我國面臨能源供給、消費、技術(shù)乃至體制革命,必須加強國際合作,實現(xiàn)開放條件下的能源安全。國際上掀起了第三次工業(yè)革命的熱潮,而能源互聯(lián)網(wǎng)被認為是第三次工業(yè)革命的重要標志。
雖然能源形式多種多樣,電能僅僅是能源的一種,但電能在能源傳輸效率等方面具有無法比擬的優(yōu)勢,電能占終端能源消費的比重持續(xù)提升。從全球范圍看,以電為中心的能源開發(fā)利用格局正在加快形成,并成為全球能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向,今后的能源變革將圍繞更清潔更經(jīng)濟的發(fā)電、更安全更高效的配置電能、更便捷更可靠的用電展開。電力的廣泛應用,必須依靠電網(wǎng)來實現(xiàn)。因此未來能源互聯(lián)網(wǎng)基本上是互聯(lián)網(wǎng)式的電網(wǎng)。
從清華大學前校長高景德院士上世紀80年代提出“CCCP”概念(現(xiàn)代電力系統(tǒng)是計算機、通信、控制與電力系統(tǒng)以及電力電子技術(shù)的深度融合),到90年代韓英鐸院士提出現(xiàn)代電力系統(tǒng)三項前沿課題(柔性輸電技術(shù)、智能控制、基于GPS的動態(tài)安全分析與監(jiān)測系統(tǒng)),再到近年來智能電網(wǎng)強調(diào)信息流與能量流的結(jié)合,無不突出信息技術(shù)與現(xiàn)代電網(wǎng)的緊密結(jié)合。能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、可再生能源技術(shù)與現(xiàn)代電力系統(tǒng)的結(jié)合,是信息技術(shù)與能源電力技術(shù)融合發(fā)展的必然趨勢。
我們認為,能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)思維和理念來變革能源基礎設施。如果說電網(wǎng)智能化還是在傳統(tǒng)電網(wǎng)架構(gòu)上通過信息化和智能化的手段,解決設備利用率、安全可靠性、電能質(zhì)量以及可再生能源接入等問題,能源互聯(lián)網(wǎng)的根本不同在于采用互聯(lián)網(wǎng)理念、方法和技術(shù)實現(xiàn)能源基礎設施架構(gòu)本身的重大變革,使得能量的開放互聯(lián)與交換分享可以跟互聯(lián)網(wǎng)信息分享一樣便捷。能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)能源基礎設施的本質(zhì)特征包括:
開放:互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息的隨時隨地接入與獲取,主要取決于開放式的體系結(jié)構(gòu)。能源互聯(lián)網(wǎng)要實現(xiàn)開放性,需要可再生能源、儲能以及用能裝置的“即插即用”。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要借鑒互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方式,走標準先行、應用驅(qū)動、進一步帶動產(chǎn)業(yè)和市場發(fā)展的道路。
互聯(lián):互聯(lián)網(wǎng)中局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的本質(zhì)不同在于廣域網(wǎng)必須解決規(guī)?;_放互聯(lián)的問題,這就需要簡潔易行的標準協(xié)議作為基礎。能源局域網(wǎng)內(nèi)部可以進行多種能源形式的轉(zhuǎn)換,可以進行風光儲用的協(xié)調(diào),但廣域互聯(lián)必須是建立在局域消納的基礎之上,形成簡捷高效的能量交換方式,才可能實現(xiàn)大規(guī)?;ヂ?lián),而互聯(lián)的廣泛性最終會帶來資源配置的廣泛性。
對等: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)的形成是自下而上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,真正連接必須建立在分散交換和路由的基礎之上,優(yōu)勢在于連接是動態(tài)互為備用的,在保證冗余和可靠性的同時不降低系統(tǒng)的利用率。
分享:分布、分散與分享也是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征。能源互聯(lián)網(wǎng)借鑒互聯(lián)網(wǎng)應用中社交網(wǎng)絡的信息分享機制,其中的能量交換與路由也都是就近實時動態(tài)進行的,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。能源互聯(lián)網(wǎng)是為了適應分布式可再生能源的接入、對集中式電網(wǎng)的有益補充,符合電網(wǎng)發(fā)展集中與分布相結(jié)合的大趨勢。
