能源互联网技术形态与关键技术

滕耀飞

摘 要：随着互联网在全世界普及应用， 人类的生产生活在互联网技术驱动下不断发生改变。 同时，互联网正继续向各行各业渗透。 基于此发展趋势，各国纷纷提出了自己的互联网驱动工业技术进步发展策略。 可再生能源具有分布广、 可再生的特点，但也存在生产间歇性、能源密度低的缺点。 对于能源互联网概念也存在着多种理解，为了突出以电网为主要联网形式、以输送清洁能源和全球互联泛在为特征， 全球能源互联网的概念也得到了迅速发展与广泛认可。

关键词：能源互联网;技术形态;关键技术

随着现代社会的快速发展和经济水平的不断提升，各行各业在良好历史机遇下获得了稳步发展。市场竞争的不断加剧和能源资源的匮乏矛盾及能源资源的缺乏和未来经济可持续性发展的矛盾进一步凸显。在此背景下，国家有关部门提出了“互联网+”行动计划，旨在进一步利用互联网深度研究及其应用为中国经济的发展提供新的思路。能源互联网作为当前社会可再生能源大规模高效利用的重要基础设施之一，获得了社会各界人士和能源研究领域的广泛关注与重视，在强化认知能源互联网核心特质和技术形态的基础上增加对能源互联网的应用和技术探讨，成为具有重要理论意义和现实价值的研究课题。

一、能源互联网定义

能源互联网是在现有能源供给系统与配电网的基础上，通过先进的电力电子技术和信息技术，深入融合了新能源技术与互联网技术，将大量分布式能量采集装置和分布式能量储存装置互联起来，具有“横向多能源体互补，纵向源-网-荷-储协调”和能量流与信息流双向流动特性的显著特点，是实现能量和信息双向流动的能源对等交换和共享网络，以可再生能源发电为基础构建的能源互联网络。能源互联网通过智能能量管理系统实现实时、高速和双向的电力数据读取和可再生能源的接入。

二、能源互联网的技术形态

1、能源互联网宏观调控层。能源互联网作为系统的完整能源生态系统，其整体的功用体系可简要概述为能源的输入到输出的整体流量过程。

能源体系流程主要包括一次能源输入和二次能源输入2部分，通常情况下，一次能源输入主要包括原油、天然气和页岩气等重要的化石能源及太阳能、风能、地热能和水能等重要的可再生清洁能源。同时，二次能源中的电能在能源互联网体系中扮演着重要角色，纵观整个能源体系的过程可知，一次能源和二次能源可统称为该体系的能源供给，该能源供给在经过一定的能源输送和能源消费后进行有效的排放，并进一步将其反馈调节信号及体系传输自一次能源输入方输入，为相关单位及工作人员进一步优化能源体系流程图奠定一定基础。针对能源互联网宏观调控问题，能源互联网可进一步借助输入向量、中间矩阵和输出向量之间的各项关系，在电能作为二次能源关键媒介的重要基础上，利用矩阵表示方法宏观研究能源体系过程中的输入和输出对应关系，进而对能源进行宏观管理和调控。

2、能源互联网生产控制层。由能源体系流程图可知，电能等二次能源在流程图中起到重要的中介转移作用，而在能源互联网整体结构体系中，电能充当不同能源之间的重要桥梁，不同能源种类间的转化能有效通过先进的信息技术等支撑，进而构成协同式的现代综合能源供给系统，在此过程中，不同种类的能源通过冷、热、电能等多样化的形式进行一定的转化和调度供给，在满足企业、普通用户等多样化能源需求的基础上有效解决了传统能源供给体系中的困境。

三、能源互联网的关键技术

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、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。

3、智能输电网技术。在以电能为核心中介的能源互联网结构体系中，可再生能源将成为发电技术的重要手段，而智能输电网技术将是大规模大范围实现可再生能源向外输送电能和能源资源范围大幅度优化配置的重要技术。在此过程中，智能输电技术围绕着智能电网输电的各个环节，在逐步改良和优化输电材料、输电设备、输送电力方式及输电经济性、灵活性和科学性的基础上，对其进行了深化研究，不仅包括可靠性较强的换流阀、换流变压器及柔性直流输电技术等的发展，更涵盖了直流电网技术、大电网优化仿真技术甚至是海底电缆技术等的高速发展，为能源互联网电能输入环节做出了一定贡献。

4、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。

由于我国可再生分布式能源规模越来越大，分布式能源的高效利用问题越来越突出，而微电网能够分散电力负荷，提高大电网的可靠性，能源互联网的研究为解决这一问题提供了可行性。能源互联网是一种将分散資源进行整合， 使能源在内部完成循环、交换的一种系统，其技术要素包括能源产生、应用、存储、再生、循环、控制等，技术形态则包括循环形态、补充形 态和智能形态，实现能源互联网的关键技术是先进储能技术、固态变压器技术、智能能量管理技术、智能故障管理技术、可 靠安全通信技术和系统规划分析技术，探讨相关内容，有利于能源互联网的建设和发展。

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