能源互联网背景下电能替代负荷的应用展望与思考

方博文

摘 要：随着社会经济的不断发展，人类科学技术水平不断提高，工业化水平得到了极大推动，生产力也逐步提高。但是，在提高工业化水平的同时，环境污染和生态破坏的问题逐渐加剧。目前，全球倡导低碳发展理念，而替代能源信息互联网技术利用先进的前沿能源信息网络技术及智能控制系统技术，可实现能源用户需求侧对可增量能源价值的有效挖掘，并对当前可调节的潜力能源分析系统建模、优化发展策略、效益指标评估、支撑技术平台等几个关键技术问题进行分析总结。文章主要围绕我国能源产业互联网产业的发展和新形势，展望并重点分析了固定电能负荷替代电力负荷的应用方法，并对替代非清洁能源的研究现状、能源与电能以及相关技术进行了简要论述。

关键词：电能替代负荷;能源互联网;综合需求响应

中图分类号：TM715 文献标识码：A文章编号：1674-1064（2021）08-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.08.031

电力行业发展过程中，低碳经济发展具有极其重要的现实意义，智能电网在构建过程中具有的新型网络形态，大幅度提升了系统的限制效率，有效降低了整体电网的碳排放量，并使整体低碳效益能够获得综合性提升，推动智能电网的有序发展。

在这一背景下，我国需要加快进行能源结构的更替，完善各项制度建设，加大政策支持，大力发展相关技术，为未来我国开展电能资源替代系统负荷接入应用，以及我国能源替代互联网的未来发展趋势提供重要参考。

1 我国电能替代现状研究

煤炭是我国主要的能源消耗，是我国北方冬季取暖的主要能源。但是，利用煤炭燃烧取暖的方式，一方面会产生大量二氧化碳等温室气体，破坏生态环境;另一方面会产生一氧化碳等有害气体，进而危害人身安全，并在冬天形成薄雾。解决供暖问题的最有效方法是用电能代替煤炭。

就国外的研究情况而言，美国是最早开展电能太极系态研究的国家。在2008年，美国便开始了新能源汽车的各项专项计划，并且推动新能源电动汽车充电桩的建设，对安装充电设施的企业及相应的个人进行综合补贴，由此开展以电代油的综合电能战略，通过消费终端负荷需求的响应，来获取电能的替代效应。美国的电力市场在发展中较为成熟，而智能电网建设水平同样相对较高，因此便在早期开展了对各类复合需求响应控制方式的研究，以此对复合侧的可调特征进行分析，从而创造增量价值。在亚洲地区，在以电带油研究过程当中，日本电动汽车的发展拥有较为突出的成果，而日本政府也在大力推广充电桩建设。就欧洲的发展而言，电能替代方面的研究，主要集中于对各类创新节能型与清洁化供暖技术的研究，熱泵市场发展是最具代表性的发展内容，英国的热泵技术较为成熟，并且在发展过程中也得到了综合推广。

当前，我国社会经济发展已经进入了新的阶段，在北京市、天津市、河北省的农村地区，电能替代项目因其特点和优势，正在逐步开发并应用在能源供应转换过程中，使用蓄热锅炉和电热膜代替燃煤供热。电能是一种清洁、高效的二次能源，相较于煤炭来说拥有无可比拟的优势。因此，我国政府在乡村大力推行煤改电政策，使电力取暖逐步代替煤炭取暖，在改善生态环境的同时进一步降低安全事故的发生概率。在我国“以电代油”战略的发展过程中，我国的电动汽车行业与欧美等西方发达国家相比，起步相对较晚，起跑量相对较少。在发展过程中，其发力点集中于对各类关键技术的攻关，并且对控制系统进行综合研发。目前，已经有诸多建筑设施在诸多省份进行建设，各个城镇在发展过程中已经开始对充电桩进行有效建设，并且自主研发具有代表性及创新性的供电系统，以此不断实现对充电桩体进行实时且有序的调控，使电能在现代社会发展中所拥有的完善性得到大幅提升。近年来，我国诸多车企在发展过程中，已经开始充分对各类新能源汽车进行研发，并且在新能源汽车研发过程中已经取得了傲人的成绩。由此，也从客观角度上真正带动了我国电能替代产业的发展。

2 综合需求响应的关键技术

科学技术发展到目前的阶段，综合需求响应的关键技术也取得了极大的进展，已经涵盖了先进的测量系统、需求响应系统、智能电气设备、电能公共服务平台等多个方面。能源数据信息服务平台的建立可以有效管理能源利用，并不断优化应用过程和相应信息[1]。

随着能源互联网的大力发展，在能源互联网中的综合需求响应的关键技术中，往往将电力系统作为能源中的供能关键，电能转换效率高、污染程度小、环境破坏小。与其他能源（例如天然气、煤炭）相比，电能最实用，在使用电力方面具有明显优势。

