能源互联网“源网荷储”协调优化运营模式及关键技术.pdf
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第40卷第1期电网技术Vol.40No.12016年1月PowerSystemTechnologyJan.2016文章编号:
1000-3673(2016)01-0114-11中图分类号:
TM72文献标志码:
A学科代码:
47040能源互联网“源网荷储”协调优化运营模式及关键技术曾鸣1a,杨雍琦1a,刘敦楠1a,曾博1a,欧阳邵杰1b,林海英2,韩旭1a(1华北电力大学a新能源电力系统国家重点实验室,b经济与管理学院,北京市昌平区102206;2国网信通产业集团北京中电普华信息技术有限公司,北京市海淀区100085)“Generation-Grid-Load-Storage”CoordinativeOptimalOperationModeofEnergyInternetandKeyTechnologiesZENGMing1a,YANGYongqi1a,LIUDunnan1a,ZENGBo1a,OUYANGShaojie1b,LINHaiying2,HANXu1a(1.a.StateKeyLaboratoryforAlternateElectricalPowerSystemWithRenewableEnergySources,b.SchoolofEconomicsandManagement,NorthChinaElectricPowerUniversity,ChangingDistrict,Beijing102206,China;2.BeijingChina-PowerGridInformationTechnologyCo.,Ltd.,StateGridInformation&TelecommunicationGroup,HaidianDistrict,Beijing100085,China)ABSTRACT:
EnergyinternetisthekeytoachieveenergyreformgoalsinChinaandinternettechnologieswillbecriticalmethodtofurtherpromotetransformationanddevelopmentofChinasenergysector.Thispaperpresentedbasicconceptandmainfeaturesofenergyinternetandanalyzedfunctionsofsmartgridinenergyinternetoperation.Ageneralizedcoordinativeoperationmodel“generation-grid-load-storage”ofenergyinternetwasproposed.Keytechnologiestorealizecoordinativeoperationofenergyinternetwassummarized.EnergyinternetprojectsinChinaandabroadwereanalyzed.Finally,policysuggestionswereproposed.KEYWORDS:
energyinternet;coordinativeoptimization;generation-grid-load-storage;keytechnologies摘要:
能源互联网是实现我国能源革命目标的关键,而互联网技术将成为推动我国能源产业转型和发展的重要手段。
首先阐述了能源互联网的基本概念和主要特征,在此基础上分析了智能电网在能源互联网体系中的定位和作用,提出了能源互联网广义“源网荷储”协调优化运营模式。
其次总结了实现能源互联网协调优化的关键技术,分析了国内外能源互联网项目的实践经验,并提出我国发展能源互联网的政策建议。
关键词:
能源互联网;协调优化;源网荷储;关键技术DOI:
10.13335/j.1000-3673.pst.2016.01.016基金项目:
国家软科学研究计划项目(2012GXS4B064);国家自然科学基金资助项目(51277067,71271082);中央高校基本科研业务费专项资金资助(2015XS43)。
ProjectSupportedbytheNationalSoftScienceResearchPlan(Grantno.2012GXS4B064)ofChina;NationalNaturalScienceFoundationofChina(Grantno.71271082and51277067);theFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities(Grantno.2015XS43).0引言近年来,随着环境污染问题的日益严重,传统的攫取和依赖不可再生资源的增长方式已经不能维持我国经济社会发展,以石油和煤炭为核心的化石能源时代即将结束,我国将要面临的是新能源和化石能源互补的“混合能源时代”。
在这种情况下,我国亟需以新一轮技术革命、产业革命为支点,从以往粗放的发展模式转变为更为集约、可持续的发展模式。
杰里米里夫金在其著作第三次工业革命中提出了能源互联网的未来发展蓝图,刻画出一种以可再生能源为主要能量单元,利用互联网技术实现能量流与信息流实时流动,多种能源供应、传输网络及能源技术、信息技术高度耦合的新型能源利用体系1。
构建能源互联网不仅需要依靠能源技术自身的创新,同时强调能源技术与其他领域先进技术的相互融合,也需要能源体制乃至能源生产消费模式的变革,总的来说,能源互联网是对人类社会生活方式的一次根本性革命。
当前我国正处在能源革命的关键时期,而“互联网+”概念的提出则预示着我国能源行业发展将要进入一个全新的历史阶段。
