能源互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展綜述

張國(guó)榮，陳夏冉

（合肥工業(yè)大學(xué) 教育部光伏系統(tǒng)工程研究中心，安徽 合肥 230009）

0 引言

《The Third Industrial Revolution》一書(shū)中描繪了這樣一幅未來(lái)場(chǎng)景［1］：清潔的可再生能源像互聯(lián)網(wǎng)中的信息一樣被存儲(chǔ)和共享，每棟建筑、每個(gè)家庭都接入這個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既是能源的消耗者又是生產(chǎn)者，在自給自足的同時(shí)還可將富余的能量出售。

據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒（2015）》，若按照當(dāng)前開(kāi)采速率，目前儲(chǔ)備的煤炭、石油、天然氣資源分別僅可供使用 110 a、52.5 a 和 54.1 a［2］。 新能源方面，全球累計(jì)光伏裝機(jī)容量由2007年的9183 MW增長(zhǎng)到 2013年的 138833 MW［3］；2014年累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量相較2007年也激增4倍，達(dá)到近40000 MW［4］。隨著非可再生能源的日漸枯竭，粗獷低效的傳統(tǒng)能源管理利用方式已落后于現(xiàn)代社會(huì)要求，加之分布式可再生能源迅速發(fā)展，基于分布式可再生能源的能源互聯(lián)網(wǎng)逐漸引起了全世界學(xué)者的廣泛關(guān)注［5-7］。能源互聯(lián)網(wǎng)是將能源的生產(chǎn)、管理、利用等環(huán)節(jié)按依照Internet互聯(lián)網(wǎng)的理念組網(wǎng)聯(lián)結(jié)，涉及電力、通信、材料等多個(gè)領(lǐng)域。文獻(xiàn)［8-9］闡述美國(guó)北卡州立大學(xué)提出的FREEDM系統(tǒng)工作原理及發(fā)展愿景，說(shuō)明了“即插即用”能源互聯(lián)系統(tǒng)的可行性；文獻(xiàn)［10-11］對(duì)智能電網(wǎng)及能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)做了簡(jiǎn)要的分析。文獻(xiàn)［12］將MUHM模型、信息網(wǎng)和傳統(tǒng)電網(wǎng)三者進(jìn)行對(duì)比，說(shuō)明能源互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)區(qū)別明顯，而與信息網(wǎng)絡(luò)有很大相似度，這種相似度對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)具有指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)［13-15］闡述及研究了能源網(wǎng)中大規(guī)模應(yīng)用的分布式儲(chǔ)能及管理技術(shù)，其中混合儲(chǔ)能技術(shù)可在能源互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)一步推廣。文獻(xiàn)［16-17］進(jìn)行了能源路由器的軟硬件設(shè)計(jì)，并基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，提出“擁塞控制”、“負(fù)載均衡”及聯(lián)合控制的路由策略，有利于能源網(wǎng)絡(luò)的安全高效運(yùn)行。文獻(xiàn)［18］從電力系統(tǒng)架構(gòu)的角度研究在交流配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上如何經(jīng)濟(jì)地建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)。另外，中國(guó)電科院［19-20］、清華大學(xué)［21-23］等機(jī)構(gòu)也著手對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的研究。

本文對(duì)基于可再生能源的能源互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行研究，首先對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，然后總結(jié)了包括美國(guó)、德國(guó)等國(guó)內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況，著重對(duì)其未來(lái)發(fā)展可能面臨的問(wèn)題做出分析并給出建議。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)概念與特點(diǎn)

能源互聯(lián)網(wǎng)是一種建立在電力電子技術(shù)與信息通信技術(shù) ICT（Information Communication Technology）的基礎(chǔ)上，利用能量信息管理系統(tǒng)將集中或分布式可再生能源、儲(chǔ)能裝置、耗能負(fù)荷等聯(lián)結(jié)為一有機(jī)的整體，使其協(xié)調(diào)工作，通過(guò)能量與信息緊密耦合實(shí)現(xiàn)安全高效協(xié)調(diào)共享的新型能源利用體系［24］。圖1中控制子站負(fù)責(zé)各微電網(wǎng)間的通信，能量控制系統(tǒng)控制區(qū)域間及其內(nèi)部的能量調(diào)配交換。傳統(tǒng)電站、可再生能源電站與地?zé)崮堋淠苷镜犬a(chǎn)生的各種形式能源可以相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配置。工業(yè)、商業(yè)、住宅建筑在消耗能源的同時(shí)也是小型能源電站，儲(chǔ)能裝置也以集中和分布的方式接入能源網(wǎng)。系統(tǒng)內(nèi)部以信息流控制能量流，保證安全性與可靠性。

