71能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)布時間：2016-12-19 21:29

本文關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第35卷第14期34822015年7月20日中國；ProceedingsoftheCSEEVol.；(2015)14-3482-13中圖分類號：TM；能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)；田世明1，欒文鵬1，張東霞1，梁才浩1，孫耀杰2；(1．中國電力科學(xué)研究院，北京市海淀區(qū)10019；TechnicalFormsandKeyTech；TIANShiming1,LU

第35卷第14期 3482 2015年7月20日中國電機工程學(xué) 報

Proceedings of the CSEE Vol.35 No.14 Jul. 20, 2015 ?2015 Chin.Soc.for Elec.Eng.

(2015) 14-3482-13 中圖分類號：TM 73 DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.14.002 文章編號：0258-8013

能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)

田世明1，欒文鵬1，張東霞1，梁才浩1，孫耀杰2

(1．中國電力科學(xué)研究院，北京市海淀區(qū) 100192；2.復(fù)旦大學(xué)，上海市楊浦區(qū) 200433)

Technical Forms and Key Technologies on Energy Internet

TIAN Shiming1, LUAN Wenpeng1, ZHANG Dongxia1, LIANG Caihao1, SUN Yaojie2

(1. China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China；

2. Fudan University, Shanghai,Yangpu District 200433,China)

ABSTRACT: At present, internet has been widely used in the world and will promote the development of renewable energy by integrating renewable energy technology with cloud computing and big data technologies. This paper deeply analyzed and summarized the research programs and expert interpretations of energy internet. Firstly, an investigation of the current situation of domestic and foreign research programs had been made. Secondly, this paper tried to point out the academic connotation, technical characteristics, technical elements, and technical forms. Finally, the paper tried to propose the basic technologies for energy internet. We hope to provide reference for the development of energy internet of China.

KEY WORDS: energy internet; technical forms; renewable energy resource; micro energy grid; hybrid energy router 摘要：目前，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)正逐步與能源技術(shù)相融合，將推動可再生清潔能源發(fā)展。文章針對能源互聯(lián)網(wǎng)前期已開展項目和學(xué)術(shù)觀點展開深入分析，首先分析歐洲、美國和我國開展的能源互聯(lián)網(wǎng)科研和實踐工作，然后提出能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)內(nèi)涵和技術(shù)特征，并分析能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)要素和技術(shù)形態(tài)，最后提出能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，以期為我國能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供參考。關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；技術(shù)形態(tài)；新能源；微能源網(wǎng)；能源路由器

清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費中占更大份額，建立可持續(xù)發(fā)展的能源供應(yīng)系統(tǒng)，是這一新能源革命的主要目標。在新能源革命條件下，電網(wǎng)的重要性日益突出。按照國家可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃，2020年我國風電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)裝機容量將分別達到2億千瓦和5000萬千瓦水平，其中大部分采用集中開發(fā)外送模式。風電、太陽能發(fā)電等可再生能源具有波動性和隨機性等特點，其大規(guī)模電力外送對電網(wǎng)的輸送和接納能力是一個大的挑戰(zhàn)。

分布式電源高效利用是國內(nèi)外當前關(guān)注的一個熱點，受到了各國政府、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界持續(xù)的關(guān)注[1-4]。對于分布式可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集, 就地存儲, 就地使用”。微網(wǎng)是分布式電源高效利用的一種可行方式，對需要冷熱電的商業(yè)或工業(yè)用戶以及海島供電、移動供電提供了新的途徑。隨著分布式電源、分布式儲能、電動汽車等新型元件大量接入電網(wǎng)，未來配電系統(tǒng)的架構(gòu)及格局將發(fā)生重大變化，其主要特征為：大電網(wǎng)和微電網(wǎng)相輔相成、協(xié)調(diào)發(fā)展；多個電壓等級構(gòu)成多層次環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；交直流混合運行方式；物理配電網(wǎng)與信息系統(tǒng)高度融合；融合多源能源、實現(xiàn)供需互動的能源互聯(lián)網(wǎng)[5]。