能源互联网的建设能够在能源技术、生产、供应等多个环节激发“链式变革”,这主要体现在以下2个方面:
1)构建能源互联网是解决我国严峻能源环境问题的关键手段。
我国的能源结构不尽合理,导致目前我国社会发展与能源消费之间的矛盾日益突第40卷第1期电网技术115出2-3。
能源互联网能够在最大程度上提高能源利用效率,引导能源消费向着集约化、清洁化的方向发展,缓解上述矛盾的同时进一步提高我国能源安全水平。
2)建设能源互联网是推动我国能源革命的重要途径。
互联共享、高度开放的互联网理念将加深能源行业内部、能源行业与其他行业的相互融合,促进我国能源行业的产业布局向着精细化、多元化的方向转型发展4-5。
目前国内外有关能源互联网已经有了较为初步的研究,如分析了国外能源互联网工程实践情况6、能源互联网的技术内涵和技术特征7-8、能源互联网的价值与实现架构9。
文献10分析了网络拓扑结构模型及其物理信息系统;文献11展望了电网信息物理系统在能源互联网、主动配电网以及传统电网中的应用;文献12从能源供给和能源消费、能源输送载体、多源大数据以及协同优化调控等几个方面详细阐述了城市能源互联网的应用框架模型。
从目前国内外有关能源互联网的文献研究可以看出,关于能源互联网概念、基本框架、关键技术等内容的讨论分析较多,而对其关键运营模式、运营机制的研究内容则较少。
电力作为关键的二次能源,必将成为能源互联网建设、运营的核心和纽带,因此本文将在分析研究能源互联网基本概念与体系架构的基础上,将电力系统的“源网荷储”协调优化理论进一步扩大化,提出能源互联网广义“源网荷储”协调优化运营模式并分析其关键技术与实践基础,提出相应的实施建议。
1能源互联网基本概念及主要特征1.1能源互联网基本概念对于如何定义能源互联网,应当以我国能源电力未来到底要解决什么问题为导向。
综合当前我国能源开发利用现状,首要任务是节能减排及提高可再生能源开发利用效率。
而电力系统作为一种重要的二次能源,能够将清洁能源转化为可供使用的直接能量和动力,因此在能源互联网中电力系统将发挥链接一次能源与二次能源的重要枢纽作用13-14。
然而,能源互联网并不是简单的智能电网的升级版或者电力系统及其他能源系统的升级版,而应当强调各个能源体系之间的相互协调15。
从能源角度讲,未来的能源互联网不仅包括电能及电力系统,还应当包括煤、石油、天然气等传统化石能源以及风、光等清洁能源;从网络角度讲,不仅包括电网,还包括油气网、供热网等多种形式的网络结构16。
综上所述,能源互联网的定义应当是:
以互联网技术为基础,以电力系统为中心,将电力系统与天然气网络、供热网络以及工业、交通、建筑系统等紧密耦合,横向实现电、气、热、可再生能源等“多源互补”,纵向实现“源网荷储”各环节高度协调,生产和消费双向互动,集中与分布相结合的能源服务网络。
其中“源网荷储”协调优化模式是能源互联网的关键运营模式。
1.2能源互联网的主要特征能源互联网将能源行业与互联网思维、互联网技术高度融合,其特征主要有以下4点:
1)开放。
能源互联网在产业层面与技术层面都具有高度的开放特性,为能源行业与其他行业的相互融合提供交流媒介,同时具备普适性的接入端口,能够实现对分布式电源、储能等多种设备的适应性对接,保证能量与信息的双向流动17。
2)互联。
一方面,能源互联网能够保证局部能源设备之间的互联互通,保证分散式能源模块的内部供需自平衡;另一方面,能源互联网能够保证分散式能源模块与集中式能源模块之间的互联协调,发挥两者之间的互补协同作用,有效提高系统运行的安全性与经济性。
3)对等。
能源互联网将改变各能源传统网络“自上而下”的组织形式,各参与主体即是“生产者”又是“消费者”,各能源设备都具备发出与接收能量及能量信息的能力,在智能化的信息处理和能量流动过程中,各能量节点都是平等的18。
4)分享。
能源互联网终端包括大量能源信息交互设备,这使得能源互联网成为各能量节点、信息节点之间进行能量流和信息流双向流动的平台,每个能源节点都有获取数据信息的权限与能力,这将进一步促进能源资源在广域范围内的优化配置19。
2能源互联网背景下广义协调优化运营模式2.1智能电网在能源互联网体系中的定位及作用自“智能电网”的概念提出后,随着电力电子技术、通信技术、自动控制技术以及大数据技术的发展,智能电网的概念和内涵也不断得到深化和发展,从最早强调电网自动控制与保护,逐步发展到注重网络信息流的价值以及电网中能量流与信息流的整合。
目前智能电网已经能够将ICT技术、自动远程控制技术和原有的输、配电基础设施高度集成20。
在能源互联网架构下,传统能源体系将被重构为扁平化的能源体系结构21-22。
在这个过程中,作116曾鸣等:
能源互联网“源网荷储”协调优化运营模式及关键技术Vol.40No.1为我国目前能源体系中最为重要的二次能源,电力将是链接能源生产与能源需求、清洁能源与直接可用能量、清洁能源与传统化石能源的重要途径,也是实现能源互联网中能源生产、运输、市场消费等各个环节之间协调互补的关键22-23。
因此,智能电网应当是能源互联网的基础支撑平台和资源配置中心,发挥重要的核心及纽带关系24-26。
2.2传统“源网荷储”运营模式电力系统“源网荷储”运营模式最早在文献27-28中提出,并且在文献29中做了相应的深化。
从传统意义上讲,“源网荷储”协调优化模式与技术是指电源、电网、负荷与储能四部分通过多种交互手段,更经济、高效、安全地提高电力系统的功率动态平衡能力,从而实现能源资源最大化利用的运行模式和技术,该模式是包含“电源、电网、负荷、储能”整体解决方案的运营模式30-31。
该模式主要包含以下4个方面:
1)源源互补。
“源源互补”强调不同电源之间的有效协调互补,通过灵活发电资源与清洁能源之间的协调互补,克服清洁
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