如果將智能電網(wǎng)稱(chēng)作“電網(wǎng)2.0”，那么能源互聯(lián)網(wǎng)可理解為“電網(wǎng)3.0”，能源互聯(lián)網(wǎng)除了具有智能電網(wǎng)諸如自愈、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、兼容、與用戶(hù)友好互動(dòng)等特點(diǎn)外［25］，也在智能電網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)與拓展。首先，相較智能電網(wǎng)，能源互聯(lián)網(wǎng)支撐更高比例分布式可再生能源的接入，將更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)技術(shù)與儲(chǔ)能、負(fù)荷平移技術(shù)相結(jié)合，削峰填谷平衡供需。進(jìn)行電能質(zhì)量綜合治理，關(guān)注由分布式能源接入引起的諧波污染、無(wú)功不足及電壓閃變等問(wèn)題。此外，采用新的繼電保護(hù)整定方法和調(diào)度策略確保安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；其次，更多地強(qiáng)調(diào)能源的供需互動(dòng)，能源的供給與需求側(cè)的直接聯(lián)系將更加緊密，冷、熱、氣、電等不同形式的能源的轉(zhuǎn)換配置更加頻繁；最后，信息技術(shù)在智能電網(wǎng)中集中體現(xiàn)于上層的工業(yè)控制系統(tǒng)［6］，而能源互聯(lián)網(wǎng)中的信息流貫穿于發(fā)、輸、配、售的環(huán)節(jié)，涵蓋供給、需求、控制、商業(yè)等全領(lǐng)域，同樣強(qiáng)調(diào)信息對(duì)于個(gè)體用戶(hù)發(fā)揮的作用。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of energy internet structure

能源互聯(lián)網(wǎng)可總結(jié)具有以下特點(diǎn)［24］：（1）從化石能源等非可再生能源向太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源轉(zhuǎn)變；（2）大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的接入，平滑能量輸出；（3）3個(gè)“就地”原則，即就地收集、就地存儲(chǔ)和就地利用；（4）雙向互動(dòng)性，即用戶(hù)在消耗能源的同時(shí)，也是能源的生產(chǎn)者；（5）發(fā)揮分布式能源的時(shí)空互補(bǔ)和電網(wǎng)的廣域配置特性；（6）實(shí)現(xiàn)“冷熱氣電”聯(lián)產(chǎn)，電能和其他形式能量相互轉(zhuǎn)化；（7）信息通信技術(shù)滲透于能量流動(dòng)的各環(huán)節(jié)。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

能源互聯(lián)網(wǎng)采用典型的分層控制架構(gòu)，分別為終端設(shè)備層、區(qū)域聯(lián)控層、全網(wǎng)協(xié)調(diào)層以及商業(yè)服務(wù)層［26］，能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖如圖2所示。

1.2.1 終端設(shè)備層

底層的終端設(shè)備層，直接面向能源的消耗和供給者，是體系最為龐大的層級(jí)，具有開(kāi)放、互動(dòng)的特點(diǎn)。該層由各類(lèi)供能、用能、儲(chǔ)能的分布式設(shè)備組成，各類(lèi)終端均采用兼容統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，配置遵循就地、即插即用原則，其受端接口即為電力電子變壓器 PET（Power Electronic Transformer）的交直流輸入/輸出母線(xiàn)。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)Fig.2 Framework of energy internet

1.2.2 區(qū)域聯(lián)控層

區(qū)域聯(lián)控層由分布式設(shè)備依照相應(yīng)協(xié)議規(guī)范靈活組網(wǎng)，該層級(jí)的關(guān)鍵設(shè)備能源路由器主要由電力電子變壓器和能量管理系統(tǒng)構(gòu)成，電力電子變壓器作為溝通電網(wǎng)系統(tǒng)與終端用戶(hù)的橋梁，在能量管理系統(tǒng)的配合下實(shí)現(xiàn)能源的智能調(diào)配、故障切除等功能。將一個(gè)能源路由器輻射范圍作為一個(gè)基本單位，一個(gè)或若干個(gè)單位劃歸為一個(gè)區(qū)域，施行區(qū)域多點(diǎn)聯(lián)控，宏觀上每個(gè)區(qū)域都可作為一個(gè)負(fù)載或電源，模塊化設(shè)計(jì)避免區(qū)域故障的連鎖反應(yīng)。

