综合能源系统与能源互联网简述

2019-02-13

数字通信世界 2019年11期

（江苏方天电力技术有限公，南京 210000）

能源是人类一切生产和生命活动的基础，直接关系到国家能源安全，能源的创新和技术变革直接推动了人类文明的进步和发展。近些年，能源技术领域出现了新的变化，不同能源形式、用户、交通、供暖等多个不同的领域系统之间融合的趋势进一步加强，研究综合能源系统以及能源互联网技术，对能源可持续发展有重要意义。

1 综合能源系统

1.1 概述

综合能源系统并非是新生事物和新概念，长期以来，在现代工业产生发展的过程中，能源领域就一直存在多种不同能源类型之间的相互协调和竞争以及优化。例如CCHP发电机组的热能和电能之间的协调，可以进一步提高燃料燃烧效率和能源利用率，冰箱的蓄冷设备则用于电能与冷量之间的平衡协调，用于适应电能的峰谷波动等。热电协同优化就是综合能源系统的早期形式，其概念、理论研究以及实践应用与都非常丰富，但是，综合能源系统的严肃定义目前仍然存在分歧。

1.2 发展现状

西方发达国家对综合能源系统的研究相对较早，但是不同国家更具自身国情和能源实际，对本问题的研究方向领域以及关注点都有较大的不同。美国在2001年以后开始推动综合能源系统发展计划，大规模应用了热电联供技术，并逐步增加了清洁能源在总能耗中的占比。2007年美国通过了能源独立安全法，立法要求社会关键供电环节必须参与综合能源规划，天然气在电能功能中的占比进一步增加，天然气和电能之间的优化协调相关研究也随之增多。加拿大在2050年的节能减排目标中，把综合能源系统的建设作为关键性技术支持，欧盟在早期的欧盟框架项目中，也进行了大量综合能源系统相关研究，欧洲各国各自的研究也进展迅速。

1.3 研究焦点

关于综合能源系统的研究焦点问题比较多，当前世界各国最关注的技术问题主要有天然气和电力系统的交互影响、传输环节效率提升、能源转换集线器模型等，现有的综合能源系统结构中，一般都依据现有电网结构进行建设，但是也有研究人员以及能源机构和企业认为，天然气管网结构更重要。美国天然气发电量占比更大，近些年页岩气技术快速发展，天然气在电能来源中的占比将会进一步增大，因此美国研究人员更加关注天然气价格、电力风险、协同优化等问题。欧洲情况和美国类似，但是除了关心能源交互和协同，也关注电力系统和新能源系统、集中供热系统之间的协同。我国天然气发电较少，但是随着环保和节能减排压力的增大，天然气发电的占比必然将越来越大。

2 能源互联网

2.1 产生

能源互联网是美国研究人员杰里米最早提出的，在他的《第三次工业革命》一书中，给出了一种基于ICT技术的分布式智能电网系统，将发电、储能和负荷有机联系起来，借助网络技术，为用户提供更加清洁、稳定的能源供应。能源互联网概念得到了互联网企业以及能源企业的支持，成为了能源系统研究的焦点问题，但是能源互联网至今也没有发展出严谨的定义，其技术组成也在进一步丰富，当前研究人员普遍认为，能源互联网是在电力系统网络结构基础上，利用互联网技术和其他ICT技术，基于分布式结构体系，对电能、可再生能源、天然气、交通、供暖等多个系统的整合，以及由此建设成的复杂多网流系统。

2.2 发展

美国IT行业世界领先，互联网运营经验丰富，掌握着海量的互联网资源，近些年开始尝试利用互联网来对能源行业内的各个独立系统进行高度的整合，为能源效率的进一步提高、清洁能源的利用以及能源的可持续发展提供各种必要的网络基础服务，取得了丰硕的成果，尤其是能量路由器概念的提出，是现代能源系统即插即用、开放式接入退出特性的主要实现技术，极大地提高了能源系统的互联网属性。欧洲国家中，德国的能源互联网建设最为迅速，于2009年开始了E-Energy建设项目，从能源互联网框架建设、通信、控制、能源等多个行业领域同时入手，初步建起了能量-信息-物质的高度融合开放性能源系统。

2.3 关键技术

能源互联网最典型的特征是信息技术和能源系统的物理现实基础之间的高度连接，基于任何结构形式的能源系统，本质上都是一个复杂的能量和信息流系统。例如里夫金的能源互联网架构，就通过统一的物理信息系统，把用户、电力系统、分布式新能源发电设备、储能设备、能源转换设备统一整合起来，在同一个信息物理系统中完成电能产生、传输、消费和调动的过程。统一的能量物理信息网络建设还依赖一个最重要的关键节点，那就是美国学者提出的能量路由器，能量路由器概念和技术的应用，解决了开放性复杂能源互联网中，用户接入以及封闭电力网络改造的难题。能量路由器是智能变压器、智能开关、无功补偿的电力设备以及信息采集和传输设备的高度集成节点，也是能源互联网上，重要的大规模基础设施。