20世紀(jì)末21世紀(jì)初，隨著全球氣候變化加劇，和傳統(tǒng)能源日漸枯竭，一場新的能源革命悄然興起。以可再生能源逐步替代化石能源，實(shí)現(xiàn)可再生清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占更大份額，建立可持續(xù)發(fā)展的能源供應(yīng)系統(tǒng)，是這一新能源革命的主要目標(biāo)。在新能源革命條件下，電網(wǎng)的重要性日益突出。按照國家可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃，2020年我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億千瓦和5000萬千瓦水平，其中大部分采用集中開發(fā)外送模式。風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源具有波動(dòng)性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，其大規(guī)模電力外送對電網(wǎng)的輸送和接納能力是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。
分布式電源高效利用是國內(nèi)外當(dāng)前關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，受到了各國政府、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界持續(xù)的關(guān)注。對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,就地存儲(chǔ),就地使用”。微網(wǎng)是分布式電源高效利用的一種可行方式，對需要冷熱電的商業(yè)或工業(yè)用戶以及海島供電、移動(dòng)供電提供了新的途徑。隨著分布式電源、分布式儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等新型元件大量接入電網(wǎng)，未來配電系統(tǒng)的架構(gòu)及格局將發(fā)生重大變化，其主要特征為：大電網(wǎng)和微電網(wǎng)相輔相成、協(xié)調(diào)發(fā)展；多個(gè)電壓等級構(gòu)成多層次環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；交直流混合運(yùn)行方式；物理配電網(wǎng)與信息系統(tǒng)高度融合；融合多源能源、實(shí)現(xiàn)供需互動(dòng)的能源互聯(lián)網(wǎng)。
互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)充滿創(chuàng)新活力的領(lǐng)域，引領(lǐng)了信息技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了眾多新的商業(yè)模式。美國未來學(xué)家杰里米•里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)，以可再生分布式能源+互聯(lián)網(wǎng)為核心，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電和電動(dòng)汽車的廣泛接入和人人參與的公平交易。國內(nèi)學(xué)者研究了能源互聯(lián)網(wǎng)的特征及內(nèi)涵,詳細(xì)探討了能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn),推動(dòng)了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究。
我國領(lǐng)導(dǎo)人指出,要推動(dòng)能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)革命,著力發(fā)展非煤能源，形成煤、油、氣、核、新能源、可再生能源多輪驅(qū)動(dòng)的能源供應(yīng)體系，大力推進(jìn)綠色城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。這為我們研究未來能源互聯(lián)網(wǎng)提出了明確的需求。
能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀盤點(diǎn)
歐盟
國際上針對能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了廣泛的研究，著力研究下一代能源系統(tǒng)。下面對歐盟、美國、中國提出的能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想和相關(guān)項(xiàng)目及進(jìn)行介紹、分析。
2008年12月德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部發(fā)起一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃，以信息通信技術(shù)(informationandcommunicationtechnology，ICT)為基礎(chǔ)構(gòu)建未來能源系統(tǒng)，著手開發(fā)和測試能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。2011年歐洲啟動(dòng)了未來智能能源互聯(lián)網(wǎng)(futureinternetforsmartenergy，F(xiàn)INSENY)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的核心在于構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)的ICT平臺(tái)，支撐配電系統(tǒng)的智能化，并開拓新的創(chuàng)新服務(wù)。在此之前，瑞士相關(guān)政府機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)集團(tuán)發(fā)起了對智能能源互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)景的研究工作，德國開展了以ICT為基礎(chǔ)構(gòu)建未來能源系統(tǒng)的開發(fā)和測試工作。
1）歐盟FutureInternetforSmartEnergy。
該項(xiàng)目的核心工作是ICT與能源部門協(xié)作，識(shí)別智能能源系統(tǒng)的需求；通過分析智能能源場景，識(shí)別ICT需求，開發(fā)參考架構(gòu)并準(zhǔn)備歐洲范圍內(nèi)的試驗(yàn)，終形成歐洲智能能源基礎(chǔ)設(shè)施的未來能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺(tái)。該項(xiàng)目旨在解決當(dāng)前配電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)：
①集成分布式和間歇性發(fā)電，如熱電聯(lián)產(chǎn)，太陽能和風(fēng)力發(fā)電；
②集成智能樓宇和微網(wǎng)；
③居民和商業(yè)用戶的個(gè)人體驗(yàn)、用能引導(dǎo)以及用戶參與在能源市場中發(fā)揮越來越重要的作用；
④削減高峰負(fù)荷；
⑤支持作為移動(dòng)負(fù)荷的電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施；
⑥激活新的電力市場電子化交易及信息服務(wù)。通過LTE(4G)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺(tái)，傳送中低壓配電系統(tǒng)功率、能量及運(yùn)行相關(guān)的控制管理數(shù)據(jù)、交易和服務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)、微網(wǎng)、智能樓宇、電動(dòng)汽車等各種資源端到端連接和智能控制、管理，激活需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、電能交易等電子化能源市場及服務(wù)。
2）德國E-Energy項(xiàng)目-基于ICT的未來能源系統(tǒng)。
德國聯(lián)邦政府宣布將E-Energy作為一個(gè)國家性的“燈塔項(xiàng)目”，旨在推動(dòng)基于ICT技術(shù)的高效能源系統(tǒng)項(xiàng)目。E-Energy計(jì)劃已經(jīng)選取了6個(gè)示范項(xiàng)目，分別由6個(gè)技術(shù)聯(lián)盟來負(fù)責(zé)具體實(shí)施。這6個(gè)示范工程圍繞低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目標(biāo)，開展大規(guī)模清潔能源消納、節(jié)能、雙向互動(dòng)等方面的示范工作。
3）瑞士VisionofFutureEnergyNetworks。
該項(xiàng)目是瑞士聯(lián)邦政府能源辦公室和產(chǎn)業(yè)部門共同發(fā)起的一個(gè)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目的重點(diǎn)是研究多能源傳輸系統(tǒng)的利用和分布式能源的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)仿真分析模型和軟件工具。
項(xiàng)目提出未來能源互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)遠(yuǎn)景元素，一是通過混合能源路由器(hybridenergyhub)集成能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備；二是通過一個(gè)稱之為能源內(nèi)部互聯(lián)器(energyinterconnector)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同能源的組合傳輸，如電力和氣態(tài)能源通過地下管道組合傳輸。能源路由器實(shí)現(xiàn)不同能源載體的輸入、輸出、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)，是能源生產(chǎn)、消費(fèi)、傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的接口設(shè)備。該文指出，這樣的混合能源路由器有許多可用的場景，如工廠、大型樓宇、城市和農(nóng)村集中居住區(qū)、獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng)(火車、輪船等)。