互聯(lián)網(wǎng)是一個充滿創(chuàng)新活力的領(lǐng)域，引領(lǐng)了信息技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了眾多新的商業(yè)模式。美國未來學(xué)家杰里米?里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)，以可再生分布式能源+互聯(lián)網(wǎng)為核心，實現(xiàn)分布式發(fā)電和電動汽車的廣泛接入和人人參與的公平交易[6]。國內(nèi)學(xué)者研究了能源互聯(lián)網(wǎng)的特征及內(nèi)涵, 詳細探討了能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn),推動了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究[7-10]。

我國領(lǐng)導(dǎo)人指出,要推動能源生產(chǎn)和能源消費

0 引言

20世紀末21世紀初，隨著全球氣候變化加劇，和傳統(tǒng)能源日漸枯竭，一場新的能源革命悄然興起。以可再生能源逐步替代化石能源，實現(xiàn)可再生

基金項目：國家863高技術(shù)基金項目(2015AA050203)；國家電網(wǎng)公司科技項目。

The National High Technology Research and Development of China 863 Program(2015AA050203)；State Grid Science & Technology Project.

第14期田世明等：能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù) 3483

革命, 著力發(fā)展非煤能源，形成煤、油、氣、核、新能源、可再生能源多輪驅(qū)動的能源供應(yīng)體系，大力推進綠色城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。這為我們研究未來能源互聯(lián)網(wǎng)提出了明確的需求。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀分析

1.1 歐盟

國際上針對能源互聯(lián)網(wǎng)進行了廣泛的研究，著力研究下一代能源系統(tǒng)。下面對歐盟、美國、中國提出的能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想和相關(guān)項目及進行介紹、分析。

2008年12月德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術(shù)部發(fā)起一個技術(shù)創(chuàng)新促進計劃，以信息通信技術(shù)(information and communication technology，ICT)為基礎(chǔ)構(gòu)建未來能源系統(tǒng)，著手開發(fā)和測試能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。2011年歐洲啟動了未來智能能源互聯(lián)網(wǎng)(future internet for smart energy，F(xiàn)INSENY)項目，該項目的核心在于構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)的ICT平臺，支撐配電系統(tǒng)的智能化，并開拓新的創(chuàng)新服務(wù)。在此之前，瑞士相關(guān)政府機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)集團發(fā)起了對智能能源互聯(lián)網(wǎng)遠景的研究工作，德國開展了以ICT為基礎(chǔ)構(gòu)建未來能源系統(tǒng)的開發(fā)和測試工作。

1）歐盟Future Internet for Smart Energy。該項目的核心工作是ICT與能源部門協(xié)作，識別智能能源系統(tǒng)的需求；通過分析智能能源場景，識別ICT需求，開發(fā)參考架構(gòu)并準備歐洲范圍內(nèi)的試驗，最終形成歐洲智能能源基礎(chǔ)設(shè)施的未來能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺[11]。

該項目旨在解決當前配電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)： ①集成分布式和間歇性發(fā)電，如熱電聯(lián)產(chǎn)，太陽能和風力發(fā)電；

②集成智能樓宇和微網(wǎng)；

③居民和商業(yè)用戶的個人體驗、用能引導(dǎo)以及用戶參與在能源市場中發(fā)揮越來越重要的作用；

④削減高峰負荷；

⑤支持作為移動負荷的電動汽車充電基礎(chǔ) 設(shè)施；

⑥激活新的電力市場電子化交易及信息服務(wù)。通過LTE(4G)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、云計算等先進技術(shù)，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺，傳送中低壓配電系統(tǒng)功率、能量及運行相關(guān)的控制管理數(shù)據(jù)、交易和服務(wù)信息，實現(xiàn)配電網(wǎng)、微網(wǎng)、智能樓宇、電動汽車等各種資源端到端連接和智能控制、管理，激活需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、電能交易等電子

化能源市場及服務(wù)。

2）德國E-Energy項目-基于ICT的未來能源系統(tǒng)。

德國聯(lián)邦政府宣布將E-Energy作為一個國家性的“燈塔項目”，旨在推動基于ICT技術(shù)的高效能源系統(tǒng)項目。E-Energy計劃已經(jīng)選取了6個示范項目，分別由6個技術(shù)聯(lián)盟來負責具體實施。這6個示范工程圍繞低碳環(huán)保、經(jīng)濟節(jié)能的目標，開展大規(guī)模清潔能源消納、節(jié)能、雙向互動等方面的示范工作[12]。

