能源互联网技术形态与关键技术

李文晓(中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司，天津 300452)

0 引言

在现代经济发展阶段，工业生产占据着主体地位，工业运作阶段会对自然环境形成不同程度的破坏，特别是近些年中，环境问题是极为显著的，世界各国陆续进行了新能源革命。通过探寻可再生能源，持续科学代替煤炭等资源，一方面能更好的实现环保，另一方面也能减少一次能源的使用量[1]。将互联网合理用于能源领域中，打造出供需互动的能源互联网，完善可再生能源多轮驱动式的能源供应体系，使绿色城镇化与美丽乡村建设有更强大支撑。

1 能源互联网技术概述

可以把能源互联网理解为应用信息、计算机等高端技术，把大批量由分布式能量采集及储存装置、各类负载组成的新型电力、石油、天然气网络等能源节点互相关联在一起，以此为基础实现能量的双向流通、对等交换机共享的网络类型。以石油化工行业为实例进行分析，在整个石油生产活动中，从最初的开采环节，到石油资源最末期的应用，利用线路将所应用的设备连接成在一体，这样整个周期便构成了一个良好的综合体。并且在高端科技的协助下，把任何环节均科学、有效的落实到现实生产活动中。再如，在电力行业中，既往在检测电网系统时，范围相对较小，采集到的数据信息有限，很难应用所得数据做出精准判断，而基于能源互联网很容易拓展检测范畴，进而优化了对整个电网运作安全性的监管效果。

能源互联网持有的技术特征主要有[2]：(1)泛在互联：能源互联网是以国家所有发电资源为基础建设的，能满足不同规模用户的主观需求，小至家居照明取暖，大到化工生产。也能在全国范围中建设能源基地的互联关系，包括大型的水电、风电及小型楼宇的能源；(2)对等开放：这是能源互联网实现广泛性的重要基础。能源互联网自身便是一个多层次、多维度平台，所有能源的接入均是“一视同仁”，可再生能源应得到一定优惠，进而更好的服务广大用户群体；(3)低碳高效：为更好地满足用户的需求，能源互联网能实现同时接纳大规模清洁能源发电，拓展清洁能源的传输范畴，使城乡的电气化活动均能安稳、可靠推进；(4)多源协同：用电高峰期，若仅依赖小型集散新型能源很难满足全部用户的需要，这样的情景下需有大型发电企业的参与，具体是在用电低峰期利用电生天然气技术储存多余的电量，也可以在电生氢技术的协助下，以清洁能源的形式存储电能，在特殊时期将其用于市区生活中。

2 基本构架

构架大体上是由如下部分构成：一是多能源层，在不同层次能存在着差异话的耦合程度；二是能源路由器，其功能主要是存储、连接以及转换不同能源类型，隶属于一种新型的能源存储及转换装置，关于其规划设计、协调及控制管理等方面相关技术还需作出深入研究分析；三是主动负荷，除了最基本的热、冷及电负荷之外，还牵扯到储能设备、新能源汽车；四是多能源市场，其是以开放式平台为基础建设的，具备很多实用功能，比如：能源交易、设备状态监测及运维管理等。

3 能源互联网关键技术

3.1 新能源发电技术

该项技术是生产、转换、传送、应用、服务可再生能源过程中的和谐技术，包括了新能源发电、大容量远程发电、储能、需求响应、电力电子、信息技术等。本文这里特别指出的是，后两种技术为关键技术体系内的共性技术[3]。

新能源不仅是以风能、太阳能等为代表的传统可再生能源，还有新型能源或资源，比如页岩气、小堆核电等。新能源发电技术应用阶段牵扯到各种发电、运行调控及能量转型等过程。在该技术方面，应积极研发规模化光伏及太阳能集热发电技术，循序渐进实现恒频风力发电系统的商业化研发，设计生产具备动力和能源转换功能的装置等。

3.2 大容量远程输电技术

这是中国及全世界能源革命阶段形成的基础技术，在大型能源基地外送可再生能源过程中发挥重要的辅助性作用。后期我国可以基于特高压骨干网建设出再生能源基地，在逐渐运作发展中形成覆盖全国的交直流兼容的超级电网，接触方式使用供电过程的安稳性、灵活性及互补性得到更大保障。该项技术主要包括如下类型：运行状态灵活且受控的多端直流、海底电缆、直流电网等。其中，直流电网在应对外国能源分布不均引起的远程传输、大范围海陆能源消纳及并网等问题方面表现出良好效能。

