能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)

李文曉(中海油能源發(fā)展股份有限公司清潔能源分公司，天津 300452)

0 引言

在現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展階段，工業(yè)生產(chǎn)占據(jù)著主體地位，工業(yè)運作階段會對自然環(huán)境形成不同程度的破壞，特別是近些年中，環(huán)境問題是極為顯著的，世界各國陸續(xù)進行了新能源革命。通過探尋可再生能源，持續(xù)科學(xué)代替煤炭等資源，一方面能更好的實現(xiàn)環(huán)保，另一方面也能減少一次能源的使用量[1]。將互聯(lián)網(wǎng)合理用于能源領(lǐng)域中，打造出供需互動的能源互聯(lián)網(wǎng)，完善可再生能源多輪驅(qū)動式的能源供應(yīng)體系，使綠色城鎮(zhèn)化與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)有更強大支撐。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

可以把能源互聯(lián)網(wǎng)理解為應(yīng)用信息、計算機等高端技術(shù)，把大批量由分布式能量采集及儲存裝置、各類負(fù)載組成的新型電力、石油、天然氣網(wǎng)絡(luò)等能源節(jié)點互相關(guān)聯(lián)在一起，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)能量的雙向流通、對等交換機共享的網(wǎng)絡(luò)類型。以石油化工行業(yè)為實例進行分析，在整個石油生產(chǎn)活動中，從最初的開采環(huán)節(jié)，到石油資源最末期的應(yīng)用，利用線路將所應(yīng)用的設(shè)備連接成在一體，這樣整個周期便構(gòu)成了一個良好的綜合體。并且在高端科技的協(xié)助下，把任何環(huán)節(jié)均科學(xué)、有效的落實到現(xiàn)實生產(chǎn)活動中。再如，在電力行業(yè)中，既往在檢測電網(wǎng)系統(tǒng)時，范圍相對較小，采集到的數(shù)據(jù)信息有限，很難應(yīng)用所得數(shù)據(jù)做出精準(zhǔn)判斷，而基于能源互聯(lián)網(wǎng)很容易拓展檢測范疇，進而優(yōu)化了對整個電網(wǎng)運作安全性的監(jiān)管效果。

能源互聯(lián)網(wǎng)持有的技術(shù)特征主要有[2]：(1)泛在互聯(lián)：能源互聯(lián)網(wǎng)是以國家所有發(fā)電資源為基礎(chǔ)建設(shè)的，能滿足不同規(guī)模用戶的主觀需求，小至家居照明取暖，大到化工生產(chǎn)。也能在全國范圍中建設(shè)能源基地的互聯(lián)關(guān)系，包括大型的水電、風(fēng)電及小型樓宇的能源；(2)對等開放：這是能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)廣泛性的重要基礎(chǔ)。能源互聯(lián)網(wǎng)自身便是一個多層次、多維度平臺，所有能源的接入均是“一視同仁”，可再生能源應(yīng)得到一定優(yōu)惠，進而更好的服務(wù)廣大用戶群體；(3)低碳高效：為更好地滿足用戶的需求，能源互聯(lián)網(wǎng)能實現(xiàn)同時接納大規(guī)模清潔能源發(fā)電，拓展清潔能源的傳輸范疇，使城鄉(xiāng)的電氣化活動均能安穩(wěn)、可靠推進；(4)多源協(xié)同：用電高峰期，若僅依賴小型集散新型能源很難滿足全部用戶的需要，這樣的情景下需有大型發(fā)電企業(yè)的參與，具體是在用電低峰期利用電生天然氣技術(shù)儲存多余的電量，也可以在電生氫技術(shù)的協(xié)助下，以清潔能源的形式存儲電能，在特殊時期將其用于市區(qū)生活中。

2 基本構(gòu)架

構(gòu)架大體上是由如下部分構(gòu)成：一是多能源層，在不同層次能存在著差異話的耦合程度；二是能源路由器，其功能主要是存儲、連接以及轉(zhuǎn)換不同能源類型，隸屬于一種新型的能源存儲及轉(zhuǎn)換裝置，關(guān)于其規(guī)劃設(shè)計、協(xié)調(diào)及控制管理等方面相關(guān)技術(shù)還需作出深入研究分析；三是主動負(fù)荷，除了最基本的熱、冷及電負(fù)荷之外，還牽扯到儲能設(shè)備、新能源汽車；四是多能源市場，其是以開放式平臺為基礎(chǔ)建設(shè)的，具備很多實用功能，比如：能源交易、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及運維管理等。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 新能源發(fā)電技術(shù)