表1 德國E-Energy項目的主要內(nèi)容 Tab. 1 E-Energy Program for Germany

項目名稱項目內(nèi)容

庫克斯港的綜合調(diào)節(jié)大規(guī)模風力發(fā)電與供熱需求（如海產(chǎn)品eTelligence項目

冷藏倉庫和溫泉熱電聯(lián)產(chǎn)）+利用價格杠桿進行自動控制。

哈茨可再生能源分散風力、太陽能、生物質(zhì)等可再生能源發(fā)電設(shè)示范區(qū)的

備與抽水蓄能水電站進行協(xié)調(diào)，可再生能源聯(lián)合

RegModHarz項目循環(huán)利用達到最優(yōu)。萊茵-魯爾地區(qū)的電力系統(tǒng)與居民用戶之間的互動，使消費者可同E-DeMa項目時扮演發(fā)電者與電力消耗者角色。

亞琛的

完全自由零售市場示范，期望零售商能夠完全自

Smart Watts項目由地購售電，多角度提升電網(wǎng)的效率。萊茵-內(nèi)卡(曼海姆)電價型用戶需求響應(yīng)，通過網(wǎng)關(guān)直接控制次日價地區(qū)的MOMA項目格的科學(xué)用電。

斯圖加特的利用智能電能表、ICT技術(shù)，期望實現(xiàn)有效控制MEREGIO項目

CO2減排效果。

3）瑞士Vision of Future Energy Networks。該項目是瑞士聯(lián)邦政府能源辦公室和產(chǎn)業(yè)部門共同發(fā)起的一個研究項目[13-14]，該項目的重點是研究多能源傳輸系統(tǒng)的利用和分布式能源的轉(zhuǎn) 換和存儲，開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)仿真分析模型和軟件工具。

項目提出未來能源互聯(lián)網(wǎng)兩個遠景元素，一是通過混合能源路由器(hybrid energy hub)集成能源轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備；二是通過一個稱之為能源內(nèi)部互聯(lián)器(energy interconnector)的設(shè)備實現(xiàn)不同能源的組合傳輸，如電力和氣態(tài)能源通過地下管道組合傳輸。能源路由器實現(xiàn)不同能源載體的輸入、輸出、轉(zhuǎn)換、存儲，是能源生產(chǎn)、消費、傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的接口設(shè)備。該文指出，這樣的混合能源路由器有許多可用的場景，如工廠、大型樓宇、城市和農(nóng)村集中居住區(qū)、獨立運行的電力系統(tǒng)(火車、輪船等)。 1.2 美國

美國未來學(xué)家里夫金2012年發(fā)布中文版《第

3484 中國電機工程學(xué) 報第35卷

三次工業(yè)革命》[6]，把兩種不同的技術(shù)(可再生能源與互聯(lián)網(wǎng))連接在一起，描繪了新的、充滿活力的能源互聯(lián)網(wǎng)，在我國引起廣泛關(guān)注。2008 年，美國國家科學(xué)基金項目啟動“未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)”(the future renewable electric energy delivery and management system，F(xiàn)REEDM)，開展配電系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)研究。

1）美國著名未來學(xué)家杰里米?里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)。

杰里米?里夫金指出未來能源體系的特征是能源生產(chǎn)民主化、能源分配分享互聯(lián)網(wǎng)化，即組建以可再生能源+互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的能源共享網(wǎng)絡(luò)，，在能源通過分散的途徑被生產(chǎn)出來之后，利用互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造新的能源分配模式。該文提出的新經(jīng)濟五大支柱如表2所示。

表2 里夫金能源互聯(lián)網(wǎng)五大支柱 Tab. 2 Backbones of energy internet

能源互聯(lián)網(wǎng)元素能源互聯(lián)網(wǎng)五大支柱具體內(nèi)容

可再生能源

以化石能源為主的生產(chǎn)模式向可再生能源為主的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型。

分布式發(fā)電

把全世界的每棟建筑變?yōu)槲⒛茉瓷a(chǎn)工廠，以便就地收集可再生能源。

分布式儲能

每一棟建筑和每一個基礎(chǔ)設(shè)施裝備儲能裝置，如氫存儲，用以存儲間歇式能源發(fā)電。

能源互聯(lián)

