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能源互聯網應以大電網為主干網

2015-05-06 15:21:43 亮報   作者: 曹軍威  

我國已成為世界第一能源消費國,如繼續以年平均GDP8.9%的增速計算,到2020年能源消耗將達到79億噸標煤,占目前世界能源消耗的一半。如此發展難以持續。

國家主席習近平2014年6月13日主持召開中央財經領導小組第六次會議,研究我國能源安全戰略。習近平強調,面對能源供需格局新變化、國際能源發展新趨勢,保障國家能源安全,必須推動能源生產和消費革命。推動能源生產和消費革命是長期戰略,必須從當前做起,加快實施重點任務和重大舉措。

應對能源危機,以互聯網與可再生能源融合的第三次工業革命正逐漸興起。英國《金融時報》2011年5月10日刊登了杰里米˙里夫金的文章,文章說:“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。”可見,能源互聯網已經成為第三次工業革命的重要標志。

18世紀60年代,第一次工業革命興起,蒸汽機作為動力機被廣泛使用,機器代替了手工勞動,使人類社會對能源需求大大提高;19世紀70年代,第二次工業革命興起。人類這一百多年的文明發展伴隨著能源的急速消耗,對能源的需求還在不斷增加,電的發現和利用、內燃機等機械技術的發展直接推動了第二次工業革命。當今,第三次工業革命已經到來,它融合了互聯網技術和可再生能源技術,構建了新型能源供需架構的思路,能源互聯網相關技術也獲得了廣泛的關注。

從清華大學前校長高景德院士上世紀80年代提出的“CCCP”概念(現代電力系統是計算機、通信、控制與電力系統以及電力電子技術的深度融合),到上世紀90年代韓英鐸院士提出的現代電力系統三項前沿課題(柔性輸電技術、智能控制、基于GPS的動態安全分析與監測系統),再到近年來智能電網強調信息流與能量流的結合,無不突出信息技術與現代電網的緊密結合。

從最近一些發展趨勢來看,國家能源局、中國科學院、中國工程院都有相關的研究,國家自然科學基金委、北京市科委也都進行了相關的立項。清華大學也成立了能源互聯網創新研究院,提出了基礎設施的理念:一種是集中統一,另一種是分散協同。

傳統的基礎設施,只管用,不用關心源頭在哪里,而現在信息技術領域的云計算,信息的分享是源頭和消費一體的。信息技術遇到的能源瓶頸使得IT公司開始關注能源領域的問題,比如IBM就提出了新的能源解決方案。

智能電網是現有電網架構基礎上的信息化與智能化。如何將信息技術應用到能源電力行業也是智能電網研究的領域,這就使得信息和通信跟能源電力技術碰撞而產生能源互聯網。因此,通過互聯的機制,能源互聯網基礎架構能夠把微網這些靈活的方式與大電網協調。

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、分布式能源、智能小區等為“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,因此可以最大限度地適應新能源的接入。

對于能源互聯網,我有三點認識。第一,能源形式多種多樣,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可比擬的優勢,在考慮互聯問題時應以電網為主;第二,能源互聯網采取的是自下而上分散自治協同管理的模式,與目前集中大電網模式相輔相成,符合電網發展集中與分布相結合的大趨勢;第三,目前開展的智能電網基本是現有電網架構下的信息化、智能化,能源互聯網是借鑒互聯網理念構架的新型電網,其中的開放互聯、能量交換與路由等特征有別于目前一般意義上的智能電網。

總結起來,能源互聯網的本質特征就是:開放、互聯、對等、分享。這些從信息技術的角度來看是很平常的,但是如果給它賦予能量的含義,就可以看到,如何實現能量交換和分享在技術層面還有挑戰性。

從國外的發展來看,對能源互聯網有三種理解:一是以互聯網的開放對等理念和體系架構為指導,形成新型的能源網。這時候能源互聯網的本質是能源網。以美國的FREEDM(即2008年,美國國家科學基金在北卡州立大學建立了未來可再生電力能源傳輸與管理系統,提出能源互聯網概念,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)為典型代表,效仿網絡技術的核心路由器,提出了能源路由器的概念并且進行了原型實現;二是借助互聯網收集能源相關信息,分析決策后指導能源網的運行調度。這時候能源互聯網的本質還是信息互聯網。以歐洲的e-Energy為典型代表,打造一個基于信息和通信技術的能源供應系統,連接能源供應鏈各個環節業務流程,實現示范應用形成能源需求和供給的互動;三是將以上兩種理解混合在一起,兩種成分都有,以日本的數字電網、電力路由器為典型代表。

我們提出來的概念是什么呢?在基礎設施層面上,能源互聯網是一個信息和能源基礎設施一體化的架構,未來的云計算、數據中心、物聯網組成的基礎設施對等互聯地交換能量,組成信息能源基礎設施一體化的場景,里面包括能量路由器、數據中心,既解決能量供應問題,又解決能源基礎設施中信息技術、通信技術的支撐問題。

總結起來,信息通信/能源電力發展分為三個階段:第一個階段是數字化、信息化階段,信息通信為能源電力行業提供服務,帶來方便、快捷等好處;第二個階段是智能化階段,也就是智能電網階段,信息通信成為能源電力基礎設施不可或缺的組成部分,以信息流與能量流的結合為特征;第三個階段是信息物理融合階段,也就是能源互聯網階段,信息通信基礎設施與能源電力基礎設施的一體化。




責任編輯: 江曉蓓

標簽:能源互聯網,大電網