該項技術(shù)是生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳送、應(yīng)用、服務(wù)可再生能源過程中的和諧技術(shù)，包括了新能源發(fā)電、大容量遠(yuǎn)程發(fā)電、儲能、需求響應(yīng)、電力電子、信息技術(shù)等。本文這里特別指出的是，后兩種技術(shù)為關(guān)鍵技術(shù)體系內(nèi)的共性技術(shù)[3]。

新能源不僅是以風(fēng)能、太陽能等為代表的傳統(tǒng)可再生能源，還有新型能源或資源，比如頁巖氣、小堆核電等。新能源發(fā)電技術(shù)應(yīng)用階段牽扯到各種發(fā)電、運行調(diào)控及能量轉(zhuǎn)型等過程。在該技術(shù)方面，應(yīng)積極研發(fā)規(guī)?；夥疤柲芗療岚l(fā)電技術(shù)，循序漸進實現(xiàn)恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化研發(fā)，設(shè)計生產(chǎn)具備動力和能源轉(zhuǎn)換功能的裝置等。

3.2 大容量遠(yuǎn)程輸電技術(shù)

這是中國及全世界能源革命階段形成的基礎(chǔ)技術(shù)，在大型能源基地外送可再生能源過程中發(fā)揮重要的輔助性作用。后期我國可以基于特高壓骨干網(wǎng)建設(shè)出再生能源基地，在逐漸運作發(fā)展中形成覆蓋全國的交直流兼容的超級電網(wǎng)，接觸方式使用供電過程的安穩(wěn)性、靈活性及互補性得到更大保障。該項技術(shù)主要包括如下類型：運行狀態(tài)靈活且受控的多端直流、海底電纜、直流電網(wǎng)等。其中，直流電網(wǎng)在應(yīng)對外國能源分布不均引起的遠(yuǎn)程傳輸、大范圍海陸能源消納及并網(wǎng)等問題方面表現(xiàn)出良好效能。

3.3 電力電子技術(shù)

這一技術(shù)泛指高電壓、大(小)容量、能實現(xiàn)低損耗的電力電子器件及其裝備，還將一些控制技術(shù)手段囊括其中。當(dāng)以SiC、GaN作為代表的新材料被探查到以后，幫助人們獲得逆向反向截止電壓超出20 kV的常規(guī)約束。利用以上這些半導(dǎo)體材料制成的器件(如SiC功率器件)，和常規(guī)器件作對比分析后，不難發(fā)現(xiàn)其在開關(guān)低損耗量、耐高溫性等方面均占據(jù)優(yōu)勢，在后期輸電與配電系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域中有較廣袤的應(yīng)用空間[4]。

關(guān)于控制策略相關(guān)問題，鑒于數(shù)字信號處理裝置性能實現(xiàn)整體升級的實況，故而使系統(tǒng)調(diào)控過程更具靈活性、多樣性。模糊、預(yù)測控制等非傳統(tǒng)控制方法，在電網(wǎng)暫態(tài)過程控制領(lǐng)域均表現(xiàn)出較高的適用性DSP內(nèi)整合并實現(xiàn)看很多復(fù)雜算法，進一步提升了電力系統(tǒng)運行過程的安全性。

3.4 先進儲能技術(shù)

從物理形態(tài)的角度分析，該項技術(shù)包括可用于電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)內(nèi)的儲能設(shè)備，也將用在家庭、園區(qū)級的儲能模塊囊括其中。鑒于風(fēng)電、光伏等可再生能源系統(tǒng)輸出功能伴隨外界環(huán)境改變而變化的實際狀況，儲能設(shè)備能更好的保證能量儲存或釋放的時效性，更好的維護了供電全過程的可靠性、連貫性。例如基于超導(dǎo)儲能過程能明顯優(yōu)化風(fēng)電系統(tǒng)的輸出功率，并減小其頻率變動幅度；精準(zhǔn)控制飛輪儲能的充放電過程，能實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出功率的平滑處置，且還能參與至電網(wǎng)的頻率調(diào)控階段中。

3.5 先進信息技術(shù)