3.3 电力电子技术

这一技术泛指高电压、大(小)容量、能实现低损耗的电力电子器件及其装备，还将一些控制技术手段囊括其中。当以SiC、GaN作为代表的新材料被探查到以后，帮助人们获得逆向反向截止电压超出20 kV的常规约束。利用以上这些半导体材料制成的器件(如SiC功率器件)，和常规器件作对比分析后，不难发现其在开关低损耗量、耐高温性等方面均占据优势，在后期输电与配电系统开发领域中有较广袤的应用空间[4]。

关于控制策略相关问题，鉴于数字信号处理装置性能实现整体升级的实况，故而使系统调控过程更具灵活性、多样性。模糊、预测控制等非传统控制方法，在电网暂态过程控制领域均表现出较高的适用性DSP内整合并实现看很多复杂算法，进一步提升了电力系统运行过程的安全性。

3.4 先进储能技术

从物理形态的角度分析，该项技术包括可用于电网调峰、调频服务内的储能设备，也将用在家庭、园区级的储能模块囊括其中。鉴于风电、光伏等可再生能源系统输出功能伴随外界环境改变而变化的实际状况，储能设备能更好的保证能量储存或释放的时效性，更好的维护了供电全过程的可靠性、连贯性。例如基于超导储能过程能明显优化风电系统的输出功率，并减小其频率变动幅度；精准控制飞轮储能的充放电过程，能实现对系统输出功率的平滑处置，且还能参与至电网的频率调控阶段中。

3.5 先进信息技术

该技术主要由智能感应、云计算及大数据分析等组成，其对外呈现了能源领域中信息技术的发展趋向。能源互联网这一开发平台是以云计算、大数据为基础建成的，其具备数据采集、管理、分析及互动等诸多功能，支持电能交易、电动汽车充电装置监测及维修、互动用电等诸多业务运转过程[5]。智能感应技术由数据感应、收集、传送、处置及服务等过程构成，规范处理、分析传感器数据信息后，提供相应的整改控制方法。云计算最大的优越性表现在能实现突破时间、空间的约束进行高效率计算，能源互联网支持B2C、C2C等营销模式，基于网络持有的强大互联互通能力，对多个市场主体在任何时间、地点进行的交易活动能起到强大的支撑作用。大数据主要用于分析能源互联网内安全监测、经济运营、能源交易、电能计量等海量数据。

3.6 需求响应技术

其主要是对电价等信息做出响应，进而去协助相关人员更为科学的整改当下采用的用电形式，合理应用该项关键技术，不仅能降低短时间内的实际负荷需求，还能科学调整后期某段时间中的负荷，更好地实现移峰以及填谷。该项关键技术在实施阶段需要有其他较强大的技术做辅助支持，在此基础上相关部门还需尽早编制相配套的电价计费政策与市场机制。客观上讲，为建立健全需求响应系统，需要有针对性的改善主站、通信网与终端等部分，具体是参照开放互联协议内容，实现双向交互实施信息、电价激励信号、用户端选择等，最后使用户群体能依照主观意愿更合理、有效的自主控制负荷。

3.7 标准化技术

前期规划设计、建设运营、运维管理、交易服务支持等标准共同构成了能源互联网标准体系。建设标准体系是能源互联网发展的第一步，应分流程、有计划的推进体系构建过程。能源互联网包括了诸多设备、系统及接口，而开放平台标准位居第一位。

4 结语

随着科学技术的发展，人类社会能源资源获取方式及利用形式更加多样性，更加注重节能环保和绿色发展。能源生产和供应部门打造互联网、信息技术以及新型能源的开发与传统的能源利用形式相互贯通融合，加快现代能源服务领域的发展，大大提升能源利用效率，将互联网合理用于能源领域中，打造出供需互动的能源互联网，完善可再生能源多轮驱动式的能源供应体系，使绿色城镇化与美丽乡村建设有更强大支撑。这是落实习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理念，坚持生态优先、绿色发展，为实现我国经济高速发展和高质量转型发展做出的新贡献。在诸多高新科技的协助下，能源互联网在传统电力网的基础上建设与发展，形成了多元主体协同参与的能源互联共享网络模式，消融各种可再生清洁能源，有效的激活了新型商业模式。能源互联网实施阶段牵扯到不同能源的生产、转换、交易及服务等诸多过程。相关部门应继续完善和其相配套的法律规定，进而使其能规范化、健康发展，创造出更大效益。