1.2.3 協(xié)調(diào)控制層

協(xié)調(diào)控制層作為能源互聯(lián)網(wǎng)的中樞系統(tǒng)，協(xié)調(diào)全網(wǎng)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行，此層級(jí)具有最大的信息密度和最高的操作權(quán)限，可以在更廣域的層面上通過(guò)在線(xiàn)仿真完成智能經(jīng)濟(jì)調(diào)度、電能質(zhì)量控制、故障保護(hù)等功能。

1.2.4 能源服務(wù)層

能源服務(wù)層為能源交易平臺(tái)，是能源市場(chǎng)化趨勢(shì)的成果，該服務(wù)層應(yīng)為大眾廣泛參與的云平臺(tái)，既針對(duì)大宗交易用戶(hù)也面向普通客戶(hù)，進(jìn)行日常的能源買(mǎi)賣(mài)、輸電權(quán)交易等，也為能源提供各種商業(yè)增值服務(wù)，如基于動(dòng)態(tài)電價(jià)的電力期貨和大數(shù)據(jù)云計(jì)算背景下的能源數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)。該層級(jí)應(yīng)在相關(guān)政策法規(guī)約束下最大限度發(fā)揮市場(chǎng)的自由度，孕育新的能源服務(wù)模式，旨在提高能源的利用率、實(shí)現(xiàn)資源合理配置，應(yīng)成為整個(gè)架構(gòu)中最活躍的層級(jí)。

1.3 能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵部分

1.3.1 分布式可再生能源

環(huán)境污染、化石能源短缺將人們注意力逐漸轉(zhuǎn)移到可再生能源上來(lái)。目前世界上利用的可再生能源主要有太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?。?為2012年世界部分國(guó)家人均可再生能源消費(fèi)量，由表可知中國(guó)的人均可再生能源消費(fèi)量已達(dá)到世界平均水平，但與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有較大差距，仍有巨大的發(fā)展空間。按可再生能源的利用方式可以分為集中式和分布式2種。鑒于集中式能源的成熟技術(shù)與模式，目前依然是主流利用方式。即便如此，大規(guī)模集中能源存在諸如周邊難以保證足夠的負(fù)荷用戶(hù)、能源利用率低、遠(yuǎn)距離傳輸損耗嚴(yán)重等弊端，而分布式能源克服了這些缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)能量的就地收集、就地存儲(chǔ)、就地使用，高效利用清潔的可再生能源，兩者體現(xiàn)出互補(bǔ)關(guān)系。分布式能源包括用戶(hù)側(cè)分布式發(fā)電、分布式電力，以及地區(qū)性電力的有效控制和余熱資源的充分利用，也包括冷熱電聯(lián)產(chǎn)等［27］。未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)將支持更多的分布式設(shè)備接入，作為集中能源的有機(jī)補(bǔ)充，分布式能源已成為未來(lái)能源發(fā)展的重要方向。

表1 世界人均可再生能源消費(fèi)量（2012年）Table1 World renewable energy consumption per capita（2012）

1.3.2 儲(chǔ)能裝置

儲(chǔ)能裝置使電力系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)控變得更加靈活可靠，增加系統(tǒng)閾值，提高系統(tǒng)可控性。由于風(fēng)能、光伏等新能源的隨機(jī)性和間歇性，儲(chǔ)能裝置能減小其對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊。加入了具有“削峰填谷”功能的儲(chǔ)能裝置，在低負(fù)荷時(shí)也可保證機(jī)組的持續(xù)出力，提高了機(jī)組的效率和壽命，對(duì)于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。在供電故障時(shí)可迅速投入儲(chǔ)能裝置，保證重要負(fù)荷甚至全部負(fù)荷的不間斷連續(xù)供電，使電網(wǎng)運(yùn)行更加安全、可靠，也是打造“堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”的重要環(huán)節(jié)［14］。

