综合能源系统关键技术与典型案例
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1.2.1 能源互联网

能源互联网是以电网为主干和平台,将各种一次能源、二次能源的生产、传输、使用、存储和转换,以及它们的信息、通信、控制和保护装置,进行直接或间接连接的网络化物理系统。它是新一代能源互联网系统技术开发的一种新形式,是互联网技术和能源系统的深度融合与发展,是当前国内外产业界和学术界共同关注的热点和创新前沿。

2003年在经历美加“8·14”大停电事故后,The Economist于2004年发表了Build the Energy Internet一文,指出要借鉴互联网即插即用和自愈性的特点,将传统电网转变为智能、响应和自愈的数字网络,支持储能设备和分布式发电设备的接入,即建设能源互联网。

2008年美国国家科学基金资助FREEDM(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management Systems)项目,提出能源互联网的建设理念是将原有的集中式转变为分布式,在电力电子、数字通信和分布式控制技术的支撑下,建立具有智能的革命性电网架构来消纳大量分布式能源。同年,德国联邦经济技术部与环境部发起E-Energy项目,历时4年,实施了能源互联网的6个示范项目。

2011年,美国学者杰里米·里夫金发表著作《第三次工业革命》,书中指出一种新的能源利用体系将出现,即能源互联网。里夫金认为能源互联网是第三次工业革命的核心,其希望借助ICT技术和智能电网,将各类分布式发电设备、储能设备和可控负荷有机整合,从而为用户供应清洁便利的能源,并让用户可以参与到能源的生产、消费与优化的全过程。2012年中文版《第三次工业革命》出版,国内开始重视对能源互联网的讨论与研究。

2014年7月,国家电网公司提出建设全球能源互联网构想,并于2015年2月3日出版《全球能源互联网》一书。全球能源互联网是以特高压电网为骨干网架,并以输送清洁能源为主,以实现“一极一道”为目的构建的跨国乃至跨洲大型能源网络。基于国内和国际社会的共同支持,由中国国家电网公司发起成立了全球能源互联网发展合作组织,以“推动构建全球能源互联网,以清洁和绿色方式满足全球电力需求”为宗旨,促进中国与周边国家能源的互联互通。

2016年2月,国家发展和改革委员会、国家能源局、工业和信息化部联合下发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,意见指出:“‘互联网+’智慧能源(以下部分简称为能源互联网)是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态,包括设备智能、信息对称、多能协同、系统扁平、供需分散、交易开放等重要特征。”2016年12月,国务院又发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》,表明国家将大力发展建设能源互联网。

2019年是我国能源互联网相关政策发布最频繁的一年。全年共发布304项国家政策(含标准导则),其中部门规章及中央规范性文件达251项。2019年5月,《国家标准化管理委员会、国家能源局关于加强能源互联网标准化工作的指导意见》发布,指出:到2025年,我国形成能够支撑能源互联网产业发展和应用需要的标准体系,制定50项以上能源互联网标准,涵盖主动配电网、微能源网、储能、电动汽车等互动技术标准,全面支撑能源互联网项目建设和技术推广应用。

2020年,国家电网公司提出建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业战略目标,深度贯彻习近平总书记国家能源安全发展战略,推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命,全方位加强国际合作,把能源互联网企业作为公司发展新战略。主要体现为走符合中国国情的电网转型发展和电力体制改革道路,利用互联网技术改造提升传统电网,推动电网向能源互联互通、共享互济发展。

同年,我国提出2030年前碳达峰和2060年前碳中和新战略目标,强调主动提高国家自主贡献指标,这对国内加速绿色低碳转型和长期低碳发展战略的实施,以及推进全球气候治理进程都将发挥重要指引作用。当前电力行业二氧化碳排放约占中国能源活动二氧化碳排放的40%,推进电力部门脱碳、加速终端能源的电气化是推动能源系统低碳转型和长期温室气体减排的关键手段。

在“双碳”背景下,2021年4月国家电网公司主办了第四届数字中国建设峰会能源互联网分论坛,以“双碳引领能源互联,数据驱动创新发展”为主题,与各界专家学者共同探讨、交流能源互联网的数字化发展升级,构建多元化清洁能源供应体系,实现能源清洁低碳安全高效利用,全面推进数字化和清洁化,服务“碳达峰、碳中和”目标的实现。分论坛上,国家电网公司发布了《国家电网公司能源互联网规划》,遵循“四个革命、一个合作”能源安全新战略,紧密围绕实现双碳目标和构建新型电力系统,规划建设能源互联网。

如今,国内外不同组织机构针对能源互联网提出了差异化的概念与名称,侧重点都有所不同。可以将现有概念大致分为三类。

(1)以德国E-Energy、美国FREEDM、日本Digital Grid和里夫金Energy Internet为代表,主要特点是侧重能源信息融合,利用电力电子、信息通信和互联网等技术进行能量的控制与信息的实时共享,实现能源共享和供需匹配,从而消纳可再生能源。

(2)以综合能源系统和新奥泛能网为代表,主要特点是侧重多种能源耦合,通过电、热、冷、气等不同能源系统之间互联。一方面通过多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行,协同管理、交互响应和互补互济提高能源利用效率,另一方面在满足系统内多元化用能需求的同时,通过将电能转换为热、冷、天然气、电动汽车储能等实现可再生能源的消纳。

(3)以国家电网公司为代表,前期主要提出全球能源互联网,侧重于全球电力互联,综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术,将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来,从而实现不同区域不同类型新能源的跨区消纳。当前主要侧重于中国发展特色,建设以电为中心、以能源为对象、以智能电网为基础、以物联网为支撑,充分运用现代能源技术、现代信息通信技术和控制技术,实现绿色能源发展、多能互补、实时精准互动、广泛而智能互联的智慧能源网络。