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何为全球能源互联网?
定义、架构、组成、功能仍待完善
由于全球能源互联网的概念提出时间还比较短,其定义、架构、组成和主要功能还正处于不断发展的阶段。按照目前能源产业界主流的看法,全球能源互联网主要有以下特征:一是以风、光伏为代表的可再生能源作为主要一次能源;二是能够支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入;三是电力系统的智能化互联网化;四是新能源汽车和储能的广泛应用。
以美国为例,美国电气与电子工程师协会(IEEE)认为全球能源互联网由以下部分构成,即主干电力网络、分布式可再生能源、分布式储能设备、能源分配设备、智能能量管理设备和智能故障隔离设备等。这些设备都是以电力系统作为各种能源相互转化的枢纽,同时需要利用强大的信息网络对分布式能源发电、储能设备和电动汽车等进行广域的调度和消纳。
对全球最大的专利数据库——Derwent数据库近5年关于能源互联网的专利进行分析,能源互联网相关领域的专利在近5年内出现快速的增长,年增长率超过40%,主要的专利申请国集中在中国、美国、日本和欧盟。通过对相关专利的技术统计,数据显示有关能源互联网的专利主要集中在电能存储装置和电池组、数据收集和处理、电磁变量的测量、测控装置和供热系统等技术领域。
打造全球能源互联网
电力装备机遇与挑战并存
新一代全球能源互联网对未来的能源发展提出了新的展望,同时也给电力装备制造和科研机构带来了新的技术挑战与机遇。
一是全球能源互联网对于电力装备提出新的要求。全球能源互联网具有类似于互联网的扁平化结构,由各种规模不同的分布式微电网组成,微电网之间可以实现电能的双向共享和高效配置。作为能源互联网的基础电力装备,固态变压器几乎可以适用于各种情况下的微电网与外部电力总线之间的电压双向传递,可以将太阳能发电网络并入电网,实现低压直流电向高压交流电的转化;将风能发电网络并入电网,实现低压交流电向高压交流电的转化;为电动汽车充电,实现低压交流电向低压直流电的转化;将分布式储能装置与电力总线相连,实现直流电与交流电的双向传导。这适应了可再生能源互联网应用多样化和宽泛性的特点,以固态变压器为代表的新一代电力装备将会是未来能源互联网的重要技术基础和研究热点。
二是可再生能源大规模接入对于电网调度提出的挑战。传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性,但部分可再生能源电站出力的不可控性和随机性使得对其既不能进行可靠的负荷预测,也不可能制定和实施精确的发电计划。随着这类随机电源容量比例的增加,必将给电网调度带来不少压力。在能源互联网的大背景下,各国之间针对即将出现的可再生能源波动必须要考虑容许通过的输电可能,因此互联状态下的全网备用和可使用信息将成为网络安全的重要突破点。
三是大规模分布式能源接入对电网的稳定技术提出挑战。未来大规模分布式电源将通过特高压网架实现跨国跨洲传输,使得电网成为全球互联的能源网络。这将使各国电网之间的电气联系大大加强,广域动态交互影响加剧,电网稳定特性变得更加复杂。再加上大规模的风能、太阳能等清洁能源发电的随机性、间歇性和波动性特点,将给电网的安全稳定运行带来更大的风险,对电网稳定控制技术提出更高的要求。现有的电网保护和安稳系统,大多采用当地或区域内的信息,通信系统对其影响有限。但全球互联后,广域保护和跨洲的安稳系统会大量出现,通信的中断,延时和误码问题会变得突出,其对稳定控制的影响也会越来越大。如何在通信系统发生故障的情况下保证控制装置不拒动、误动,并保证其动作的时效性,是必须加以研究的课题。
四是储能管理将在未来能源互联网中处于重要地位。可再生能源在未来能源互联网中将占有极其重要的位置,储能发挥着降低可再生能源不稳定性的重要作用。为了有效弥补可再生能源发电的波动性,需要有良好的经济性和长寿命的大容量储能装置。研发高效储能装置及其配套设备,与风电、光伏发电机组容量相匹配,支持充放电状态的迅速切换,确保并网系统的安全稳定已成为可再生能源充分利用和能源互联网建设的关键。
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