目前儲(chǔ)能方式主要可以分為3種：（1）電化學(xué)儲(chǔ)能［28］，利用正逆向化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中吸收、釋放能量的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)釋?zhuān)饕ㄒ毫麟姵亍U酸電池、鋰離子電池等；（2）機(jī)械儲(chǔ)能［29］，將富余的電能以機(jī)械能（勢(shì)能或動(dòng)能）的形式存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)再轉(zhuǎn)化為電能，主要包括蓄水儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等；（3）電磁儲(chǔ)能，主要有2種形式，一種是超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能［30-31］，該技術(shù)不需經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換，利用超導(dǎo)體將電能直接以電磁能的形式進(jìn)行存儲(chǔ)，另一種是超級(jí)電容儲(chǔ)能，電能以電解質(zhì)電荷的形式存儲(chǔ)在加電的電容器極板上。3種儲(chǔ)能方式的優(yōu)劣對(duì)比如表2所示。

表2 儲(chǔ)能方式對(duì)比Table2 Comparison among energy storage methods

1.3.3 能源路由器

路由器作為互聯(lián)網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，其主要工作就是在不同網(wǎng)絡(luò)之間建立連接，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)計(jì)并選擇最合理的路由，保證數(shù)據(jù)幀安全可靠地傳輸?shù)侥康牡?。?lèi)似地，能源路由器作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的重要中樞，連接的是2個(gè)電網(wǎng)（微電網(wǎng)），可以將發(fā)電、配電和用電信息集中處理。能源路由器依賴(lài)于能量管理系統(tǒng)［32］，為新能源選擇最佳的并網(wǎng)方式，科學(xué)的并網(wǎng)調(diào)度管理機(jī)制保證最大限度新能源的接入，減少“棄光”、“棄風(fēng)”率，提高能源利用率；為電網(wǎng)選擇最可靠經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行模式，與繼電保護(hù)裝置配合及時(shí)投切故障區(qū)域，控制儲(chǔ)能與無(wú)功諧波補(bǔ)償裝置的運(yùn)行方式；為負(fù)荷選擇最合理的供電路徑，當(dāng)需求側(cè)發(fā)出請(qǐng)求，參考價(jià)格、損耗等因素配置能量的流動(dòng)路徑，最終通過(guò)能源路由器實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷”的有機(jī)統(tǒng)一與高效互動(dòng)。

由文獻(xiàn)［17］可知，能源路由器由電力電子裝置、通信平臺(tái)及分布式智能控制模塊組成。其中，通信平臺(tái)負(fù)責(zé)收集傳遞電力系統(tǒng)運(yùn)行等狀態(tài)信息；智控模塊利用綜合信息完成微電網(wǎng)穩(wěn)定性、能量流動(dòng)的控制；電力電子裝置作為能源路由器的重要部分，是實(shí)現(xiàn)能量分配與管理的物理載體，電力電子變壓器作為其核心器件，可以實(shí)現(xiàn)電能形式轉(zhuǎn)換、故障保護(hù)、電能質(zhì)量改善［33］等功能。

2 國(guó)內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

2.1 美國(guó)的“FREEDM”計(jì)劃

能源互聯(lián)網(wǎng)的概念最早由美國(guó)在2008年提出，隨后啟動(dòng)未來(lái)可再生電力能源傳輸與管理FREEDM（FutureRenewableElectricEnergyDeliveryand Management）能源計(jì)劃。分布式可再生能源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置與故障保護(hù)裝置在能源智控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下工作。采用120 V AC與400 V DC的交直流混合母線(xiàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效共享與管理［34］。該計(jì)劃將現(xiàn)代信息通信技術(shù)、電力電子技術(shù)引入傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，貫穿智能、分布與互聯(lián)的理念，致力打造高效、靈活、清潔的能源利用網(wǎng)絡(luò)。

2.2 德國(guó)的“E-Energy”計(jì)劃

受日本福島核泄漏事件的影響，德國(guó)政府下令關(guān)閉所有核電站，這也恰好極大促進(jìn)了分布式新能源的發(fā)展。“E-Energy”是德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部于2008年啟動(dòng)的一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃，其目標(biāo)是建立一個(gè)自我調(diào)控的智能化電力系統(tǒng)，并投資6000萬(wàn)歐元啟動(dòng)了庫(kù)克斯港 eTelligence、亞琛 Smart W@TTS、萊茵-魯爾E-DeMa等6個(gè)側(cè)重點(diǎn)不同的示范區(qū)項(xiàng)目［35］，為未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模建設(shè)提供了可靠的解決方案，奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.3 日本的“數(shù)字電網(wǎng)”計(jì)劃

