能源互联网体系架构及关键技术

赵杨

摘要：目前，我国正处在经济转型的重要时期，也是能源改革的关键时刻。“互联网+”概念的提出预示着我国能源行业发展将要进入一个全新的历史阶段。随着可再生能源发电技术以及互联网信息技术的快速发展，提出构建以深入融合可再生能源与互联网信息技术为特征的能源互联网将是实现能源清洁替代和可持续发展的关键所在。发展能源互联网将从根本上改变对传统能源利用模式的依赖，推动传统产业向以可再生能源和信息网络为基础的新兴产业转变。本文主要分析了能源互联网体系架构及关键技术。

关键词：能源互联网；体系架构；关键技术

中途分类号：TP393.4

1 能源互联网体系架构

现有的能源中能源互联网是基础设施，尝试深入融合先进的互联网信息技术和可再生能源发电技术，实现多种能源的广域智能优化配置。图1给出了信息和能源融合下的能源互联网体系架构示意图。图1中：双向箭头表示信息流；单向箭头表示能量流。由图1可看出，能源互联网是在搭建有能源互联开放平台的基础上，以电网为核心基础网络设施，形成一个涉及智能电网、智能气网、智能热网和电气化交通网的复杂多网流系统。

能源互联开放平台是一个具备完善安全策略且具有互联开放特性的综合信息处理平台。在此平台下，互联信息网络通过在电网、燃气网、热网、交通网等能源系统范围内装设海量信息采集和传感设备，采集各种能源设备运行状态及各能源系统的实时运转状况等海量信息，并通过云计算和大数据技术对海量信息进行分析处理，进而搭建能源交易平台支持各项能源交易。多能源协调管理系统根据气、热、电等能源行业的运转情况，从系统安全运行、能源价值最大化、多能源交易准则和法规的角度对多种能源交易和能源资源配置进行协调管理，保障能源的安全高效供应以及能源互联网的健康发展。能源互联网中集中式与分布式可再生能源发电、大容量储能系统的接入实现了能源供用关系的灵活转换，同时也形成了多元市场主体并通过能源交易平台完成电能交易、可再生能源配额交易等业务。在能源互联网中，用户可借助能源互联网清晰地了解需求侧能源需求状况，并借助系统控制网络实现能源储备和能源需求的匹配，同时用户也可参与供电供热环节，借助能源交易平台与分布式能源储能开展能源在线交易、转售等业务。

2 能源互联网关键技术

2.1 储能技术

规模化及大容量储能技术是实现能源利用形式多样化、提高能源利用效率中的关键组成部分，在能源互联网中开发利用多种储能技术对整个系统的稳定性具有重要作用。首先，在电储能方面，可再生能源发电是未来能源互联网的主要能量供应来源，而大规模可再生能源接入电网所带来的非线性随机波动特性，将会影响整个系统的安全性、经济性、灵活性。据此，需要在能源网络中配置大容量储能系统来平滑可再生能源发电的间歇性和波动性，而且在能源互联网背景下对储能系统的储能材料、储能元件寿命、存储效率以及能量密度等方面要求也更高。在未来能源互联网中具有广泛应用前景的储能技术，至少需达到MW级/MW?h级的储能规模。因而，锂离子电池与全钒液流电池等电化学储能技术、超级电容器与超导电磁储能、抽水储能等储能技术，应是后阶段大容量能量储存技术中重点攻关类型。

此外，开发大功率、高容量的新型储能材料，延长储能元件使用寿命，提高能量密度也是研究电储能技术中的重点方向。其次，在储热方面，储热技术能够在一定程度上缓解能源供给和需求在时间和空间上失衡的矛盾，目前适合规模化应用的储热技术有水储热、熔融盐储热、相变储热等。由于相变储热能够在几乎无温度变化的情况下实现热能储存，且具有传热速率高、储热密度大的显著优势，在储热环节中具有广泛应用前景，可在新型相变储热材料的开发与选择、相变储热材料在储热装置中的模拟试验等方面开展研究。最后，在天然气储运方面，相比于管道储运，天然气水合物储运具有储存密度高、投资运行费用低且安全性高的优势，在天然气网中的应用市场和发展潜力较大，但目前关于天然气水合物储运技术研究还不成熟，后续应重点加强在水合物的大规模快速生成与运输中的安全问题、确定天然气水合物储运条件、水合物的有效分离手段及分解方法等方面的研究。

2.2 智能电网技术

智能电网的覆盖范围包括从需求侧设施到广泛分散的分布式发电，再到电力市场的整个电力系统及所有的相关环节。因此智能电网技术将对发电、输电、配电、用户系统及电力调度等系统产生深远影响。此外，智能电网具有支撑大规模清洁能源发展、适应多样用户需求、实现故障自愈、提高运行经济性等显著优势。智能电网技术是全世界电网发展的重要方向，可为大规模新能源的并网提供可靠依托。

2.3 可再生能源发电技术

电能替代及清洁替代说明“以清洁能源为主导、以电为中心”的能源格局将是能源消费与变革的必然趋势，这也决定了可再生能源发电技术在未来能源发展中的关键作用。以清洁能源为主导的可再生能源发电技术的突破是构建能源互联网的动力之源，可再生能源发电技术主要包括有集中式与分布式风电、太阳能发电技术，运行控制技术，能量转换技术等。其重点研究领域包括风电精准预测与运行调控技术、风电单机容量大型化技术、变速恒频风电系统的商业化开发、高转化效率的光伏材料研发、不同新能源发电系统联合优化运行技术、间歇式可再生能源发电的系统保护技术、大规模新能源发电并网控制技术、智能控制与群控优化技术、先进的分布式电源设备制造技术、分布式能源的智能管理系统、动力与能源转换设备研发、资源深度利用技术等。

2.4 先进电力电子技术

由于数字信号处理能力的提升，使得系统控制策略多样化，如模糊控制、神经网络控制、预测控制等技术的使用将成为现实，一系列复杂算法将在DSP内整合，增强设备的灵活性和系统的稳定性。

结论

我国能源互联网的发展尚处于起步阶段，其发展方向和特点都有待于专家学者们的进一步研究。在提倡绿色环保、可持续发展的今天，对能源互联网的研究具有重大意义。

参考文献

[1]刘振亚著.全球能源互联网[M].中国电力出版社，2015（13）：115-117.

[2]田世明，栾文鹏，张东霞，等.互联网技术形态与关键技术[J].中国电机工程学报，2015，5（4）：63-65.