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1、能源互联网技术实现路径及实践的分析 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档， 请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事 如意！在互联网高度发达的今天，信息对个人与公司的 决策选择、国家的政策制定均产生影响。信息经济学 是运用信息科学和经济学的方法从信息和经济的各个 方面研究信息经济的基本理论、发展规律、运行机制 和运作方法的一门学科，其主要研究的重点之一是信 息对经济的影响。信息经济学认为，市场信息的透明 是建立完全竞争市场的基础，市场信息流通越充分， 资源将越趋近于最优化配置。互联网正是一种快捷的传递信息的手段，有助于 降低和消除信
2、息的不对称o 2015年国务院发布关于 积极推进“互联网+”行动的指导意见，希望进一步激 发互联网与各领域的融合发展，促进中国经济提质增 效升级。由于信息的不对称会产生交易成本，互联网 可以提高信息的传播速度和传播量，降低信息不对称, 从而降低交易成本,实现信息经济学中的帕累托最优, 继而达到市场在资源配置中起决定性作用的目标。目 前，在我们身边成功运用互联网改造行业发展业态的 案例比比皆是，例如阿里巴巴、京东、滴滴等，其成 功的核心均是利用互联网打造平台战略，通过互联网 零边际成本、规模效应的特点，培育客户消费习惯， 提高客户对公司产品及服务的需求粘度，降低中间成 本和交易成本。能源是人类活
3、动的物质基础。尽管能源的形式多 种多样，但是，经济性始终是能源的首要特征。我国 正处于工业化发展阶段，能源需求巨大，而社会、经 济的可持续发展对我国能源行业的发展提出了新的要 求。鉴于互联网的突出优势和在经济社会各领域的成 功实践，互联网与能源的结合也逐渐成为传统能源行 业自我改造及转型升级的必然选择。1能源互联网的发展历程能源互联网的提出经历过几个阶段。自20世纪 以来，信息和通信技术领域的大量变革创新，为能源 领域的进一步提升和发展提供了技术支持。在各种技 术的推动下，能源领域先后出现了智能电网，综合能 源系统与多能源系统以及能源互联网。目前较为主流 的看法有三种能源互联网模式。以分布式可
4、再生能源为中心的能源互联网美国学者里夫金先后在其著作第三次工业革命 中提到的能源互联网，以可再生能源为主要一次能源, 产销一体成为能源生产与消费主要形式，由于可再生 能源低能量密度、分散式的特点引发了产销者之间的 合作意识，从而使得基于互联网技术建立开放网络、 实现广域能源共享成为必然;这种网络支持超大规模 分布式发电系统与分布式储能系统自由接入网络。其 所倡导的能源互联网的内涵大体就是：从化石能源走 向可再生能源，从集中式生产走向分布式生产，从封 闭走向开放，从产权独占走向协同共享。以跨区域电力输送为核心的能源互联网全球能源互联网方案由中国国家电网公司提出， 它是以特高压电网构建骨干电网，跨
5、国输送清洁能源 为主。该方案积极贯彻国家“一带一路”战略构想，是 提高中国在国际能源领域影响力的首要举措，是未来 能源互联网发展的重要方向之一。但是，国际间的任 何能源合作与网络互连，均涉及复杂的政治博弈，其 实现的壁垒不在技术层面。该方案在短期内实现的可 能性较低。以综合能源系统为核心的能源互联网综合能源系统及多能源系统（以下统称综合能源 系统）就是对能源系统中存在的不同能源形式进行优 化组合，如热电冷联供发电机组通过高低品位热能的 协调优化，以达到提升燃料利用效率的目的。因此， 综合能源系统就是在规划、建设和运行等过程中，通 过对能源的产生、传输与分配（能源网络）、转换、存 储、消费等环节