該技術(shù)主要由智能感應(yīng)、云計算及大數(shù)據(jù)分析等組成，其對外呈現(xiàn)了能源領(lǐng)域中信息技術(shù)的發(fā)展趨向。能源互聯(lián)網(wǎng)這一開發(fā)平臺是以云計算、大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建成的，其具備數(shù)據(jù)采集、管理、分析及互動等諸多功能，支持電能交易、電動汽車充電裝置監(jiān)測及維修、互動用電等諸多業(yè)務(wù)運轉(zhuǎn)過程[5]。智能感應(yīng)技術(shù)由數(shù)據(jù)感應(yīng)、收集、傳送、處置及服務(wù)等過程構(gòu)成，規(guī)范處理、分析傳感器數(shù)據(jù)信息后，提供相應(yīng)的整改控制方法。云計算最大的優(yōu)越性表現(xiàn)在能實現(xiàn)突破時間、空間的約束進行高效率計算，能源互聯(lián)網(wǎng)支持B2C、C2C等營銷模式，基于網(wǎng)絡(luò)持有的強大互聯(lián)互通能力，對多個市場主體在任何時間、地點進行的交易活動能起到強大的支撐作用。大數(shù)據(jù)主要用于分析能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)安全監(jiān)測、經(jīng)濟運營、能源交易、電能計量等海量數(shù)據(jù)。

3.6 需求響應(yīng)技術(shù)

其主要是對電價等信息做出響應(yīng)，進而去協(xié)助相關(guān)人員更為科學(xué)的整改當(dāng)下采用的用電形式，合理應(yīng)用該項關(guān)鍵技術(shù)，不僅能降低短時間內(nèi)的實際負(fù)荷需求，還能科學(xué)調(diào)整后期某段時間中的負(fù)荷，更好地實現(xiàn)移峰以及填谷。該項關(guān)鍵技術(shù)在實施階段需要有其他較強大的技術(shù)做輔助支持，在此基礎(chǔ)上相關(guān)部門還需盡早編制相配套的電價計費政策與市場機制。客觀上講，為建立健全需求響應(yīng)系統(tǒng)，需要有針對性的改善主站、通信網(wǎng)與終端等部分，具體是參照開放互聯(lián)協(xié)議內(nèi)容，實現(xiàn)雙向交互實施信息、電價激勵信號、用戶端選擇等，最后使用戶群體能依照主觀意愿更合理、有效的自主控制負(fù)荷。

3.7 標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)

前期規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運營、運維管理、交易服務(wù)支持等標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成了能源互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第一步，應(yīng)分流程、有計劃的推進體系構(gòu)建過程。能源互聯(lián)網(wǎng)包括了諸多設(shè)備、系統(tǒng)及接口，而開放平臺標(biāo)準(zhǔn)位居第一位。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會能源資源獲取方式及利用形式更加多樣性，更加注重節(jié)能環(huán)保和綠色發(fā)展。能源生產(chǎn)和供應(yīng)部門打造互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)以及新型能源的開發(fā)與傳統(tǒng)的能源利用形式相互貫通融合，加快現(xiàn)代能源服務(wù)領(lǐng)域的發(fā)展，大大提升能源利用效率，將互聯(lián)網(wǎng)合理用于能源領(lǐng)域中，打造出供需互動的能源互聯(lián)網(wǎng)，完善可再生能源多輪驅(qū)動式的能源供應(yīng)體系，使綠色城鎮(zhèn)化與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)有更強大支撐。這是落實習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”理念，堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，為實現(xiàn)我國經(jīng)濟高速發(fā)展和高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展做出的新貢獻(xiàn)。在諸多高新科技的協(xié)助下，能源互聯(lián)網(wǎng)在傳統(tǒng)電力網(wǎng)的基礎(chǔ)上建設(shè)與發(fā)展，形成了多元主體協(xié)同參與的能源互聯(lián)共享網(wǎng)絡(luò)模式，消融各種可再生清潔能源，有效的激活了新型商業(yè)模式。能源互聯(lián)網(wǎng)實施階段牽扯到不同能源的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、交易及服務(wù)等諸多過程。相關(guān)部門應(yīng)繼續(xù)完善和其相配套的法律規(guī)定，進而使其能規(guī)范化、健康發(fā)展，創(chuàng)造出更大效益。