21世纪以来, 能源问题已经成为现阶段社会发展过程中必须面对且亟待解决的一项重要问题, 世界各国对于能源产业发展的重视程度也越来越高。而能源互联网与智慧能源作为一种基于现代信息技术的新型能源体系, 不仅实现了将能源生产、配送、转化以及消耗进行有效整合, 并以此为基础构建一套完整的能源体系, 还可以在较大程度上实现对于能源可持续发展的有效管控, 对于促进能源产业发展有着非常积极的意义。只有做好能源互联网与智慧能源的发展以及技术挑战研究工作, 才能真正意义上促进能源产业的长效发展。

能源互联网与智慧能源概述

  所谓的能源互联网, 指的就是以第三次工业革命为时代背景, 以现代信息技术以及新能源技术为主要技术依托, 以解决化石燃料能源逐渐枯竭以及在能源使用过程中所造成的环境污染问题为主要目的一种新型的能源利用体系。该体系不仅实现了能源生产、配送、供给、转化以及消耗等个工作的一体化, 而且在实际的应用过程中, 还可以实现任何一种能源的传输与转换, 对于提升能源的利用效率以及长期可持续发展有着非常积极的意义。

  对于能源互联网而言, 由于其主要应用的技术为互联网社交网络信息分享技术, 因此, 在其实际的应用过程中, 能源互联网并不存在中心化的调度以及管理, 这样一来, 就可以在较大程度上实现能源互联网中各个局域网的实时动态能量交换以及路由。不仅如此, 能源互联网中的分布式能量自治单元还可以在较大程度上通过局部最优方式实现对于能源互联网的全局优化以及调度, 并以此为基础, 在最大限度上将新能源接入其中, 实现能源行业的长效发展。

  实现对于能源互联网的全局优化以及调度, 并以此为基础, 在最大限度上将新能源接入其中, 实现能源行业的长效发展。电力能源作为一种新能源, 相比于其他能源其在传输效率以及其他方面有着不可比拟的优势。因此, 在能源互联网以及智慧能源发展过程中, 其能源传输的主体必然是以电网为主。其主要形式为:以互联网理念为基础, 以大电网为主干网络, 通过对电、气、冷、热等多种能量间的相互转换和替代产生的能量的应用, 构建相应的城市能源互联网分布式能量自治单元, 最终实现信息和能源之间的相互融合。

能源互联网与智慧能源关键技术概述

  在能源互联网与智慧能源形成以及发展过程中, 做好新型技术的创新以及突破是其中非常重要的一项工作。但是对于能源互联网以及智慧能源而言, 在其实际的发展过程中由于涉及的技术有很多, 只有把握好关键技术, 并做好其技术创新以及技术突破工作, 才能最终实现能源互联网的形成以及发展。而对于能源互联网与智慧能源而言, 其关键技术主要网间传输技术与储能技术。

2.1 能源互联网网间传输技术

  对于能源互联网网间传输技术而言, 由于其主要的工作为实现能源互联网在微网间以及微网与传输层间实现能量传递, 因此, 如何使用一种设备实现能量转化以及输送的双向性, 是现阶段能源互联网网间传输技术的亟待解决的一项问题。固态变压器与能量路由器作为能量转化的两种不同设备, 对于实现能量转化以及输送双向性有着非常积极的意义。

2.1.1 固态变压器

  相比于传统变压器, 固态变压器具有非常明显的优势。首先是电压之间的转换, 对于固态变压器而言, 在其应用过程中, 可以高效地实现高低压之间的转换;其次是频率转换, 所谓的频率转换, 指的就是直流电和交流电之间的转换, 应用固态变压器, 可以很好地实现不同频率之间电压的转换。因此, 将固态变压器应用到能源互联网网间传输过程中, 可以在不同情况下很好地实现电压的双向传递。不仅如此, 固态变压器在频率以及电压变换方面也非常灵活, 这样一来, 可以在较大程度上防止变压器两端故障传递事件的发生。

 对于能源互联网而言, 将固态变压器应用其中, 可以在较大程度上解决能量转化以及输送双向性这一问题。首先, 固态变压器可以实现将多种发电方式直接并入电网, 并以此来实现交流电高低压之间的转化或者是直流电高低压之间的转化;其次, 固态变压器还可以实现为电动车充电, 完美地解决了低压交流电与低压直流电转换这一问题; 最后, 固态变压器还可以将分布式储能装置与电力中线相连, 进而实现直流电与交流电之间的双向传导。

  尽管现阶段国外已经研究出集中高功率密度的固态变压器产品, 但是对于固态变压器而言, 相比于传统变压器, 其依然是处于起步阶段。由于固态变压器的发展对于电力电子技术的依赖性较强, 要想真正意义上实现固态变压器在能源互联网中的应用, 只有加大对其的研究力度, 才能真正意义上发挥出其在能量转化与输送双向性中的积极作用。