6、进行有机协调与优化后，形成能源产 供销一体化系统。按能源形式划分，综合能源系统主 要由电力系统、天然气系统（含氢系统）、热力系统（含 供热、供冷）以及未来电气化后的交通系统等子系统构 成。2符合我国能源禀赋特点的能源互联网综合已有的各种定义与诠释，能源互联网实现了 电力系统、天然气系统、供热系统和交通系统的耦合、 互通和融合，如图1所示。能源互联网发展的最终形 态是实现大能源系统的重塑与融合。电力是各种形式 能源产品的最重要的消费方式，是经济、能源市场发 展的晴雨表，同时控制手段丰富。因此，未来汇聚多 种能源系统的能源互联网必将以电力系统为核心，其 他系统为辅的复杂网络形态。现阶段，能源互联网
7、在中国的现实意义主要有两 点：一是通过能源互联网中“源-网-荷-储”中“源源 互补”、“源网协调”、“网荷储互动”3种方式实现协 调优化，从而扩大可再生能源并网规模，克服供应侧 与负荷侧双侧随机性带来的挑战，弥补我国目前电源 结构中灵活性资源不足的缺陷；二是通过互联网手段 改造我国的电、气、热以及交通等传统行业，提高市 场透明度，减少中间环节，降低用能成本，提高能源 利用效率。从发展方向来看，一方面，在不同能源形式的纵 向产业链上面，通过消除和简化能源生产、运输、配 送到消费各个环节中的非必要流程，提高能源利用效 率;另一方面，在不同能源之间构建横向平台，梯级利 用能源，发挥不同能源品位高低的
8、特点，提高能源利 用效率。但是，在能源互联网的探索中，美国、欧洲、 日本对能源互联网均有各自不同的侧重点，因此我国 也应该以国家的资源禀赋条件为前提实践能源互联 网。未来的能源必然转向以可再生能源为主，风能、 太阳能、水能将成为主要的一次能源。在我国中东部 地区，能源需求强度高，但是各种自然资源非常有限， 风能、太阳能由于自身能量密度较低，所以，可再生 能源供给方式无法满足中东部地区的能源需求；在我 国西北部地区，不仅集中了我国主要煤炭、石油、天 然气等化石资源，而且蕴含着丰富的风能、太阳能等 非化石能源。因此我国未来的能源互联网将形成以中 东部可再生能源优先就地平衡、西北部化石能源和非 化石
9、能源管网集中单向输送的格局。3能源互联网的技术实现路径能源互联网不同于其他行业+互联网，其突出的 特征是保持供给侧与负荷侧、生产侧与消费侧的实时 平衡。结合能源实时平衡的特征，根据上述能源互联 网的现实意义，现阶段能源互联网的实现路径可分为 3大类：一类是通过大能源系统的降阶简化，将寻求 整体解决方案转为局部问题优化，各能源互联网局域 网络、本地化网络在内部能源消费供给自平衡的基础 上,再寻求外部能源的支撑;另一类是通过储能环节实 现供给侧与负荷侧的解耦，利用储能环节缓冲供给侧 的随机波动性，按需配给负荷侧对能源的需求，同时 保证供给侧的持续高效生产，提高供给侧产能利用率; 第三类是通过跨能源
10、种类的优化，发挥不同能源各自 的优势，以综合能源效率最高的形式，解决能源供给 侧与负荷侧的实时平衡。能源微网能源微网的建立实际是通过局部优化替代整体决 策。集中决策的优点是可以实现全局的整体优化，但 其实现的前提是需易于建立研究对象数学模型。从控 制论的观点来看，集中决策的特点在于准确获取对内 控制对象、对外扰动信息，依据这些信息集中进行控 制决策。因此，当整个系统阶数较低、数学模型较简 单时，系统外部扰动信息没有动态变化，决策中心有 能力掌握绝大部分系统信息时，整体决策是科学、有 效的。然而，随着系统阶数增加，系统外部扰动信息 量实时变化时，决策中心全面获取系统信息，并针对 每个系统环节的利
11、益关注，构建协调全局优化并兼顾 个体需求的集中决策模型的难度将大大增加。最终， 当系统规模和外部扰动信息获取成本增加到一定程 度，集中决策将变得不科学、不可行。分散化的微平衡决策，依控制论观点就是一个完 全由市场机制决定的负反馈闭环控制系统，在这个系 统中，市场环境中的客观规律充分作用。这时的子系 统（市场主体）直接面对市场多变环境，参与市场竞争, 作出各种决策，因此子系统对于内部变化和外部干扰 极为敏感，适应能力强。以电力系统、油气系统、热 力系统为主体构成的能源系统规模庞大，体系复杂。 因此，能源系统整体层面的信息快速处理、科学决策 变得越来越困难，需要进行分散化处理，对系统进行 降阶简化
