能源互联网

    能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术信息技术和智能管理技术将大量由分布式能量采集装置分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络

概念

    全球能源互联网技术领军企业远景能源率先提出了“能源互联网”这一概念。远景能源认为,能源的市场化、民主化、去中心化、智能化、物联化等趋势将注定要颠覆现有的能源行业。新的能源体系特征需要“能源互联网”,同时“能源互联网”将具备“智慧、能自学习、能进化”的生命体特征。眼下,远景能源进入硅谷,与谷歌为邻,探索新能源与互联网结合所产生的巨大创新与商业机会。

    物联是基础: “能源互联网”用先进的传感器、控制和软件应用程序,将能源生产端、能源传输端、能源消费端的数以亿计的设备、机器、系统连接起来,形成了能源互联网的“物联基础”。大数据分析、机器学习和预测是能源互联网实现生命体特征的重要技术支撑:能源互联网通过整合运行数据、天气数据、气象数据、电网数据、电力市场数据等,进行大数据分析、负荷预测、发电预测、机器学习,打通并优化能源生产和能源消费端的运作效率,需求和供应将可以进行随时的动态调整。

    近一年来,伴随着美国未来学家里夫金《第三次工业革命》一书的出版,能源互联网领域的概念在国内逐渐被炒热。多次往返于中美之间的里夫金在他的新书中阐述了这样一种观点,在经历第一次工业革命和第二次工业革命之后,“第三次工业革命”将是互联网对能源行业带来的冲击。即把互联网技术与可再生能源相结合,在能源开采、配送和利用上从传统的集中式转变为智能化的分散式,从而将全球的电网变为能源共享网络。

    “能源互联网”将有助于形成一个巨大的“能源资产市场” (Market place),实现能源资产的全生命周期管理,通过这个“市场”可有效整合产业链上下游各方,形成供需互动和交易,也可以让更多的低风险资本进入能源投资开发领域,并有效控制新能源投资的风险。

“能源互联网”还将实时匹配供需信息,整合分散需求,形成能源交易和需求响应。当每一个家庭都变成能源的消费者和供应者的时候,无时无刻不在交易电力,比如屋顶分布式光伏电站发电、当为电动汽车充放电的时候。

其他

    能源是现代社会赖以生存和发展的基础为了应对能源危机各国积极研究新能源技术特别是太阳能风能,生物能等可再生能源可再生能源具有取之不竭,清洁环保等特点受到世界各国的高度重视.可再生能源存在地理上分散、生产不连续、随机性、波动性和不可控等特点传统电力网络的集中统一的管理方式难于适应可再生能源大规模利用的要求对于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”.

    但分布式发电并网并不能从根本上改变分布式发电在高渗透率情况下对上一级电网电能质量故障检测故障隔离的影响也难于实现可再生能源的最大化利用只有实现可再生能源发电信息的共享以信息流控制能量流实现可再生能源所发电能的高效传输与共享才能克服可再生能源不稳定的问题实现可再生能源的真正有效利用.

    信息技术与可再生能源相结合的产物——能源互联网为解决可再生能源的有效利用问题提供了可行的技术方案与目前开展的智能电网分布式发电微电网研究相比能源互联网在概念技术方法上都有一定的独特之处因此研究能源互联网的特征及内涵探讨实现能源互联网的各种关键技术对于推动能源互联网的发展并逐步使传统电网向能源互联网演化具有重要理论意义和实用价值.

    能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术信息技术和智能管理技术将大量由分布式能量采集装置分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络节点互联起来以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。从政府管理者视角来看,能源互联网是兼容传统电网的,可以充分、广泛和有效地利用分布式可再生能源的、满足用户多样化电力需求的一种新型能源体系结构;从运营者视角来看,能源互联网是能够与消费者互动的、存在竞争的一个能源消费市场,只有提高能源服务质量,才能赢得市场竞争;从消费者视角来看,能源互联网不仅具备传统电网所具备的供电功能,还为各类消费者提供了一个公共的能源交换与共享平台。能源互联网具备如下五大特征[3]  

可再生:可再生能源是能源互联网的主要能量供应来源。可再生能源发电具有间歇性、波动性,其大规模接入对电网的稳定性产生冲击,从而促使传统的能源网络转型为能源互联网。

分布式:由于可再生能源的分散特性,为了最大效率的收集和使用可再生能源,需要建立就地收集、存储和使用能源的网络,这些能源网络单个规模小,分布范围广,每个微型能源网络构成能源互联网的一个节点。