同時,能量與信息的互聯(lián)、傳輸與交換還是有本質(zhì)的不同,能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展受到技術(shù)、管理、市場、體制等多方面因素的影響,應該在開放架構(gòu)的基礎上,走分層分級發(fā)展的道路。我們需要在微電網(wǎng)、配電網(wǎng)層面形成局域消納和廣域互聯(lián),進而在地區(qū)、國家乃至洲際形成主干互聯(lián),多層級協(xié)調(diào)發(fā)展、緊密銜接,構(gòu)成廣泛覆蓋的電力資源配置體系。
能源局域網(wǎng):對應目前電網(wǎng)架構(gòu)中的用戶側(cè),如在微網(wǎng)或智能小區(qū)的內(nèi)部,實現(xiàn)多種能源形式的轉(zhuǎn)化和分享。例如杰里米˙里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中提到“在即將到來的時代,我們將需要創(chuàng)建一個能源互聯(lián)網(wǎng),讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產(chǎn)綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享,就像我們現(xiàn)在在網(wǎng)絡上分享信息一樣”。用戶側(cè)細粒度的能量靈活匯聚與分享目前離在技術(shù)上達到經(jīng)濟可行還有一定距離。
能源廣域網(wǎng):對應目前電網(wǎng)架構(gòu)中的配電層,在微網(wǎng)或者分布式能源等基礎之上實現(xiàn)開放對等的能量交換與路由。與美國未來可再生電力能源傳輸與管理系統(tǒng)FREEDM項目類似,在配網(wǎng)層面上實現(xiàn)可再生能源接入、儲能以及負荷的“即插即用”。面對分布式可再生能源大規(guī)模接入的挑戰(zhàn),微網(wǎng)靈活但存在供電不穩(wěn)定等問題,目前大電網(wǎng)穩(wěn)定但無法適應靈活接入和動態(tài)調(diào)度,能源廣域網(wǎng)可以起到銜接和補充的作用,應該大力發(fā)展。
能源主干網(wǎng):對應目前電網(wǎng)架構(gòu)中的輸電層,把傳統(tǒng)大電網(wǎng)逐漸改造成一個互聯(lián)網(wǎng)式的電網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)中的主干網(wǎng)一般指廣域網(wǎng)中支持遠距離聯(lián)接的一組路徑。同樣,在能量局域消納和廣域互聯(lián)的基礎上,由于資源與負荷中心的不同,支撐遠距離能量傳輸與交換的能源主干網(wǎng)也不可或缺。隨著特高壓以及柔性交直流輸電技術(shù)的發(fā)展,為適應可再生能源的大規(guī)模接入,適應供用電關(guān)系靈活轉(zhuǎn)換,能源主干網(wǎng)應該規(guī)劃科學、結(jié)構(gòu)合理、安全可靠、運行靈活,具有強大的資源配置能力的同時保證設備的高效利用,應該逐步推進。
全球能源互聯(lián)網(wǎng):今年7月,電氣與電子工程師學會電力與能源協(xié)會2014年會在美國華盛頓特區(qū)舉行,國家電網(wǎng)公司提出全球能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)想。信息可以實現(xiàn)國際乃至洲際互聯(lián),能源互聯(lián)網(wǎng)也可以實現(xiàn)全球聯(lián)網(wǎng)。由于互聯(lián)的電網(wǎng)分屬于不同的地區(qū)、國家和運營商,對能源互聯(lián)網(wǎng)的開放性和標準化的要求比較高。所以,雖然全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想的實現(xiàn)還很大程度上受到國際能源安全與合作體系發(fā)展變化等多方面因素的影響,但可以作為具有可行性的遠景目標。
總之,能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和建設是個復雜的系統(tǒng)工程,需要從系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)研發(fā)、標準制定、政策設計等多個方面和環(huán)節(jié)入手,其方式應當是走分層分級、從小規(guī)模到大范圍,從簡單到復雜,從實驗到示范,再到成熟推廣的道路。
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