利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將每一大洲的電力網(wǎng)轉(zhuǎn)化為能源共享的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

運輸工具將轉(zhuǎn)向插電式以及燃料電池動力車，這種

零排放交通運輸電動車所需要的電可以通過洲與洲之間共享的電

網(wǎng)平臺進行買賣。

實際上，杰里米?里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)4種能源元素(可再生能源、分布式發(fā)電、分布式儲能、電氣化交通)+互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)能源全球共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

2）美國未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)項目。美國國家科學(xué)基金項目未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)FREEDM，研究一種構(gòu)建適應(yīng)高滲透率分布式可再生能源發(fā)電和分布式儲能并網(wǎng)的高效配電系統(tǒng)，稱之為能源互聯(lián)網(wǎng)(energy internet)[15]。這種新型配電網(wǎng)主要能力是：

允許分布式電源和分布式儲能隨時隨地并網(wǎng)、即插即用；通過分布式網(wǎng)絡(luò)智能軟件管理負荷、分布式電源和分布式儲能；通過一個創(chuàng)新性的接口(固態(tài)變壓器)與負荷、分布式電源、分布式儲能實現(xiàn)互聯(lián)；具有一個骨干通信基礎(chǔ)設(shè)施；具有一個創(chuàng)新性的故障保護裝置(fault isolation device，F(xiàn)ID)；可

脫離主網(wǎng)獨立運行并可適應(yīng)100%可再生能源；具有完美的電能質(zhì)量并保證系統(tǒng)穩(wěn)定；具有高效率，交流系統(tǒng)部分具有單位功率因數(shù)。

該項目所提出的能源互聯(lián)網(wǎng)主要面向高滲透率分布式電源并網(wǎng)，具有三個典型特征[16-17]，如表3所示。

表3 FREEDM能源互聯(lián)網(wǎng)典型特征 Tab. 3 Typical characteristics of energy internet

典型特征

特征描述

包括一個直流400 V和交流120 V母線，通信

具有即插即用接口接口可理解識別連接到配電網(wǎng)的負荷、分布式

電源、分布式儲能設(shè)備。

能量路由器連接到中壓配電母線并支持管理

具有能量路由器

交流120 V和直流400 V母線,通過多種交直流端口實現(xiàn)交流、直流負荷及分布式電源、儲能設(shè)備接入和電能雙向傳輸。

除了能量路由器之外，還有故障隔離設(shè)備

電網(wǎng)分布式智能單元(intelligent fault management，IFM)，用于中壓

配電網(wǎng)故障管理，實現(xiàn)區(qū)域差動保護。

該項目所提出的能源互聯(lián)網(wǎng)主要特點是通過固態(tài)變壓器接入中壓配電網(wǎng)的多種負荷、儲能設(shè)備及可再生能源轉(zhuǎn)換成電能后可實現(xiàn)即插即用、故障快速檢測和處理、配電網(wǎng)智能化管理；在中壓配電網(wǎng)還是以交流方式傳輸電能，直流負荷、分布式電源在固態(tài)變壓器的接入端口接入中壓配電網(wǎng)。 1.3 中國

2014年7月國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞在美國IEEE會議上發(fā)表署名文章，提出構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)。北京市電力公司牽頭承擔國家科技部863課題“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”等項目研究，開展城市能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和示范應(yīng)用。中國電力科學(xué)研究院牽頭承擔國家電網(wǎng)公司基礎(chǔ)前瞻性項目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”，著力構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)；依托該項目及相關(guān)技改項目支撐，搭建相應(yīng)的能源互聯(lián)網(wǎng)研究平臺。我國國防科技大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)也從關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備等方面開展了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究工作。

1）全球能源互聯(lián)網(wǎng)。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是以特高壓為骨干網(wǎng)架(通道)，以輸送清潔能源為主導(dǎo)，全球互聯(lián)泛在的堅強智能電網(wǎng)[18]。全球能源互聯(lián)網(wǎng)將由跨國跨洲骨干網(wǎng)架和各國各電壓等級電網(wǎng)(輸電網(wǎng)、配電網(wǎng))構(gòu)成，連接“一極一道”(北極、赤道)和各洲大型能源基地，適應(yīng)各種分布式電源需要，能夠?qū)L能、太陽能、海洋能等可再生能源輸送到各類用戶。全球能