目前，能源互联网的发展关键在于将电力系统和其他能源的利用相结合，且是一种有效的结合。通过热电联产系统中相互分离的能源矩阵，对系统中的节能潜力和技术进行了评估和分析，并通过热电联产系统，考虑了能源系统，判断系统中加热和冷却的实际效果。统一的数据平台包括服务管理、节能监测分析、有序和用电负荷管理、需求管理、绩效管理等多项功能，针对与能源有关系的业务可以做到集中集体改进，以分布式电源替代负荷，具有灵活的方式接入系统，并在代理之间形成良好的交互通信，有效减少了不同能源管理基站的重复建设，在一定程度上节约了成本[2]。

3 推动能源互联网发展的应用模式

3.1 电能替代负荷参与调控的方式

根据用户的使用情况，负载会产生供热和供气的惯性，并且会产生电能，对其进行更换可以在一定程度上调整用户的用电计划。通过改变能源产生和消耗的时间段，基本的用电顺序计划可以减轻用电压力，例如电动汽车、热泵、集中式冷库空调等。在实际的能源供应过程中，相应的综合能源需求逐步扩展到不同的能源载体，实现一定程度的转换和替代，相当于用户具备了对能源需求的响应能力。例如，天然气供热价格偏高，用户可以选择和使用电加热锅炉等，在这种情况下，无需调整相应的能源需求计划，确保用户享受到良好的用电体验。通过改变能源消耗的类型，可以形成能源之间的替代关系，缓解能源短缺情况下的实际应用压力[3]。

3.2 能源市场化对电能替代负荷的实际影响

发展能源互联网的最关键方法是提供综合能源服务。当前，经济社会发展的进步推动了电力体制的深化和改革。在这种情况下，电力企业正在寻求新的发展，以实现能源服务转型。当前的网格企业信息技术利用数据和云计算，在上游电力销售业务中的负荷、发电、输配电、分布式供电侧、下游业务、居民、园区、多维等方面，客户了解信息电力资源，在一定程度上以满足用户的能源需求为出发点，为用户的需求量身定制解决方案。同时，形成一套完整的电能替代技术的应用开发方案，用户与电网企业在使用电力负荷的基础上进行通信，借助云计算和大数据分析平台，实现智能交互供电[4]。在分析供电方的数据和信息的基础上，可以为用户提供电气设计方案，实现和满足用户在电力方面的基本需求，不断创新和替代综合能源服务，使其发挥基础功能和作用，推动电能替代方式的实际应用和发展。

4 电能替代负荷应用若干问题探讨

电能替代负荷参与了综合需求响应，与常规负荷测量相比，其用电量具有明显的弹性特征。可靠性是衡量系统以可接受的标准向负载提供电能的能力度量。可控制负载的“可达到标准”显然不同于传统负载，因此需要重新定义。对可接受的弹性载荷标准的分析不够详尽，会导致低估或高估弹性载荷响应能力，容易造成弹性载荷的损失。

在实施需求响应控制策略时，最重要的是调整负荷预测。代理只能根据分配的负载来充分发挥特定的可调整性。根据电加热、电动汽车等电能替代负荷的渗透率和时空分布特征，针对现有的目标负荷预测，建立配网中电能替代负荷的级联聚集模型，需要進一步进行负荷获取[5]。

5 结语

随着我国能源工业互联网的产业发展，展望并重点分析用固定电能负荷代替电力负荷的应用方法，需要认真分析用电能代替非清洁能源的现状及相关技术。基于市场响应当地综合用户需求的数据分析和经验总结，一方面，电能增值替代的成功应用和推广，地方政府的政策支持，通过各种方式进行政策扶持，提供政府补贴，促进电能技术服务市场健康发展;另一方面，新能源企业应积极发挥技术市场的带动作用，引导规模日益增长的大型电能企业替代承载负荷企业参与系统的电能调控，建立并完善一系列电能增值配套服务，从综合用户需求层面不断挖掘更多的市场价值。

能源利用互联网充分发挥各类不同能源利用形式之间的能源互补利用优势和能源协同发展效益，创造巨大增量能源价值。文章主要针对我国能源行业互联网化大背景下利用电能负荷替代电力负荷的研究应用前景进行了重点展望，通过对当前现有需求电能响应替代的技术发展趋势现状及技术实施中的障碍问题进行深入分析，阐述了当前综合应用需求电能响应替代技术在大负荷管理应用领域带来的新发展契机，为电能相关领域工作人员提供一定的技术理论实践参考。

参考文献

[1] 刘吉绩.大规模新能源电力安全高效利用基础问题[J].中国电机工程学报，2013，33（16）：1-8.

[2] 孙毅，许鹏，单葆国，等.售电侧改革背景下“互联网+”电能替代发展路[J].电网技术，2016，40（12），3648-3654.

[3] 国家电网公司.国家电网公司2015年全面深入推进电能替代行动计划[Z].北京：国家电网公司，2015.

[4] 国际电能替代经验[J].国家电网，2013（10）：54-55.

[5] 姚建国，杨胜春，王珂，等.智能电网“源—网—荷”互动运行控制概念及研究框架[J].电力系统自动化，2012（21）：1-6，12.