近年來(lái)日本的新能源發(fā)展迅猛，為解決新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)，日本政府提出建設(shè)“數(shù)字電網(wǎng)”，即基于互聯(lián)網(wǎng)理念，將原本集中式的大電網(wǎng)逐步分解為相對(duì)獨(dú)立、非同步的微電網(wǎng)，再由能源路由器統(tǒng)一分配IP地址，以分散控制方式實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的虛擬一體化，既讓子電網(wǎng)擺脫了大電網(wǎng)頻率、電壓等方面的束縛，又保持了大電網(wǎng)的整體平衡性［36］。

2.4 中國(guó)的“互聯(lián)網(wǎng)+”與堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)

國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃中，新能源技術(shù)作為4個(gè)重點(diǎn)布局的科技領(lǐng)域中的一個(gè)重要方面，大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、高效大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)、大規(guī)?；パa(bǔ)能源發(fā)電技術(shù)等方面被提及重點(diǎn)建設(shè)，為新能源技術(shù)帶來(lái)了空前的發(fā)展機(jī)遇。

2015年3月的李克強(qiáng)總理的政府工作報(bào)告中提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，強(qiáng)調(diào)了互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)的深度融合。能源互聯(lián)網(wǎng)正是互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)電力能源行業(yè)結(jié)合的產(chǎn)物，其提出與發(fā)展也契合了“互聯(lián)網(wǎng)+”的趨勢(shì)，有利于促進(jìn)能源系統(tǒng)的扁平化，推進(jìn)能源生產(chǎn)與消費(fèi)模式革命，提高能源利用效率，推動(dòng)節(jié)能減排。

自2009年我國(guó)提出“打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”以來(lái)，在特高壓直流輸電、交直流混合微電網(wǎng)、分布式發(fā)電等方面都取得了矚目的成就，這無(wú)疑為能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。為此，國(guó)家電網(wǎng)公司于2013年12月明確指出，未來(lái)的智能電網(wǎng)就是“能源互聯(lián)網(wǎng)”。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可能面臨的問(wèn)題

3.1 大規(guī)模分布式能源投入對(duì)大電網(wǎng)造成的影響

能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是大量分布式新能源的投入，由于分布式能源具有分散性和間歇性的特點(diǎn)，現(xiàn)階段分布式能源的應(yīng)用還是需要依托現(xiàn)有大電網(wǎng)為基礎(chǔ)，其變換的隨機(jī)性也會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。其次，分布式能源的接入會(huì)改變電網(wǎng)原先的電力網(wǎng)絡(luò)，改變電力系統(tǒng)的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性，因此電網(wǎng)的潮流分布、故障分析、繼電保護(hù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面將發(fā)生變化。尤其是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有“即插即用”特性，系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)特性及繼電保護(hù)條件將是實(shí)時(shí)復(fù)雜變化的，動(dòng)態(tài)化的系統(tǒng)特性對(duì)電網(wǎng)的可靠高質(zhì)量經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提出了更高挑戰(zhàn)。

為此，應(yīng)建立更加精確的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)工作，科學(xué)地進(jìn)行風(fēng)能、光伏等電源出力以及負(fù)荷預(yù)測(cè)，以合理安排機(jī)組出力和負(fù)荷投切、檢修等工作，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的最大化。常用的預(yù)測(cè)方法主要有傳統(tǒng)算法如趨勢(shì)分析法、回歸分析法［37］等以及現(xiàn)代分析法諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)［38］、灰色預(yù)測(cè)［39］等技術(shù)。

3.2 高效儲(chǔ)能技術(shù)