第14期田世明等：能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù) 3485

源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)各種清潔能源、化石能源轉(zhuǎn)換成電能后傳輸，并與其他傳統(tǒng)能源傳輸方式(如鐵路、管道等)分工協(xié)作、優(yōu)勢互補；作為連接各類電源和用戶的網(wǎng)絡(luò)樞紐，可優(yōu)化配置電源資源和用戶資源，并成為全球能源交易的載體；同時還可將清潔能源送至千家萬戶，提供增值的公共服務(wù)。

2）北京延慶能源互聯(lián)網(wǎng)示范。

北京市電力公司承擔的國家科技部863課題“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”和國家電網(wǎng)公司科技項目“分布式能源高滲透率的交直流混合主動配電網(wǎng)運行生產(chǎn)管控關(guān)鍵技術(shù)研究”[19]，在延慶利用柔性直流技術(shù)升級改造現(xiàn)有配電網(wǎng)，建設(shè)拓撲靈活、潮流可控的多源協(xié)同主動配電網(wǎng)，示范建設(shè)城市能源互聯(lián)網(wǎng)，支持高滲透率分布式能源的靈活接入和充分消納，實現(xiàn)與智能微電網(wǎng)的協(xié)同互動，提升能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置能力，提高用戶的電能質(zhì)量和供電可靠性。該項目在八達嶺經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建設(shè)一座10kV交直流混聯(lián)開閉站，通過三端口柔性直流環(huán)網(wǎng)控制裝置實現(xiàn)3條10kV交流母線互聯(lián)，從而將周邊智能微電網(wǎng)群、光熱電站和園區(qū)光伏接入開閉站。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動力

2.1 可再生能源技術(shù)特征

可再生能源具有可再生、低碳環(huán)保這些優(yōu)良特性外，其發(fā)電出力具有多變性和相對不可預(yù)測性以及難以根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令實時改變發(fā)電出力。根據(jù)可再生能源特點，發(fā)電功率在秒級、分鐘級、小時及季節(jié)級變化波動[20]。另外，風力發(fā)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電目前還具有發(fā)電量在總發(fā)電量中所占比例較小、上網(wǎng)價格高等非技術(shù)特征。能源互聯(lián)網(wǎng)要消納高滲透率可再生能源發(fā)電，包括分布式能源發(fā)電，從而使其成為電力系統(tǒng)主力電源，需要解決如何應(yīng)對其間歇性和隨機性問題，保證發(fā)用電實時功率平衡。

2.2 能源互聯(lián)網(wǎng)的需求和驅(qū)動力

進入21 世紀后，大規(guī)模開發(fā)利用化石能源帶來的能源危機、環(huán)境危機凸顯，建立在化石能源基礎(chǔ)上的電力工業(yè)面臨重大挑戰(zhàn)。國內(nèi)外已經(jīng)認識到，解決能源可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)路線包含兩方面：一是發(fā)展可再生能源，二是節(jié)能。歐盟在《2050 年能源路線圖》中提出，到2050 年可再生能源占到全部能源消費的55%以上。美國能源部在《可再生能源電力未來研究》中，認為可再生能源可滿足

2050年8 0 %的電力需求。推動以清潔能源為主的能源系統(tǒng)，特別是電力系統(tǒng)重大變革將成為全球能源發(fā)展的大趨勢。新一輪的能源革命將以清潔、低碳、可再生的能源開發(fā)和利用形式為主[21]。我國科學(xué)家指出，未來第三代電網(wǎng)在電源組成上，以非化石能源為主的清潔能源發(fā)電應(yīng)占較大份額，應(yīng)力求達到50%以上[22]。

清潔替代、電能替代是能源革命的重要方向，清潔替代是在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，突破清潔能源開發(fā)、配置、協(xié)調(diào)控制等技術(shù)，建立科學(xué)可行的清潔能源發(fā)展機制，既包括大規(guī)模清潔能源基地的開發(fā)，也包括分布式可再生清潔能源的開發(fā)；電能替代是在終端能源消費環(huán)節(jié)，用電代替煤炭、石油等化石能源，實現(xiàn)能源的清潔利用[18]。