互联性:大范围分布式的微型能源网络并不能全部保证自给自足,需要联起来进行能量交换才能平衡能量的供给与需求。能源互联网关注将分布式发电装置、储能装置和负载组成的微型能源网络互联起来,而传统电网更关注如何将这些要素“接进来”。

开放性:能源互联网应该是一个对等、扁平和能量双向流动的能源共享网络,发电装置、储能装置和负载能够“即插即用”,只要符合互操作标准,这种接入是自主的,从能量交换的角度看没有一个网络节点比其它节点更重要。

智能化:能源互联网中能源的产生、传输、转换和使用都应该具备一定的智能。

能源互联网与其他形式的电力系统相比具有以下个关键技术特征 

1)可再生能源高渗透率:能源互联网中将接入大量各类分布式可再生能源发电系统在可再生能源高渗透率的环境下能源互联网的控制管理与传统电网之间存在很大不同需要研究由此带来的一系列新的科学与技术问题.

2)非线性随机特性:分布式可再生能源是未来能源互联网的主体但可再生能源具有很大的不确定性和不可控性同时考虑实时电价运行模式变化用户侧响应负载变化等因素的随机特性能源互联网将呈现复杂的随机特性其控制优化和调度将面临更大挑战.

3)多源大数据特性:能源互联网工作在高度信息化的环境中随着分布式电源并网储能及需求侧响应的实施包括气象信息用户用电特征储能状态等多种来源的海量信息而且随着高级量测技术的普及和应用能源互联网中具有量测功能的智能终端的数量将会大大增加所产生的数据量也将急剧增大.

4)多尺度动态特性能源互联网是一个物质能量与信息深度耦合的系统是物理空间、能量空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域多层次关联包含连续动态行为、离散动态行为和混沌有意识行为的复杂系统作为社会/信息/物理相互依存的超大规模复合网络与传统电网相比具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性呈现出复杂的不同尺度的动态特性.

    美国著名经济学家杰里米·里夫金的第三次工业革命和能源互联网的提法最近引起广泛关注。杰里米·里夫金认为:“在即将到来的时代,我们将需要创建一个能源互联网,让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源。多余的能源则可以与他人分享,就像我们现在在网络上分享信息一样。”[5] 

    能源互联网其实是以互联网理念构建的新型信息能源融合“广域网”,它以大电网为“主干网”,以微网为“局域网”,以开放对等的信息能源一体化架构,真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用,因此可以最大限度地适应新能源的接入。微网是能源互联网中的基本组成元素,通过新能源发电、微能源的采集、汇聚与分享以及微网内的储能或用电消纳形成“局域网”。大电网在传输效率等方面仍然具有无法比拟的优势,将来仍然是能源互联网中的“主干网”。虽然电能源仅仅是能源的一种,但电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势,未来能源基础设施在传输方面的主体必然还是电网,因此未来能源互联网基本上是互联网式的电网。能源互联网把一个集中式的、单向的电网,转变成和更多的消费者互动的电网。

    事实上,美国和欧洲早就有能源互联网的研究计划。2008年美国就在北卡州立大学建立了研究中心,希望将电力电子技术和信息技术引入电力系统,在未来配电网层面实现能源互联网理念。效仿网络技术的核心路由器,他们提出了能源路由器的概念,并且进行了原型实现,利用电力电子技术实现对变压器的控制,路由器之间利用通信技术实现对等交互。德国在2008年也提出了E-Energy理念和能源互联网计划。

标准

201532日,国际标准化组织ISO/IEC正式发布文件,由天地互连主导的IEEE1888标准通过ISO/IEC最后一轮投票,成为全球能源互联网产业首个ISO/IEC国际标准。[6] 

IEEE1888标准(或称IEEE 1888协议),正式名称为泛在绿色社区控制网络协议(IEEE 1888-2011-IEEE Standard for Ubiquitous Green Community Control Network Protocol[7]  ),是利用互联网技术(支持IPv6,兼容IPv4)使所有传感数据和控制数据进行自由传输与交互的应用层面的通信协议。IEEE 1888标准的正式名称是“IEEE 1888-2011-IEEE Standard for Ubiquitous Green Community Control Network Protocol, 泛在绿色社区控制网络协议”,可广泛应用于智慧能源系统,包括下一代电力管理系统,楼宇能源系统、设备设施管理系统等领域的通信,特别在工业、建筑、园区等领域的能源管理方面,具有天然的优势。[8]