12、，以便于子系统简单数学模型下局部自平衡 决策的形成。互联网技术的发展降低了信息获取成本，加快了 信息流通速度，缩减了信息传递环节，为分散化交易 提供了可能。因此，与传统能源、电力行业相比，能 源微网中的自平衡实现了个别能源供应者和消费者之 间的自发、自主的能源交易，实现局部的自我平衡， 垂直层级集中决策的管理运营方式向分散化决策的局 部微平衡转变。储能技术由于风电和光伏发电具有低能量密度、波动性和 间歇性的特征，导致未来新增电力装机的容量置信度 较低，电力系统供电可靠性存在下降的可能。以电储 能为主要代表的储能技术具备双向功率调节能力和灵 活调节特性，可以显著提高系统对分散可再生能源的 接纳能
13、力。一方面满足了负荷侧对电力随机、波动性 的需求另一方面，在用电低谷期将风电、光伏发电电 能储存起来，待用电高峰期再释放，降低对燃煤电厂 调峰调频的要求，使得燃煤电厂保持在较高的运转效 率，减少燃煤电厂的污染物排放，实现供给侧与负荷 侧的解耦。对于电力系统应用而言，储能系统的基本技术特 征体现在功率等级及其作用时间上，储能的作用时间 是区别于电力系统传统即发即用设备的显著标志，是 储能技术价值、电力时间的重要体现。储能所拥有的 这一独特技术特征将改变现有电力系统供需瞬时平衡 的传统模式，在能源革命中发挥重要作用。综合能源系统传统的能源系统运行、规划局限于电、气、热冷） 等单一能源形式系统的内部
14、，无法充分发挥它们之间 互补优势和协同效益。综合能源系统作为能源互联网 中的物理部分，能为多种能源协调、综合利用提供平 台，通过各种热一电、电一气、气一电一热等耦合装 置实现多系统优化。一方面，作为核心的电力系统目 前无法解决大规模高效存储电力储能问题，综合能源 系统将电力系统中无法有效解决的储能问题提升至整 个能源相关系统的层次，建立统筹协调，利用天然气 系统、热力系统及电气化的交通系统在能量储存方面 的特点弱化供给侧与负荷侧的强耦合联系。另一方面, 负荷侧对能源需求多样化、随机性的客观要求为综合 能源系统从能量梯级利用的角度解决不同能源形式的 组合提供了可能。多种能源协调运行，可发挥不同系
15、统的优势和潜 力，丰富可再生能源消纳途径，扩大可再生能源消纳 空间，促进可再生能源的消纳。同时，多种能源的统 筹考虑可以在更大范围内实现资源优化配置，提高能 源利用效率。4神华集团能源互联网实践神华集团是以煤为基础，集电力、铁路、港口、 航运、煤制油与煤化工为一体，产运销一条龙经营的 特大型能源企业，是目前我国规模最大、现代化程度 最高的煤炭企业和世界上最大的煤炭供应商。目前， 神华集团在清洁能源发展战略的指引下，沿着化石能 源清洁化、新能源规模化两条路径积极实施转型发展。 为推进清洁能源战略落地，神华集团正在全方位、多 领域开发建设能源互联网项目，在能源微网、综合能 源系统以及储能技术研究等
16、方面重点开展工作。北七家能源微网在北京神华北七家科技园区围绕3000kW分布式 光伏发电系统构建源一储一荷型小型微电网，实现微 电网的孤岛转并网、并网转孤岛方式的自动切换。并 网运行模式下，光伏发电系统、蓄电池储能系统、氢 储能系统并网运行，储能用双向逆变器既可以在并网 充电模式下也可以在并网放电模式下工作；孤岛运行 模式下，以电池储能系统和氢储能系统（双向）作为独 立运行模式的主控单元，双向储能逆变器无缝切换， 电池向母线供电，光伏发电、负载正常运行，实现系 统孤岛运行。通过部署分布式光伏发电系统和能源传感器系 统，并利用物联网技术，研究开发基于大数据技术的 分布式能源供需双侧资源协同优化调度系统，构建多 类能源耦合运行、智能运维的智能微网综合开发运营 平台系统，帮助电力的经营管理者挖掘用能数据，完 成高度精确的预测需求，为能源用户提升用能、用电 体验，引导其有意识地调整优化自身用电方式，从而 实现显著的节能降耗。氢储能及电池储能系统除了传统