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)的驅(qū)動力是：1）適應(yīng)高滲透率可再生能源發(fā)展，推動能源生產(chǎn)方式的革命、構(gòu)建未來可持續(xù)能源供應(yīng)體系的需要；2）適應(yīng)政府節(jié)能減排管制規(guī)定，推動能源消費革命的需要；3）適應(yīng)國家電改需求，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與思維，激活售電市場、實現(xiàn)開放服務(wù)的需要；4）適應(yīng)分布式電源、電動汽車的發(fā)展，推動智慧能源產(chǎn)業(yè)升級的需要。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)內(nèi)涵

3.1 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征 3.1.1 互聯(lián)網(wǎng)是全球互聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)是由本地局域網(wǎng)、接入網(wǎng)、骨干通信網(wǎng)構(gòu)成的全球無所不在的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)�；ヂ�(lián)網(wǎng)(Internet)始于1969年的美國，又稱因特網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)將計算機網(wǎng)絡(luò)互相聯(lián)接在一起的方法可稱作“網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)”，在這基礎(chǔ)上發(fā)展出覆蓋全世界的全球性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)稱互聯(lián)網(wǎng)，即是互相連接一起的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過４０多年的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為集信息采集、傳輸、存儲、處理與傳播、服務(wù)于一體的信息社會的重要基礎(chǔ)設(shè)施[23-24]。 3.1.2 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征

1）互聯(lián)網(wǎng)是全球互聯(lián)的。互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)是按照數(shù)據(jù)包交換的方式連接的分布式計算機網(wǎng)絡(luò)，只要存在互聯(lián)網(wǎng)接入端口用戶即可訪問互聯(lián)網(wǎng)。

2）互聯(lián)網(wǎng)是開放的。在技術(shù)層面，互聯(lián)網(wǎng)是基于開放互聯(lián)協(xié)議TCP/IP協(xié)議簇形成的，原則上只要遵循協(xié)議用戶即可無歧視接入互聯(lián)網(wǎng)。

3）互聯(lián)網(wǎng)按照公開規(guī)則運行。互聯(lián)網(wǎng)存在所有主機都必須遵守的交往規(guī)則(協(xié)議)和維護機構(gòu)，

3486 中國電機工程學(xué) 報第35卷

不受集中控制，但是負責互聯(lián)網(wǎng)命名的機構(gòu)除了命名之外，并不能做更多的事情。

4）互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平等多樣。互聯(lián)網(wǎng)是一種信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，公共的通信平臺，互聯(lián)網(wǎng)用戶可任件的智慧城市或社區(qū)一級，熱電冷多能源聯(lián)合優(yōu)化運行；電生成天然氣技術(shù)(Power to Gas，P2G)在源端、用戶端應(yīng)用，將在多能源融合和電網(wǎng)調(diào)峰中起到革命性推動作用；包括電生成氫在內(nèi)的多種制氫何時間、任何地點獲得公共的或經(jīng)授權(quán)的信息和技術(shù)將逐漸實用化，氫能源在智慧城市、智慧社區(qū)

服務(wù)。

3.2 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征

能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征是泛在互聯(lián)、對等開放、低碳高效、多源協(xié)同、安全可靠。

1）泛在互聯(lián)。

泛在互聯(lián)是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征。能源互聯(lián)網(wǎng)支持一個國家范圍內(nèi)各種發(fā)電資源、微能源網(wǎng)及分布式能源、電動汽車、負荷通過輸配電網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)；也支持超過國家范圍內(nèi)能源基地的廣域能源網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)；既可以是大型水電廠、風電場、光伏電站能源生產(chǎn)，也可以是園區(qū)、樓宇、用戶本身的能源生產(chǎn)，實現(xiàn)能源生產(chǎn)商、網(wǎng)絡(luò)運營商及分散發(fā)電與用戶即時協(xié)作；未來還可通過無線供電技術(shù)實現(xiàn)移動互聯(lián)，提供無所不在的能源服務(wù)。

2）對等開放。

對等開放是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征。能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成各層級、多維度的開放平臺。各種清潔能源，特別是可再生清潔能源，可無歧視接入能源互聯(lián)網(wǎng)；能源互聯(lián)網(wǎng)用戶無歧視接入獲取所需要的能源及服務(wù)；能源生產(chǎn)者也可以是能源使用者，用戶的參與度大大提升；用戶側(cè)光伏發(fā)電、冷熱電聯(lián)合發(fā)電、需求響應(yīng)等用戶側(cè)資源參與雙向互動；可任何時間、任何地點支持各種能源服務(wù)，支持需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、電能購銷服務(wù)，降低能源互聯(lián)網(wǎng)峰谷差，提高其運營效益。