2.1.2 能量路由器

  所谓的能量路由器, 指的就是基于下述概念而提出的一种新型的路由器概念, 是一种基于能源互联网而出现的一种网间传输技术手段。由于能源互联网结构与传统电网结构之间存在着较大的差异, 因此, 要想实现能量转化以及输送的双向性, 其中非常重要的一个途径就是建立分散路由。而能量路由器作为实现分散路由的重要方式, 将其应用到能源互联网中, 不仅可以有效地实现局域网内能量转换以及输送的安全稳定性, 而且在广域互联网内, 也可以实现转化和输送安全稳定性水平的长效提升。

  一般来说, 能量路由器主要是由三个层面构成。第一层为能量层, 主体为基础设备, 主要包括古台变压器、储能设备等构成;第二层为控制层, 主要是由数据采集装置、复杂的优化计算模块以及控制回路模块组成, 其中优化计算模块主要包括:能量负荷实施预测系统、分布式能量管理以及分配系统、安全校验与故障诊断系统、需求响应管理系统以及能效评价与结算系统等等, 第三层为信息层, 其主体为物理信息系统和大数据平台为主。

2.2 能源互联网储能技术

   储能技术也是能源互联网形成与发展过程中较为关键的一项技术, 其在能源互联网中的作用为解决能源间以及产能与耗能时间不匹配。对于能源互联网储能技术而言, 笔者通过对其所用能量形式进行分析, 认为能源互联网储能技术主要包括以下几种:物理储能、电化学储能、磁储能、热储能以及化学储能。

  而对于能源互联网而言, 要想真正意义上实现其形成和发展, 在储能技术方面, 应做好相应的储能设备设置。首先, 储能层面, 对于能源互联网而言, 由于其特殊性较强, 因此, 要想保证其正常运行与发展, 在进行储层层面设置时, 最起码也应设置三个储能层面;其次是三个储能层面相关储能设备的设置, 第一层面的主要工作为在各个分布式能量单元中配置相应的储能设备, 这类储能设备主要是以配合分布式能量源的形式出现, 其容量响度较小, 第二层面为主要工作为:为能量路由器配置中等容量的储能设备, 其应符合体积小以及充放电快等具体要求, 第三层为配置与能源互联网传输层相匹配的储能设备, 一般来说, 这种设备的容量相对较大。就现阶段我国相关技术而言, 在储能技术选择方面, 采用抽水蓄能是最为实用的一种方式。

能源互联网与智慧能源运行机制分析

  对于能源互联网与智慧能源形成与发展而言, 不仅需要把握好关键技术, 还应做好运行机制优化工作。在能源互联网与智慧能源运行机制优化过程中, 建立能源互联网综合应用服务平台就是其中非常重要的一项工作。与传统能源产业服务应用平台不同, 能源互联网与智慧能源综合应用平台不但需要强大的技术、政策、顶层设计以及行动计划的支撑, 还需要在其实际的发展过程中, 对其商业模式进行探讨, 并在此基础上建立起科学、合理、有效的商业模式, 才能真正意义上实现运行机制的优化。

  首先, 应在能源互联网综合应用平台上建立相应的能源市场交易平台, 随着现阶段我国能源产业的改革与发展, 传统的能源产业交易模式已经很难适应现阶段社会发展的实际需求, 只有转变传统经营理念, 建立互联网能源市场交易平台, 才能从根本上促进能源互联网的形成与发展, 目前, 我国的电力企业已经进行输配电价以及售电侧模式改革, 而在石油、天然气以及水能源方面, 其依然属于垄断状态, 因此, 只有依托国家政策的顶层设计, 才能真正建立起综合性能源市场交易平台。

  其次, 还应建立相应的需求响应管理平台, 该平台的主要作用为保持能源互联网中供需区域的平衡。通过建立需求响应管理平台, 利用互联网技术可以实时地了解到用户对于能源需求的实际状况, 并对其相关数据进行分析, 对于优化能源互联网运行模式产生着非常积极的影响。

  最后, 还应在能源互联网综合应用平台上建立用户服务系统以及营销服务系统等等, 以此为基础为用户提供更为优质的能源服务, 对于优化能源互联网运行机制有着非常积极的意义。

我国能源互联网与智慧能源发展方向分析

  通过对能源互联网与智慧能源形成与发展的关键技术以及运行机制分析, 笔者发现, 只有在能量路由器等相关软硬件技术取得创新或者突破的前提下, 我国能源互联网与智慧能源才能得到真正的发展。

   就现阶段我国大规模储能技术发展应用路线图看来, 在2030年, 我国相关技术的发展可以基本满足能源互联网与智慧能源运行的基本要求。因此, 对于现阶段我国的能源互联网而言, 可以将其看作一个以电网主干网架, 以智能能源分布式微网非解耦接入技术为基础的一种过渡期狭义能源互联网。只有不断加强对其的研究, 才能准确的把握能源互联网与智慧能源的发展方向, 并以此为基础促进我国能源产业的长效发展。

   综上所述, 能源互联网与智慧能源作为我国能源产业发展的一个重要方向, 在其实际的发展过程中, 只有对其发展过程中的关键技术以及面临的挑战进行研究和分析, 并以此为依据实现我国能源产业的长效发展。

临沂大学土木工程学院王子寒