能源互聯網技術形態與關鍵技術

李文曉(中海油能源發展股份有限公司清潔能源分公司，天津 300452)

0 引言

在現代經濟發展階段，工業生產占據著主體地位，工業運作階段會對自然環境形成不同程度的破壞，特別是近些年中，環境問題是極為顯著的，世界各國陸續進行了新能源革命。通過探尋可再生能源，持續科學代替煤炭等資源，一方面能更好的實現環保，另一方面也能減少一次能源的使用量[1]。將互聯網合理用于能源領域中，打造出供需互動的能源互聯網，完善可再生能源多輪驅動式的能源供應體系，使綠色城鎮化與美麗鄉村建設有更強大支撐。

1 能源互聯網技術概述

可以把能源互聯網理解為應用信息、計算機等高端技術，把大批量由分布式能量采集及儲存裝置、各類負載組成的新型電力、石油、天然氣網絡等能源節點互相關聯在一起，以此為基礎實現能量的雙向流通、對等交換機共享的網絡類型。以石油化工行業為實例進行分析，在整個石油生產活動中，從最初的開采環節，到石油資源最末期的應用，利用線路將所應用的設備連接成在一體，這樣整個周期便構成了一個良好的綜合體。并且在高端科技的協助下，把任何環節均科學、有效的落實到現實生產活動中。再如，在電力行業中，既往在檢測電網系統時，范圍相對較小，采集到的數據信息有限，很難應用所得數據做出精準判斷，而基于能源互聯網很容易拓展檢測范疇，進而優化了對整個電網運作安全性的監管效果。

能源互聯網持有的技術特征主要有[2]：(1)泛在互聯：能源互聯網是以國家所有發電資源為基礎建設的，能滿足不同規模用戶的主觀需求，小至家居照明取暖，大到化工生產。也能在全國范圍中建設能源基地的互聯關系，包括大型的水電、風電及小型樓宇的能源；(2)對等開放：這是能源互聯網實現廣泛性的重要基礎。能源互聯網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”，可再生能源應得到一定優惠，進而更好的服務廣大用戶群體；(3)低碳高效：為更好地滿足用戶的需求，能源互聯網能實現同時接納大規模清潔能源發電，拓展清潔能源的傳輸范疇，使城鄉的電氣化活動均能安穩、可靠推進；(4)多源協同：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電企業的參與，具體是在用電低峰期利用電生天然氣技術儲存多余的電量，也可以在電生氫技術的協助下，以清潔能源的形式存儲電能，在特殊時期將其用于市區生活中。

2 基本構架

構架大體上是由如下部分構成：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、連接以及轉換不同能源類型，隸屬于一種新型的能源存儲及轉換裝置，關于其規劃設計、協調及控制管理等方面相關技術還需作出深入研究分析；三是主動負荷，除了最基本的熱、冷及電負荷之外，還牽扯到儲能設備、新能源汽車；四是多能源市場，其是以開放式平臺為基礎建設的，具備很多實用功能，比如：能源交易、設備狀態監測及運維管理等。

3 能源互聯網關鍵技術

3.1 新能源發電技術

該項技術是生產、轉換、傳送、應用、服務可再生能源過程中的和諧技術，包括了新能源發電、大容量遠程發電、儲能、需求響應、電力電子、信息技術等。本文這里特別指出的是，后兩種技術為關鍵技術體系內的共性技術[3]。

新能源不僅是以風能、太陽能等為代表的傳統可再生能源，還有新型能源或資源，比如頁巖氣、小堆核電等。新能源發電技術應用階段牽扯到各種發電、運行調控及能量轉型等過程。在該技術方面，應積極研發規模化光伏及太陽能集熱發電技術，循序漸進實現恒頻風力發電系統的商業化研發，設計生產具備動力和能源轉換功能的裝置等。

