還是國外，都對將電動汽車接入電力系統(tǒng)這一問題進(jìn)行了深入研究，主要的研究內(nèi)容包括3點(diǎn)：一是對電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響；二是針對電力系統(tǒng)進(jìn)行控制，還有調(diào)度方面的問題；三是充電設(shè)施的規(guī)劃問題。但是，目前所進(jìn)行的研究，將主要目光集中在電力系統(tǒng)，忽視了電動汽車自身的特征，對電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)兩者之間的相互關(guān)系缺乏一個明確、適合的描述說明。

5 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理建模及安全性

5.1 信息質(zhì)量及能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理建模

能源互聯(lián)網(wǎng)的建立，從本質(zhì)上而言，是為了對廣域內(nèi)的能量生產(chǎn)，以及大量的消耗設(shè)備進(jìn)行調(diào)度和協(xié)調(diào)。而要想真正地實現(xiàn)協(xié)調(diào)，則要求信息能夠在各種設(shè)備中進(jìn)行雙向傳遞。所以，信息技術(shù)的重要性不言而喻，在能源互聯(lián)網(wǎng)中有著至關(guān)重要的作用。

長期以來，針對信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)兩者之間的研究，更多的是停留在淺層次的研究，通常在研究過程中，會假定信息系統(tǒng)所提供的信息是符合要求，不僅完整，而且是及時準(zhǔn)確的。實際上，在發(fā)展過程中，物理系統(tǒng)的調(diào)控，對于信息系統(tǒng)的依賴性在逐漸增強(qiáng)，所以，上述假定是不成立的。鑒于此，必須要更深層次的展開針對信息質(zhì)量對物理系統(tǒng)性能所具有的影響的研究。

5.2 能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理安全性

在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中，信息系統(tǒng)和一次能源系統(tǒng)這兩者之間在不斷融合，同時，融合的程度也在不斷加深。對于能源互聯(lián)網(wǎng)而言，信息安全問題顯得尤為重要和緊迫。實際上，在供水系統(tǒng)、電力系統(tǒng)以及天然氣系統(tǒng)中，信息安全問題已經(jīng)不是新生問題，政府和行業(yè)內(nèi)都已對其有了長期的關(guān)注和研究，例如：電力系統(tǒng)，通常人們認(rèn)為電力信息系統(tǒng)與外部信息網(wǎng)絡(luò)之間是彼此獨(dú)立的，因此，安全性能高，不會輕易受到威脅和攻擊，但是在2010年，專門性的計算機(jī)病毒出現(xiàn)，打破了人們的認(rèn)識。

網(wǎng)絡(luò)攻擊不會對物理系統(tǒng)進(jìn)行直接性的破壞，而是以影響其功能的形式進(jìn)行破壞，這一問題已經(jīng)成為電網(wǎng)研究部中的焦點(diǎn)。想要解決這一問題，還需要專業(yè)人士不斷地進(jìn)行思考和探究。

6 結(jié)語

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，是智能電網(wǎng)發(fā)展的主流趨勢，其核心是電力系統(tǒng)。從本質(zhì)上來講，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，能夠推動能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，同時，石化能源的利用方式也將發(fā)生一定改變，向分布式可再生能源利用轉(zhuǎn)變?？梢赃@么說，未來能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，能夠預(yù)示能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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