【關鍵詞】能源互聯網  全球  電力發展  環境   

 

(一)能源互聯網的必要性  最近幾年我國各地區污染嚴重，就北京霧霾來講，其六大主要貢獻源為燃煤、生物質燃燒、土壤塵、二次無機氣溶膠、汽車尾氣與垃圾焚燒、工業污染等，粉塵之中，粗粒子來源為工業粉塵，土壤顆粒等，持續時間為數分鐘至幾小時，傳輸距離為小于100公里；細粒子來源為煤，柴油等的燃燒，持續時間為數天至數周，傳輸距離為幾百至幾千公里。  

 

我們可以考慮用電力提高大規模可再生能源消納，特高壓輸電實現西電東送，提高電力占終端能源比重，區域能源優化及能效提升。智慧城市更強的能源供應、更好的環境兼容和智能電網能源結構的優化、能源效率的提升的需求驅動著大能源觀。國家能源稟賦決定能源變革。從能源發展的外部條件來看，資源環境的約束更為迫切。自2013年四季度開始，中國已成為世界上最大的石油進口國，2013年對外依存度達到58%。如不加控制，2030年石油進口依存度將超過70%。由此國家電網總經理提出“以電代煤、以電代油、電從遠方來”。我們可以預見未來的能源發展將實現大跨越、大互聯、全球電力互聯網。  

 

美國著名經濟學家杰里米·里夫金的第三次工業革命和能源互聯網的提法最近引起廣泛關注。杰里米·里夫金認為：“在即將到來的時代，我們將需要創建一個能源互聯網，讓億萬人能夠在自己的家中、辦公室里和工廠里生產綠色可再生能源。多余的能源則可以與他人分享，就像我們現在在網絡上分享信息一樣。”   

 

（二）能源互聯網的概念   

能源互聯網是以互聯網理念構建的新型信息能源融合“廣域網”，它以大電網為“主干網”，以微網為“局域網”，以開放對等的信息能源一體化架構真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用，因此可以最大限度的適應新能源的接入。微網是能源互聯網中的基本組成元素，通過新能源發電、微能源的采集、匯聚與分享以及微網內的儲能或用電消納形成“局域網”。能源互聯網是微網的廣域連接形式，是分布式能源的接入形式，是從分布式能源的大型、中型發展到了任意的小型、微型的“廣域網”實現。大電網的形成有其必然性，在傳輸效率等方面仍然具有無法比擬的優勢，將來仍然是能源互聯網中的“主干網”。電能源僅僅是能源的一種，但電能在能源傳輸效率等方面具有無法比擬的優勢，未來能源基礎設施在傳輸方面的主體必然還是電網，因此未來能源互聯網基本上是互聯網式的電網。能源互聯網把一個集中式的、單向的、生產者控制的電網，轉變成大量分布式輔助較少集中式的和與更多的消費者互動的電網。  

 

能源互聯網打個簡單的比方，就是地球上的太陽能、潮汐能、生物能等都可以加以利用。但是如果這些新能源仍延續石油和天然氣的傳統集中化分配模式，不能很好地滿足整個世界的需要。而每座大樓、每座房屋都將變成能源生產的微型能源站。互聯網的本質是合作，可以為這一可能性提供支持。處理海量信息的大數據決策支持技術。電網是能源資源優化配置的重要載體。 能源互聯網中的電力可以實現全球的“時空互補”天然的絕配。中國、歐洲及北美是全球三大區域電網，目前總裝機容量接近20億千瓦，由于各自所處地區時差的差異，負荷在同一時間框架內具有互補性，可以說是空間上的分布形成了天然上的峰谷互補。  

 

（三）對能源互聯網的研究

 

事實上，能源互聯網從技術的層面早就提出了，美國和歐洲早就有相關的研究計劃。2008年美國NSF在北卡州立大學建立了FREEDM系統中心，有17個科研院所和30余個工業伙伴共同參與，希望將電力電子技術和信息技術引入電力系統，在未來配電網層面實現能源互聯網理念。效仿網絡技術的核心路由器，他們提出了能源路由器的概念并且進行了原型實現，利用電力電子技術實現對變壓器的控制，路由器之間利用通信技術實現對等交互。FREEDM基本上是從電力電子技術的角度出發，希望以分布對等的系統控制與交互，實現能源互聯網的理念。再有最近MIT的科技創業（Technology Review）報導了一個位于加州的叫做Stem的新興能源公司，開發了一款用于商業建筑的智能電池，將精簡型的汽車鋰離子電池和電力電子設備相連接，這些電力電子設備在向樓宇供電和從電網中充電這兩種狀態間快速切換，而大量的智能分析是通過云計算來完成。這樣的智能電池稍加拓展實現相互間的通信與控制，就完全符合里夫金描述的以建筑樓宇為單元的能源互聯網原型，這是從儲能的角度實現能源互聯網的典型例子。另外德國BDI也提出了E-Energy理念和能源互聯網計劃，并早在2008年年底開始投資實施該計劃。德國是借此打造一個基于信息和通信技術的能源供應系統，并在六個區域實現示范應用形成能源需求和供給的互動，在能源互聯網基礎上實現一個連接能源供應鏈各個環節業務流程的互動系統。  