1.3.2節(jié)提到儲(chǔ)能裝置的能量吞吐作用使得能源互聯(lián)網(wǎng)變得更加可控，減小分布式能源對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高新能源的利用率和電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，是發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的環(huán)節(jié)?；诜植际侥茉吹哪茉椿ヂ?lián)網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備廣泛分布于用戶(hù)側(cè)，面向的用戶(hù)可能是一棟大樓甚至是一戶(hù)家庭，因此需避免高額的初期投資，并保證較高的經(jīng)濟(jì)效益，這對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的存儲(chǔ)效率、功率密度、使用壽命等提出了更高的要求［11］。

一些傳統(tǒng)的儲(chǔ)能方式因地形限制、能量密度低、壽命短等缺點(diǎn)限制了其在未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用。為此，應(yīng)優(yōu)化能量管理方式以及研究發(fā)展新儲(chǔ)能材料與技術(shù)。新儲(chǔ)能技術(shù)之一的氫儲(chǔ)能技術(shù)是利用電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化，如圖3所示，即其在電力過(guò)剩時(shí)采用電解水的方式獲得氫氣，然后低溫液態(tài)存儲(chǔ)起來(lái)，在需要的時(shí)候通過(guò)燃燒產(chǎn)生能量發(fā)電。突破時(shí)空限制實(shí)現(xiàn)了能量的存儲(chǔ)運(yùn)輸，前景十分廣闊［40］。發(fā)展混合儲(chǔ)能技術(shù)，因地制宜，合理配置，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。優(yōu)化能量流動(dòng)路徑和儲(chǔ)釋時(shí)刻，施行分批次投入工作，延長(zhǎng)裝置使用壽命。

圖3 氫儲(chǔ)能技術(shù)Fig.3 Technology of hydrogen energy storage

3.3 制定接口標(biāo)準(zhǔn)

智網(wǎng)建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)先行。能源互聯(lián)網(wǎng)中為了實(shí)現(xiàn)供電側(cè)、用戶(hù)側(cè)以及控制中心的信息交互與能源共享，之間的互聯(lián)接口是必不可少的。標(biāo)準(zhǔn)化是支撐智能電網(wǎng)發(fā)展、規(guī)范智能電網(wǎng)建設(shè)的根本，也是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)和用戶(hù)側(cè)互操作的基礎(chǔ)［41］。目前國(guó)外已經(jīng)制定或正在制定的與智能電網(wǎng)接口相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有OpenADR 2.0、綠色按鈕、SEP 2.0、OASIS 能源互操作協(xié)議［42］等，基本滿(mǎn)足需求響應(yīng)和價(jià)格通信方面的要求。但國(guó)內(nèi)對(duì)于此領(lǐng)域基本還處于空白狀態(tài)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正由中國(guó)電力科學(xué)研究院等機(jī)構(gòu)積極制訂中。

依據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)要求，標(biāo)準(zhǔn)化的接口應(yīng)具有以下幾個(gè)功能。

（1）對(duì)接入裝置的準(zhǔn)確識(shí)別。接口應(yīng)能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)接入的裝置進(jìn)行識(shí)別，獲取接入電力源或負(fù)荷的位置、種類(lèi)、容量等信息，并上傳至控制中心用于系統(tǒng)管理制定繼電保護(hù)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等策略。

（2）應(yīng)建立統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化接口，做到互聯(lián)設(shè)備的“即插即用”，即使為了滿(mǎn)足不同種類(lèi)裝置需要采取了不同協(xié)議規(guī)范，其之間也應(yīng)相互兼容，避免碎片化，有利于全國(guó)乃至全球能源網(wǎng)的互聯(lián)。

（3）接口還應(yīng)具備保護(hù)監(jiān)測(cè)功能，作為接入裝置的第一道管理及保護(hù)屏障，應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與上級(jí)管理層間信息流、能量流的交換信息，如電能質(zhì)量、異常事件等，及時(shí)識(shí)別并切除故障。

3.4 堅(jiān)強(qiáng)可靠的信息互聯(lián)系統(tǒng)

能源互聯(lián)網(wǎng)依賴(lài)于信息共享，需建立在安全堅(jiān)強(qiáng)可靠的信息互聯(lián)系統(tǒng)之上，若中樞網(wǎng)絡(luò)遭受惡意攻擊、信息流通受阻、災(zāi)害致自身物理故障、數(shù)據(jù)備份缺失等情況，后果將不堪設(shè)想。

