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中国电力科学研究院的研究人员周海明、刘广一等,在2014年第11期《中国电力》杂志上撰文,为满足未来提高可再生能源应用比例,减少环境污染等能源供用要求,研究了与未来能源资源约束条件和应用技术水平相匹配的能源供应与消费技术框架。相对于传统的能源供应体系,这种基于先进信息技术的“能源互联网”技术框架能够发挥能源综合应用和负荷侧互动技术优势,整体优化能源供给与消费,提高能源的整体利用效能。
中国目前主要依赖于化石能源发电,是世界上最大的火力发电国(国内的水电、生物乙醇应用受限于自然条件和土地资源)。中国也是世界上最大的风机和太阳能电池板生产国,拥有丰富的风力资源和太阳能资源,生物能与地热能的总量也相当可观,此外还有漫长海岸线所蕴藏的潮汐能。
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能源的供给在持续满足国民经济发展需要的同时要尽量减少对环境的影响。煤炭、石油等传统能源资源有限、用于火力发电存在污染问题。因此,中国在提高传统能源利用效率的同时积极发掘新能源、提高清洁能源和可再生能源应用比例。以风电为代表的可再生能源在国内发展迅速,中国是目前世界上风电发展速度最快和发电量最大的风力发电大国。但是,风电发电量与消纳量的矛盾也随着风电发电比例的提高日益突出。
文献[1]提出,以新能源大规模开发利用为特征的新一轮能源变革正在世界范围内蓬勃兴起。随着新一轮能源变革的到来,新能源技术、智能技术、信息技术、网络技术不断突破,与智能电网全面融合,正在承载并推动第三次工业革命。
“能源互联网”将互联网技术和可再生能源将结合起来,为第三次工业革命创造强大的基础。未来,数以亿计的人们将在自己家里、办公室里、工厂里生产出自己的绿色能源,并在“能源互联网”上与大家分享。
这种基于互联网思维提出的“能源互联网”概念包含了基于信息共享的多种能源的“互联互动”及“替代与转化”的含义。
针对电能在能源供应环节中的作用,文献[2]提出,“能源互联网是未来的智能电网,具有网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动的特征”,“电网、互联网、物联网等相互融合,构成功能强大的社会公共服务平台。互联的广泛性带来了资源配置的广泛性,既广泛配置电力资源,也广泛配置其他公共服务资源”。
以电能为中心,对不同的供能环节进行整体优化,形成一体化的社会综合能源供用体系,即“能源互联”系统,可以促进社会用能效率提升、提高可再生能源应用比例、实现人类能源可持续供应。
1 能源互联网需求分析
“能源互联网”的需求推动力源于能源供需矛盾和新型可再生能源的出现。其追求的目标是充分利用新技术优势,对不同的供能环节进行整体优化,形成一体化的社会综合能源供用体系,即“能源互联”系统,通过对能源的产生、传输、分配、转换、存储、消费等环节进行整体协调控制,通过整体优化提高能源的利用效率,并通过不同能源间的“替代和转化”提高可再生能源应用比例。电能的方便传输和易于使用的特点使其在能源整体化应用中,将扮演纽带作用。
能源互联网的需求推动作用可以归结为以下2个方面。
(1)供需互动的需求。
在电力系统中,分布式电源、三联供机组、电动汽车、储能装置、可控负荷、智能建筑大量出现,电网内将出现越来越多的“发用电联合体”(Prosumer)。它们的出现使能量的流动方向由单向向“双向互动、互联”转换,相对传统负荷它们具有更多的智能特性,不但可以受控,而且可以主动提供能量,在能源整体控制过程中可以作为局部的“虚拟发电厂”参与能源调度控制。
信息化的进步和“智能负荷”以及“发用电联合体”的出现也给负荷主动参与提高能源整体使用效率提供了新手段,新型负荷的互动控制和主动供电能力,可以减小和补充系统备用,提高能源系统整体效率。
(2)能源间的替代转化需求。
社会对能源的需求是多样的,除用电需求外还有供热、制冷等需求,这些不同能源需求的变化会影响能源的供应平衡。各种新能源技术的发展,能源供应种类向多样性发展(电、天然气、风能、生物质能等绿色可再生能源)。“多种能源”在满足“不同能源需求”过程中,将会出现不同种类能源间的替代与转化需求。
以风电为代表的可再生能源在国内发展迅速,但是,由于当前技术条件限制,风电在用电低谷及供暖季节存在较突出风电发用矛盾,弃风现象时有发生,一方面负荷需求旺盛,另一方面可再生能源却无处消纳。通过能源间的替代和转化可以实现不同种类能源负荷需求和供应间的联产、联供,从而使可再生能源如替换常规电能一样在其他能源供应领域发挥更大的作用,形成能源领域的“互联”和整体优化。
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