能源互联网技术研究与应用

张栋

摘要：我二十一世纪以来，全球都面临着气候变暖及能源危机等多重压力，对资源进行优化配置、实现能源的结构调整、发展新能源已逐渐成为各国政府实现可持续发展的能源供应战略的重要组成部分。世界能源结构逐步从开发利用化石能源向可再生能源转变。风力发电和太阳能发电等可再生能源由于自身的波动性和随机性等特性，其输出功率具有不稳定性，大规模可再生能源的接入对电网形成了极大的挑战。如何提高分布式能源的高效利用已经受到了国内外各研究机构的持续关注，对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、就地存储、就地使用”。

关键词：能源；互联网技术；应用

中途分类号：D922.67

1 能源互联网的概念

首先，新能源的开发利用是能源互联网的核心，但传统能源依然具有一定市场价值。新能源主要是指可再生能源，如水能、风能、太阳能、地热能、生物质能等。这些能源的利用，主要是以电力形式转换。各位学者在对能源互联网的阐释中，电力是核心，甚至仅限于电力。不可否认，从发展前景来看，电力绝对占据未来能源利用的主导地位。但传统能源依然有一定份额，能源互联网应该包括未来所有能够利用的能源资源。

其次，能源互联网的建立，关键是要让“网”能够“联”起来。这个“网”，“不仅是一张有形的网，也是一张无形的网”。有形的网，主要是指实体的电网，一张连接国域甚至全世界的电网既能够广泛接入传统发电站的电力，也能够吸收众多微小新能源发电站的电力。因为在当前技术前提下，新能源发电如太阳能发电站、风电发电站、潮汐发电等具有不稳定性，需要传统的、具有高度稳定性的发电站的电力补充，强调互补性与协调性。无形的网，主要是指信息网，即利用“互联网+”技术，把能源的生产、运输、销售、消费、反馈与沟通等信息交织成网，强调共享性。两张“网”的建立基于强大的技术支撑之上。这些技术包括新能源的转换技术（大规模的开发）、能源储运技术（运输及分配）、终端能耗产品研发（设备）等，加上以大数据、云计算为主导的信息技术、即时通讯技术等。

最后，能源互联网的目的在于降低能源生产和使用成本。基于能源互联网构想愿景，在杰里米·里夫金最新著作《零边际成本社会》中进一步提出“零边际成本社会”的概念。即使在当前社会技术条件下，太阳能发电、风力发电等前期的投入成本巨大，但一旦投产，其生产成本就几乎为零。随着科技的飞速发展，“未来太阳能和小型风力发电站的采集技术设备将像手机或笔记本电脑一样便宜”。同时，能源互联网的基础建设前提投入成本也十分巨大，但投入运营后，其单位边际成本也将趋近于零。这主要是基于生产成本角度的研究。

2 能源互联网技术的应用

2.1 可再生能源发电技术

能源互联网发电设备包括传统能源发电和可再生能源发电，其中最主要的是可再生能源发电。可再生能源发电主要包括水力发电、生物质能发电、风力发电、太阳能发电、潮汐发电等。风电、太阳能发电、太阳能热发电、地热发电和潮汐发电是新兴的发电技术，当前主流的研究方向集中在风电和光伏发电。风力发电技术在可再生能源领域中发展相对成熟，是发展新能源技术中具有最大商业化发展规模前景的。太阳能光伏发电有很多优点，如无噪声、无污染、不受地域限制且分布广泛、不消耗燃料、建设周期短、经营成本低、无长距离传输、可现场使用、结合建筑物具有更好的便利性等。所以太阳能光伏发电是一种常规发电无法比拟的发电方式。在能源互联网中，任何有风能和太阳能的地方均可以作为一个小电站配合电网进行供电。

2.2 电网负荷的相关技术

能源互联网是可用于各种AC和DC负载的一种先进的智能电网。最近几年，随着电池技术的不断成熟和相应成本的不断下降，电动车使用率正在迅速增长。可以预见的是通过电动车的联系，电力系统和交通系统的耦合程度将在今后继续加强。电气化运输系统，特别是电动汽车，将成为能源互联网的重要组成部分。同时，能源互联网即插即用的功能需要能量管理系统来管理在不同负载时的转换器和通信。该系统可以基于本地信息进行快速响应，而当电压下降时，电网故障或者停电等事件发生后，系统可以从电网平滑切换，自动实现孤岛运行。

2.3 储能技术

储能装置在能源互联网中的许多领域都是一个非常重要的部分。在能源互联网中储能设备可以改善电能质量，保持电力系统的稳定。储能设备的应用是一种能够提高发电机的输出电压质量和频率质量的有效方式，同时增加了分布式电源和电网运行的可靠性。分布式电源和储能设备的可靠结合是解决例如电压跌落、阶段时间停电等电网问题的有效解决方式；储能设备还可以有效地提高动态功率的质量。另外，储能设备在提高分布式电源的经济性方面起着不可忽视的作用。在电力市场中，分布式电源通常并网运行，有足够的存储功率，可以将电出售给电力公司，来满足电力调峰和紧急供电，以最大限度地提高经济效益。储能装置主要有化学储能和物理储能，如蓄电池、氢储能、压缩空气储能、超级电容器、飞轮储能、超导储能等。

2.4 远距离输电技术

远距离输电技术符合我国电力发展的当前预期，也是国际能源革命的重要组成部分，所以着重发展该技术是很有必要的。自2011年起，我国东部沿海发达区域逐渐出现了电力短缺的状况，例如浙江省，全省在2012年最大电力短缺额约近1000万kW，电力的可靠性供应难度逐渐增大，所以从其他地区到浙江进行远距离大容量输电是比较可靠、有效的方式。运用远距离大容量输电技术不仅能够解决能源传输问题，而且能节省煤炭资源，因为输电的经济性优于输送煤炭且输送效率基本相当。该技术是高新技术的集成，在优化其他产业的研发和加快其结构调整等方面都能够起到催化作用。

结论

能源互联网的建设过程中，传统能源和新能源将处于长期并存，此增彼涨的趋势。在能源互联网建设初期，仍然需要考虑到传统能源通过改造，融入大能源互联网体系中去。同时，能源互联网的建设，可以利用逆向思维，从用户角度、系统科学方法研究和构建，首先从能源价格市场化入手，以能源信息平台搭建为基础，推动能源互联网的发展与普及。

参考文献

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[2]董朝阳，赵俊华，文福拴，等.从智能电网到能源互联网：基本概念与研究框架[J].电力系统自动化，2014（15）：116-118.