未來(lái)的能源互聯(lián)網(wǎng)是由成千上萬(wàn)的樓宇和家庭組成的能源網(wǎng)，其信息互聯(lián)系統(tǒng)必定是一個(gè)極其復(fù)雜與龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，為確保系統(tǒng)可靠性，給出幾點(diǎn)建議［43-44］：

（1）規(guī)劃合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可從節(jié)點(diǎn)度與聚集系數(shù)、通信路徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化著手；

（2）增加冗余在線(xiàn)備份鏈路，可以無(wú)縫切換，及時(shí)投入替換故障單元；

（3）不斷升級(jí)網(wǎng)絡(luò)安保系統(tǒng)，提高抵御病毒和網(wǎng)絡(luò)治愈能力；

（4）培養(yǎng)一批高素質(zhì)網(wǎng)絡(luò)安全人才作為系統(tǒng)可靠性的堅(jiān)強(qiáng)后盾，進(jìn)行日常管理維護(hù)及處理重大突發(fā)事件。

3.5 加快電力市場(chǎng)建設(shè)，完善電力市場(chǎng)服務(wù)

現(xiàn)階段，電力市場(chǎng)是能源市場(chǎng)的重要方面，其發(fā)展對(duì)其他形式的能源市場(chǎng)具有重要的借鑒意義。我國(guó)的電力市場(chǎng)建設(shè)始于1998年，在組建了五大發(fā)電集團(tuán)完成了“廠(chǎng)網(wǎng)分開(kāi)”之后，也在積極推進(jìn)“輸配分離”、“競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”政策。近日出臺(tái)的新電改方案又提出了“搭建獨(dú)立的電力交易市場(chǎng)”。即便如此，這顯然還未能達(dá)到建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)電力市場(chǎng)的需要，未來(lái)的電力市場(chǎng)應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)［45-47］。

（1）充分發(fā)揮市場(chǎng)調(diào)節(jié)的作用，引入市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)與激勵(lì)機(jī)制，提高發(fā)電、輸電、配電、售電環(huán)節(jié)的效率，發(fā)揮政府宏觀調(diào)控作用，普通用戶(hù)亦廣泛參與電力市場(chǎng)，避免一家獨(dú)大和無(wú)序惡意競(jìng)爭(zhēng)的局面。

（2）完善的交易體制，打造能源交易云平臺(tái)，建設(shè)大用戶(hù)直購(gòu)與售電公司代理并存；以中長(zhǎng)期交易為主、現(xiàn)貨交易為輔，并逐步發(fā)展電力期貨交易；優(yōu)化跨區(qū)域購(gòu)電結(jié)構(gòu)，打破省、市區(qū)域交易壁壘；完善交易信息發(fā)布平臺(tái)，普通用戶(hù)也可及時(shí)便捷獲取交易信息。在確保電網(wǎng)平穩(wěn)安全的基礎(chǔ)上，使資源得到最優(yōu)化配置。

（3）完善的電力市場(chǎng)輔助服務(wù)，是電力系統(tǒng)安全可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。電力輔助服務(wù)主要包括調(diào)頻、調(diào)相、無(wú)功支持、備用以及事故恢復(fù)、電能質(zhì)量服務(wù)等。電力輔助服務(wù)應(yīng)市場(chǎng)化、商品化，投入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，應(yīng)依據(jù)服務(wù)的種類(lèi)、對(duì)象、質(zhì)量等對(duì)服務(wù)進(jìn)行量化，制定合理的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，營(yíng)造活力、有序的電力輔助服務(wù)市場(chǎng)。

4 結(jié)論

基于可再生清潔能源的能源互聯(lián)網(wǎng)符合低碳、綠色、可持續(xù)的發(fā)展理念，已經(jīng)成為全球研究的熱點(diǎn)。但構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)是個(gè)浩大的工程，不能一蹴而就，能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)依賴(lài)于信息通信技術(shù)、電力電子技術(shù)、材料學(xué)、市場(chǎng)管理等學(xué)科的高水平發(fā)展。本文在對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)深入了解的基礎(chǔ)上，著重分析并總結(jié)了能源互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)發(fā)展中可能面臨的諸如分布式能源對(duì)接入電網(wǎng)的影響、高效儲(chǔ)能技術(shù)、完善電力市場(chǎng)及服務(wù)等問(wèn)題，在日后的實(shí)踐過(guò)程中具有一定的指導(dǎo)意義。

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