 

能源互聯網包括冷熱電的互聯。隨著國家電網公司電能替代戰略的推進，電力系統和熱力系統的耦合度不斷增強，形成電力-熱力綜合能源系統。冷熱電混合能源綜合管理系統能夠實現節能減排的綜合提升，促進區域電網能源高效利用。不過也不能忽視多種能源聯合問題的復雜性，基本上有以熱定電、以電定熱、以電定熱冷。其模型和分析方法上也存在復雜性。電的光速傳播特性決定了其數學模型的特性。穩態特性用純代數方程來描述（潮流計算），暫態（包括機械暫態與電磁暫態）特性用微分方程來描述。熱系統是截然不同的建模方法和分析控制理論，可以在兩者的耦合處以互為邊界條件的形式體現兩者之間的作用和影響。但從綜合能源系統的整體來考慮，無法保證綜合能源系統的整體效率達到最優。仿真與模擬過程中的時間尺度問題。  

 

（四)能源互聯網的效益和要求  

 

能源互聯網在經濟上可以減少系統運行費用，提高年經濟效益（一般認為如果能夠實現100萬千瓦的負荷削峰填谷后，就可以減少百億元左右的電源及電網方面的經濟投入）；能效上提高以天然氣為主的一次能源的利用率，實現能源梯級利用；對于環境能夠平衡氣體排放的局限性（污染氣體）和全球性（溫室氣體)。  能源互聯網對現有技術提出了更高更多的要求。首先，能源互聯網系統體系架構和其中的信息能源融合機制還需要深入研究。能源路由器是能源互聯網實現的核心，但能源的路由比信息要復得多，主要體現在存儲和控制的難度上。儲能相當于能源互聯網中的緩存，經濟可行的大規模儲能仍然是技術難點，效率、充放電次數、成本、容量等問題還有待解決。電力電子技術是實現能源互聯網控制的主要手段，按照用戶的需要以指定電壓和頻率控制電力的傳輸仍然是技術難點，電力電子變壓器和傳統變壓器相比仍然有效率、容量和可靠性等方面的瓶頸問題。最后是分散協同式的能量管理，傳統的能量管理系統需要在能源互聯網的基礎上實現一個能源信息實時采集、處理、分析與決策的能量管理系統。總之，要徹底實現能源互聯網關鍵性技術的產業化的確還有很長的路要走。但從我們已掌握的技術看，從簡單到復雜，逐步集成創新來實現能源互聯網的原型系統和示范工程，還是具有一定的現實可行性的。  

 

能源技術本身所面臨的瓶頸，需要新理念、新方法和新思路的指導，能源互聯網不僅僅是電網的信息化和智能化，也是互聯網理念引導下的能源基礎設施變革，可以最終實現信息能源基礎設施的一體化。  

 

 

而全世界范圍內，能源互聯網還是一個全新的課題，但隨著“無處不互聯”時代的到來，與互聯網相融合或者結合將成為能源領域的一個“必修課”，這是大勢所趨。像分布式、智能電網就是當前能源互聯網很好的代表，它本質上是要改變傳統電網為雙向互動、有自愈能力的開放型體系，以開放對等的信息能源一體化架構，真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用，最大限度地適應新能源的接入，提高資源的利益效率。    

 

【參考文獻】   

[1] 杰里米.里夫金著，張體偉，孫毅寧譯. 第三次工業革命[M]. 中信出版社，2012，第1版   [2] Alex Q. Huang, Mariesa L. Crow, Gerald Thomas Heydt, Jim P. Zheng and Steiner J. Dale.The Future Renewa ble Electric Energy Delivery and Management (FREEDM) System: The Energy Internet[J].Proceedings of the IEEE, 2011,99(1)