3.2 大容量遠程輸電技術

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

3.3 電力電子技術

這一技術泛指高電壓、大(小)容量、能實現低損耗的電力電子器件及其裝備，還將一些控制技術手段囊括其中。當以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的常規約束。利用以上這些半導體材料制成的器件(如SiC功率器件)，和常規器件作對比分析后，不難發現其在開關低損耗量、耐高溫性等方面均占據優勢，在后期輸電與配電系統開發領域中有較廣袤的應用空間[4]。

關于控制策略相關問題，鑒于數字信號處理裝置性能實現整體升級的實況，故而使系統調控過程更具靈活性、多樣性。模糊、預測控制等非傳統控制方法，在電網暫態過程控制領域均表現出較高的適用性DSP內整合并實現看很多復雜算法，進一步提升了電力系統運行過程的安全性。

3.4 先進儲能技術

從物理形態的角度分析，該項技術包括可用于電網調峰、調頻服務內的儲能設備，也將用在家庭、園區級的儲能模塊囊括其中。鑒于風電、光伏等可再生能源系統輸出功能伴隨外界環境改變而變化的實際狀況，儲能設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。例如基于超導儲能過程能明顯優化風電系統的輸出功率，并減小其頻率變動幅度；精準控制飛輪儲能的充放電過程，能實現對系統輸出功率的平滑處置，且還能參與至電網的頻率調控階段中。

3.5 先進信息技術

該技術主要由智能感應、云計算及大數據分析等組成，其對外呈現了能源領域中信息技術的發展趨向。能源互聯網這一開發平臺是以云計算、大數據為基礎建成的，其具備數據采集、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測及維修、互動用電等諸多業務運轉過程[5]。智能感應技術由數據感應、收集、傳送、處置及服務等過程構成，規范處理、分析傳感器數據信息后，提供相應的整改控制方法。云計算最大的優越性表現在能實現突破時間、空間的約束進行高效率計算，能源互聯網支持B2C、C2C等營銷模式，基于網絡持有的強大互聯互通能力，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。大數據主要用于分析能源互聯網內安全監測、經濟運營、能源交易、電能計量等海量數據。

3.6 需求響應技術

其主要是對電價等信息做出響應，進而去協助相關人員更為科學的整改當下采用的用電形式，合理應用該項關鍵技術，不僅能降低短時間內的實際負荷需求，還能科學調整后期某段時間中的負荷，更好地實現移峰以及填谷。該項關鍵技術在實施階段需要有其他較強大的技術做輔助支持，在此基礎上相關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系統，需要有針對性的改善主站、通信網與終端等部分，具體是參照開放互聯協議內容，實現雙向交互實施信息、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、有效的自主控制負荷。

3.7 標準化技術

前期規劃設計、建設運營、運維管理、交易服務支持等標準共同構成了能源互聯網標準體系。建設標準體系是能源互聯網發展的第一步，應分流程、有計劃的推進體系構建過程。能源互聯網包括了諸多設備、系統及接口，而開放平臺標準位居第一位。

4 結語

隨著科學技術的發展，人類社會能源資源獲取方式及利用形式更加多樣性，更加注重節能環保和綠色發展。能源生產和供應部門打造互聯網、信息技術以及新型能源的開發與傳統的能源利用形式相互貫通融合，加快現代能源服務領域的發展，大大提升能源利用效率，將互聯網合理用于能源領域中，打造出供需互動的能源互聯網，完善可再生能源多輪驅動式的能源供應體系，使綠色城鎮化與美麗鄉村建設有更強大支撐。這是落實習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”理念，堅持生態優先、綠色發展，為實現我國經濟高速發展和高質量轉型發展做出的新貢獻。在諸多高新科技的協助下，能源互聯網在傳統電力網的基礎上建設與發展，形成了多元主體協同參與的能源互聯共享網絡模式，消融各種可再生清潔能源，有效的激活了新型商業模式。能源互聯網實施階段牽扯到不同能源的生產、轉換、交易及服務等諸多過程。相關部門應繼續完善和其相配套的法律規定，進而使其能規范化、健康發展，創造出更大效益。