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能源互联网现有技术大盘点
绿色焦点
IGEA编辑01
2015-11-15
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       欧盟

        国际上针对能源互联网进行了广泛的研究,着力研究下一代能源系统。下面对欧盟、美国、中国提出的能源互联网构想和相关项目及进行介绍、分析。


        2008年12月德国联邦经济和技术部发起一个技术创新促进计划,以信息通信技术(information and communication technology,ICT)为基础构建未来能源系统,着手开发和测试能源互联网的核心技术。2011年欧洲启动了未来智能能源互联网(future internet for smart energy,FINSENY)项目,该项目的核心在于构建未来能源互联网的ICT平台,支撑配电系统的智能化,并开拓新的创新服务。在此之前,瑞士相关政府机构和产业集团发起了对智能能源互联网远景的研究工作,德国开展了以ICT为基础构建未来能源系统的开发和测试工作。

        1)欧盟Future Internet for Smart Energy。

        该项目的核心工作是ICT与能源部门协作,识别智能能源系统的需求;通过分析智能能源场景,识别ICT需求,开发参考架构并准备欧洲范围内的试验,终形成欧洲智能能源基础设施的未来能源互联网ICT平台。该项目旨在解决当前配电系统面临的挑战:

        ①  成分布式和间歇性发电,如热电联产,太阳能和风力发电;

        ②集成智能楼宇和微网;

        ③居民和商业用户的个人体验、用能引导以及用户参与在能源市场中发挥越来越重要的作用;

        ④削减高峰负荷;

        ⑤支持作为移动负荷的电动汽车充电基础设施;

        ⑥激活新的电力市场电子化交易及信息服务。通过LTE(4G)、物联网、互联网服务、云计算等先进技术,构建能源互联网ICT平台,传送中低压配电系统功率、能量及运行相关的控制管理数据、交易和服务信息,实现配电网、微网、智能楼宇、电动汽车等各种资源端到端连接和智能控制、管理,激活需求响应、辅助服务、电能交易等电子化能源市场及服务。

        2)德国E-Energy项目-基于ICT的未来能源系统。

        德国联邦政府宣布将E-Energy作为一个国家性的“灯塔项目”,旨在推动基于ICT技术的高效能源系统项目。E-Energy计划已经选取了6个示范项目,分别由6个技术联盟来负责具体实施。这6个示范工程围绕低碳环保、经济节能的目标,开展大规模清洁能源消纳、节能、双向互动等方面的示范工作。

 
 
        3)瑞士Vision of Future Energy Networks。

        该项目是瑞士联邦政府能源办公室和产业部门共同发起的一个研究项目,该项目的重点是研究多能源传输系统的利用和分布式能源的转换和存储,开发相应的系统仿真分析模型和软件工具。

        项目提出未来能源互联网两个远景元素,一是通过混合能源路由器(hybrid energy hub)集成能源转换和存储设备;二是通过一个称之为能源内部互联器(energy interconnector)的设备实现不同能源的组合传输,如电力和气态能源通过地下管道组合传输。能源路由器实现不同能源载体的输入、输出、转换、存储,是能源生产、消费、传输基础设施的接口设备。该文指出,这样的混合能源路由器有许多可用的场景,如工厂、大型楼宇、城市和农村集中居住区、独立运行的电力系统(火车、轮船等)。

        美国

        美国未来学家里夫金2012年发布中文版《第三次工业革命》,把两种不同的技术(可再生能源与互联网)连接在一起,描绘了新的、充满活力的能源互联网,在我国引起广泛关注。2008年,美国国家科学基金项目启动“未来可再生电能传输与管理系统”(the future renewable electric energy delivery and management system,FREEDM),开展配电系统能源互联网研究。

        1)美国著名未来学家杰里米•里夫金提出的能源互联网。

        杰里米•里夫金指出未来能源体系的特征是能源生产民主化、能源分配分享互联网化,即组建以可再生能源+互联网为基础的能源共享网络,在能源通过分散的途径被生产出来之后,利用互联网创造新的能源分配模式。该文提出的新经济五大支柱如表2所示。


 
        实际上,杰里米•里夫金提出的能源互联网实现4种能源元素(可再生能源、分布式发电、分布式储能、电气化交通)+互联网,实现能源全球共享互联网络。

        2)美国未来可再生电能传输与管理系统项目。

        美国国家科学基金项目未来可再生电能传输与管理系统FREEDM,研究一种构建适应高渗透率分布式可再生能源发电和分布式储能并网的高效配电系统,称之为能源互联网(energy internet)。这种新型配电网主要能力是:


        允许分布式电源和分布式储能随时随地并网、即插即用;通过分布式网络智能软件管理负荷、分布式电源和分布式储能;通过一个创新性的接口(固态变压器)与负荷、分布式电源、分布式储能实现互联;具有一个骨干通信基础设施;具有一个创新性的故障保护装置(fault isolation device,FID);可脱离主网独立运行并可适应100%可再生能源;具有完美的电能质量并保证系统稳定;具有高效率,交流系统部分具有单位功率因数。

        该项目所提出的能源互联网主要面向高渗透率分布式电源并网,具有三个典型特征,如表3所示。


 
        该项目所提出的能源互联网主要特点是通过固态变压器接入中压配电网的多种负荷、储能设备及可再生能源转换成电能后可实现即插即用、故障快速检测和处理、配电网智能化管理;在中压配电网还是以交流方式传输电能,直流负荷、分布式电源在固态变压器的接入端口接入中压配电网。

        中国

        2014年7月国家电网公司董事长刘振亚在美国IEEE会议上发表署名文章,提出构建全球能源互联网。北京市电力公司牵头承担国家科技部863课题“交直流混合配电网关键技术”等项目研究,开展城市能源互联网技术研究和示范应用。中国电力科学研究院牵头承担国家电网公司基础前瞻性项目“能源互联网技术架构研究”,着力构建未来能源互联网架构;依托该项目及相关技改项目支撑,搭建相应的能源互联网研究平台。我国国防科技大学、清华大学、天津大学也从关键技术、关键设备等方面开展了能源互联网的研究工作。

        1)全球能源互联网。

        全球能源互联网是以特高压为骨干网架(通道),以输送清洁能源为主导,全球互联泛在的坚强智能电网。全球能源互联网将由跨国跨洲骨干网架和各国各电压等级电网(输电网、配电网)构成,连接“一极一道”(北极、赤道)和各洲大型能源基地,适应各种分布式电源需要,能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户。全球能源互联网实现各种清洁能源、化石能源转换成电能后传输,并与其他传统能源传输方式(如铁路、管道等)分工协作、优势互补;作为连接各类电源和用户的网络枢纽,可优化配置电源资源和用户资源,并成为全球能源交易的载体;同时还可将清洁能源送至千家万户,提供增值的公共服务。

        2)北京延庆能源互联网示范。

        北京市电力公司承担的国家科技部863课题“交直流混合配电网关键技术”和国家电网公司科技项目“分布式能源高渗透率的交直流混合主动配电网运行生产管控关键技术研究”,在延庆利用柔性直流技术升级改造现有配电网,建设拓扑灵活、潮流可控的多源协同主动配电网,示范建设城市能源互联网,支持高渗透率分布式能源的灵活接入和充分消纳,实现与智能微电网的协同互动,提升能量传输网络的优化配置能力,提高用户的电能质量和供电可靠性。该项目在八达岭经济开发区建设一座10kV交直流混联开闭站,通过三端口柔性直流环网控制装置实现3条10kV交流母线互联,从而将周边智能微电网群、光热电站和园区光伏接入开闭站。


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