能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究與應(yīng)用

張棟

摘要：我二十一世紀(jì)以來(lái)，全球都面臨著氣候變暖及能源危機(jī)等多重壓力，對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化配置、實(shí)現(xiàn)能源的結(jié)構(gòu)調(diào)整、發(fā)展新能源已逐漸成為各國(guó)政府實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源供應(yīng)戰(zhàn)略的重要組成部分。世界能源結(jié)構(gòu)逐步從開(kāi)發(fā)利用化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)變。風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源由于自身的波動(dòng)性和隨機(jī)性等特性，其輸出功率具有不穩(wěn)定性，大規(guī)模可再生能源的接入對(duì)電網(wǎng)形成了極大的挑戰(zhàn)。如何提高分布式能源的高效利用已經(jīng)受到了國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)的持續(xù)關(guān)注，對(duì)于分布式可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集、就地存儲(chǔ)、就地使用”。

關(guān)鍵詞：能源；互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；應(yīng)用

中途分類(lèi)號(hào)：D922.67

1 能源互聯(lián)網(wǎng)的概念

首先，新能源的開(kāi)發(fā)利用是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心，但傳統(tǒng)能源依然具有一定市場(chǎng)價(jià)值。新能源主要是指可再生能源，如水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等。這些能源的利用，主要是以電力形式轉(zhuǎn)換。各位學(xué)者在對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的闡釋中，電力是核心，甚至僅限于電力。不可否認(rèn)，從發(fā)展前景來(lái)看，電力絕對(duì)占據(jù)未來(lái)能源利用的主導(dǎo)地位。但傳統(tǒng)能源依然有一定份額，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該包括未來(lái)所有能夠利用的能源資源。

其次，能源互聯(lián)網(wǎng)的建立，關(guān)鍵是要讓“網(wǎng)”能夠“聯(lián)”起來(lái)。這個(gè)“網(wǎng)”，“不僅是一張有形的網(wǎng)，也是一張無(wú)形的網(wǎng)”。有形的網(wǎng)，主要是指實(shí)體的電網(wǎng)，一張連接國(guó)域甚至全世界的電網(wǎng)既能夠廣泛接入傳統(tǒng)發(fā)電站的電力，也能夠吸收眾多微小新能源發(fā)電站的電力。因?yàn)樵诋?dāng)前技術(shù)前提下，新能源發(fā)電如太陽(yáng)能發(fā)電站、風(fēng)電發(fā)電站、潮汐發(fā)電等具有不穩(wěn)定性，需要傳統(tǒng)的、具有高度穩(wěn)定性的發(fā)電站的電力補(bǔ)充，強(qiáng)調(diào)互補(bǔ)性與協(xié)調(diào)性。無(wú)形的網(wǎng)，主要是指信息網(wǎng)，即利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，把能源的生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷(xiāo)售、消費(fèi)、反饋與溝通等信息交織成網(wǎng)，強(qiáng)調(diào)共享性。兩張“網(wǎng)”的建立基于強(qiáng)大的技術(shù)支撐之上。這些技術(shù)包括新能源的轉(zhuǎn)換技術(shù)（大規(guī)模的開(kāi)發(fā)）、能源儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)（運(yùn)輸及分配）、終端能耗產(chǎn)品研發(fā)（設(shè)備）等，加上以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為主導(dǎo)的信息技術(shù)、即時(shí)通訊技術(shù)等。

最后，能源互聯(lián)網(wǎng)的目的在于降低能源生產(chǎn)和使用成本?；谀茉椿ヂ?lián)網(wǎng)構(gòu)想愿景，在杰里米·里夫金最新著作《零邊際成本社會(huì)》中進(jìn)一步提出“零邊際成本社會(huì)”的概念。即使在當(dāng)前社會(huì)技術(shù)條件下，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等前期的投入成本巨大，但一旦投產(chǎn)，其生產(chǎn)成本就幾乎為零。隨著科技的飛速發(fā)展，“未來(lái)太陽(yáng)能和小型風(fēng)力發(fā)電站的采集技術(shù)設(shè)備將像手機(jī)或筆記本電腦一樣便宜”。同時(shí)，能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)前提投入成本也十分巨大，但投入運(yùn)營(yíng)后，其單位邊際成本也將趨近于零。這主要是基于生產(chǎn)成本角度的研究。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 可再生能源發(fā)電技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電設(shè)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。可再生能源發(fā)電主要包括水力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、潮汐發(fā)電等。風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能熱發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電和潮汐發(fā)電是新興的發(fā)電技術(shù)，當(dāng)前主流的研究方向集中在風(fēng)電和光伏發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在可再生能源領(lǐng)域中發(fā)展相對(duì)成熟，是發(fā)展新能源技術(shù)中具有最大商業(yè)化發(fā)展規(guī)模前景的。太陽(yáng)能光伏發(fā)電有很多優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)噪聲、無(wú)污染、不受地域限制且分布廣泛、不消耗燃料、建設(shè)周期短、經(jīng)營(yíng)成本低、無(wú)長(zhǎng)距離傳輸、可現(xiàn)場(chǎng)使用、結(jié)合建筑物具有更好的便利性等。所以太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種常規(guī)發(fā)電無(wú)法比擬的發(fā)電方式。在能源互聯(lián)網(wǎng)中，任何有風(fēng)能和太陽(yáng)能的地方均可以作為一個(gè)小電站配合電網(wǎng)進(jìn)行供電。