3）低碳高效。

低碳高效是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征。能源互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代社會的基礎(chǔ)設(shè)施，既包括大規(guī)模集中式電網(wǎng)，也包括分布式微能源網(wǎng)，可接納大規(guī)模清潔能源發(fā)電和消納分布式電源上網(wǎng)電能、即插即用；大規(guī)模傳送二次清潔能源--電能、氫能到用戶，有條件的地方傳送天然氣；并為城市、鄉(xiāng)村或廣域電氣化交通提供安全可靠的動力；高滲透率可再生能源發(fā)電和儲能設(shè)備規(guī)模應(yīng)用，高效用電設(shè)備廣泛應(yīng)用，提高能源利用效率。

4）多源協(xié)同。

多源協(xié)同是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征。多源協(xié)同既包括大型能源生產(chǎn)基地規(guī)劃運行方面的協(xié)同，也包括能源傳輸和終端能源利用方面的協(xié)同。在有條

規(guī)模化應(yīng)用。

5）安全可靠。

安全可靠是能源互聯(lián)網(wǎng)的必要特征。能源互聯(lián)網(wǎng)是關(guān)鍵公共基礎(chǔ)設(shè)施，如電力、交通、天然氣等管網(wǎng)，均是生命線工程，與城鄉(xiāng)人民生產(chǎn)生活、國防等息息相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的安全性是第一位的；能源互聯(lián)網(wǎng)覆蓋區(qū)域廣、氣象環(huán)境差異大、可靠性要求高，如電氣網(wǎng)絡(luò)運行復(fù)雜、發(fā)生故障反應(yīng)極快速，需確保能源互聯(lián)網(wǎng)安全可靠運行；能源互聯(lián)網(wǎng)具有高標準的信息安全和隱私保護。 3.3 能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵

能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用可再生能源技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合電力網(wǎng)、天然氣網(wǎng)、氫能源網(wǎng)等多能源網(wǎng)及電氣化交通網(wǎng)，形成多種能源高效利用和多元主體參與的能源互聯(lián)共享網(wǎng)絡(luò)，消納高滲透率可再生清潔能源，并激活新的商業(yè)模式。可再生清潔能源既包括集中開發(fā)的大型能源基地的可再生能源，也包括用戶側(cè)就地開發(fā)、用戶自身消納為主的分布式能源。能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)多能源的清潔生產(chǎn)、傳輸、利用和服務(wù)，是“可再生能源+智能電網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”，而不是“互聯(lián)網(wǎng)+可再生能源”。互聯(lián)網(wǎng)在用戶域及市場域發(fā)揮更多的作用，特別是在提供能源交易及服務(wù)便利性方面。

總體上看，能源互聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)的拓展。一是從電力網(wǎng)拓展到更大的能源系統(tǒng)范疇，電力網(wǎng)是其核心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施；二是由純物理電網(wǎng)拓展到包括多類用戶的信息互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即各類市場主體也是能源互聯(lián)網(wǎng)的活躍要素；三是分布式電源拓展到分布式能源；四是純電動汽車拓展到氫能源等新能源汽車；五是氫能源或P2G技術(shù)，從單純的儲電拓展到儲能，拓展了電能大規(guī)模存儲以及在智慧城市或社區(qū)中應(yīng)用；六是從電力交易拓展到新能源配額交易、用戶側(cè)資源虛擬調(diào)度等新型互動業(yè)務(wù)。

從能量流來看，能源互聯(lián)網(wǎng)包括從電力生產(chǎn)、傳輸、配送、電能使用全過程，向外拓展到一次能源生產(chǎn)、智慧城市或社區(qū)多能源轉(zhuǎn)換過程和用戶使用過程，即包含了風力發(fā)電、光伏發(fā)電等能源部分。

從信息流來看，能源互聯(lián)網(wǎng)中的信息一是包含

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71能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形態(tài)與關(guān)鍵技術(shù)