2.2 電網(wǎng)負(fù)荷的相關(guān)技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)是可用于各種AC和DC負(fù)載的一種先進(jìn)的智能電網(wǎng)。最近幾年，隨著電池技術(shù)的不斷成熟和相應(yīng)成本的不斷下降，電動(dòng)車(chē)使用率正在迅速增長(zhǎng)。可以預(yù)見(jiàn)的是通過(guò)電動(dòng)車(chē)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(qiáng)。電氣化運(yùn)輸系統(tǒng)，特別是電動(dòng)汽車(chē)，將成為能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。同時(shí)，能源互聯(lián)網(wǎng)即插即用的功能需要能量管理系統(tǒng)來(lái)管理在不同負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)換器和通信。該系統(tǒng)可以基于本地信息進(jìn)行快速響應(yīng)，而當(dāng)電壓下降時(shí)，電網(wǎng)故障或者停電等事件發(fā)生后，系統(tǒng)可以從電網(wǎng)平滑切換，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行。

2.3 儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能裝置在能源互聯(lián)網(wǎng)中的許多領(lǐng)域都是一個(gè)非常重要的部分。在能源互聯(lián)網(wǎng)中儲(chǔ)能設(shè)備可以改善電能質(zhì)量，保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。儲(chǔ)能設(shè)備的應(yīng)用是一種能夠提高發(fā)電機(jī)的輸出電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量的有效方式，同時(shí)增加了分布式電源和電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備的可靠結(jié)合是解決例如電壓跌落、階段時(shí)間停電等電網(wǎng)問(wèn)題的有效解決方式；儲(chǔ)能設(shè)備還可以有效地提高動(dòng)態(tài)功率的質(zhì)量。另外，儲(chǔ)能設(shè)備在提高分布式電源的經(jīng)濟(jì)性方面起著不可忽視的作用。在電力市場(chǎng)中，分布式電源通常并網(wǎng)運(yùn)行，有足夠的存儲(chǔ)功率，可以將電出售給電力公司，來(lái)滿足電力調(diào)峰和緊急供電，以最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。儲(chǔ)能裝置主要有化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能，如蓄電池、氫儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能等。

2.4 遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)

遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)符合我國(guó)電力發(fā)展的當(dāng)前預(yù)期，也是國(guó)際能源革命的重要組成部分，所以著重發(fā)展該技術(shù)是很有必要的。自2011年起，我國(guó)東部沿海發(fā)達(dá)區(qū)域逐漸出現(xiàn)了電力短缺的狀況，例如浙江省，全省在2012年最大電力短缺額約近1000萬(wàn)kW，電力的可靠性供應(yīng)難度逐漸增大，所以從其他地區(qū)到浙江進(jìn)行遠(yuǎn)距離大容量輸電是比較可靠、有效的方式。運(yùn)用遠(yuǎn)距離大容量輸電技術(shù)不僅能夠解決能源傳輸問(wèn)題，而且能節(jié)省煤炭資源，因?yàn)檩旊姷慕?jīng)濟(jì)性優(yōu)于輸送煤炭且輸送效率基本相當(dāng)。該技術(shù)是高新技術(shù)的集成，在優(yōu)化其他產(chǎn)業(yè)的研發(fā)和加快其結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面都能夠起到催化作用。

結(jié)論

能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，傳統(tǒng)能源和新能源將處于長(zhǎng)期并存，此增彼漲的趨勢(shì)。在能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)初期，仍然需要考慮到傳統(tǒng)能源通過(guò)改造，融入大能源互聯(lián)網(wǎng)體系中去。同時(shí)，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，可以利用逆向思維，從用戶角度、系統(tǒng)科學(xué)方法研究和構(gòu)建，首先從能源價(jià)格市場(chǎng)化入手，以能源信息平臺(tái)搭建為基礎(chǔ)，推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及。

參考文獻(xiàn)

[1]趙海，蔡巍，王進(jìn)法，賈思媛.能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與拓?fù)淠Ｐ蚚J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015（11）：30-32.

[2]董朝陽(yáng)，趙俊華，文福拴，等.從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)：基本概念與研究框架[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（15）：116-118.