文/沈 洲 周建華 袁曉冬 楊 偉，.南京理工大學(xué)自動化學(xué)院，江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院 （經(jīng)過刪減）
隨著化石能源的不斷發(fā)現(xiàn)與開采，人們逐步重視常規(guī)能源日益枯竭和環(huán)境保護等問題，世界各國也正積極探索各種不同類型的新能源。 目前，可供使用的新能源（如風(fēng)能、太陽能等）存在分布過于分散、隨機性程度高、能量轉(zhuǎn)化效率低和使用成本偏高等一系列問題，使得新能源的大規(guī)模發(fā)展和推廣受到制約。 為構(gòu)建新能源大規(guī)模推廣應(yīng)用的理論體系框架，在2003 年部分科研項目和媒體宣傳資料中出現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)內(nèi)涵， 其后出現(xiàn)了諸多學(xué)術(shù)研究熱點，如智能電網(wǎng)、堅強智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)、微網(wǎng)、智能微電網(wǎng)等。 2008 年美國國家科學(xué)基金（NSF）項目未來可再生電力能源傳輸與管理系統(tǒng)明確提出了能源互聯(lián)網(wǎng)這一學(xué)術(shù)概念，指出能源互聯(lián)網(wǎng)是一種構(gòu)建在可再生能源發(fā)電和分布式儲能裝置基礎(chǔ)上的新型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。
1能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵和特點
1.1能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵
能源互聯(lián)網(wǎng)與之前出現(xiàn)過的智能電網(wǎng)、堅強智能電網(wǎng)、智能配電網(wǎng)、微網(wǎng)、智能微電網(wǎng)等相關(guān)概念并不矛盾?？梢赃@樣認(rèn)為，能源互聯(lián)網(wǎng)是 Internet 式的智能電網(wǎng)。 具體來說，能源互聯(lián)網(wǎng)是在現(xiàn)有能源供給系統(tǒng)與配電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過先進的電力電子技術(shù)和信息技術(shù)，深入融合了新能源技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將大量分布式能量采集裝置和分布式能量儲存裝置互聯(lián)起來，實現(xiàn)能量和信息雙向流動的能源對等交換和共享網(wǎng)絡(luò)。 以可再生能源發(fā)電為基礎(chǔ)構(gòu)建的能源互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過智能能量管理系統(tǒng)實現(xiàn)實時、高速、雙向的電力數(shù)據(jù)讀取和可再生能源的接入。
1.2能源互聯(lián)網(wǎng)的特點
能源互聯(lián)網(wǎng)是新型電力電子技術(shù)、 信息技術(shù)、分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲能技術(shù)的有機結(jié)合，具有以下特點：
（1） 能源來源的種類廣泛。 能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電體系包括常規(guī)能源、大規(guī)模新能源和大容量儲能，以可再生能源發(fā)電的廣泛應(yīng)用為基礎(chǔ)， 包容多種不同類型的發(fā)電形式。 然而，可再生能源發(fā)電具有模糊性和隨機性，其大規(guī)模接入對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生沖擊， 從而促使傳統(tǒng)的能源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型為能源互聯(lián)網(wǎng)。
（2） 能源來源的地域分散。 可再生能源具有較強的地域性特點，來源分散，不易輸送。 為了最高效地收集和使用可再生能源，需要建立就地收集、存儲和使用能源的網(wǎng)絡(luò)，這些能源網(wǎng)絡(luò)單個規(guī)模小，分布范圍廣，每個微型能源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)的一個節(jié)點。
（3） 不同能源之間互聯(lián)。 能源互聯(lián)網(wǎng)是以大規(guī)模分布式電源應(yīng)用為基礎(chǔ)， 然而大部分微型能源網(wǎng)絡(luò)并不能保證自給自足，因此，需要將每個微型能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來進行能量交換。 能源互聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)上將分布式發(fā)電、儲能、智能變電和智能用電組成的微型能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。
（4） 能源網(wǎng)絡(luò)共享開放。 能源互聯(lián)網(wǎng)不僅具備傳統(tǒng)電網(wǎng)的供電功能，還提供能源共享的公共平臺，系統(tǒng)支持小容量可再生能源發(fā)電、智能家電、電動汽車等隨時接入和切出，真正做到即插即用。 傳統(tǒng)用戶不僅是電能使用者，還是電能的創(chuàng)造者，可以沒有任何阻礙地將
電能傳送到能源互聯(lián)網(wǎng)上并取得相應(yīng)的回報。 從能量交換的角度看，所有微型能量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都是平等的。
（5） 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)融入傳統(tǒng)電網(wǎng)。 傳統(tǒng)電網(wǎng)中已有的骨干網(wǎng)絡(luò)投資大，因此，在能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)中應(yīng)該充分考慮對傳統(tǒng)電網(wǎng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進行改造，并將微型能源網(wǎng)絡(luò)融入到傳統(tǒng)電網(wǎng)中形成新型的大范圍分布式能源共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
（6） 具有很強的自愈功能。 電力系統(tǒng)自愈機制主要是指當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時， 無需或僅需少量的人為干預(yù)， 即可實現(xiàn)自動隔離電網(wǎng)中存在危險或潛在危險的器件，使供電中斷最小化或恢復(fù)其業(yè)務(wù)的一種機制。 能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時，應(yīng)能夠主動隔離故障，實現(xiàn)系統(tǒng)自愈功能，必要時允許孤島運行。
（7） 具備系統(tǒng)運行的高效性。 能源互聯(lián)網(wǎng)通過智能代理終端實現(xiàn)發(fā)電端與用戶設(shè)備之間行為的交互，引入最先進的 IT 和監(jiān)控技術(shù)，既可以對電網(wǎng)運行狀態(tài)進行精確估計，也可以對負荷、發(fā)電端、儲能裝置等進行實時監(jiān)控和管理，合理分配電網(wǎng)資源，提高單個資產(chǎn)
的利用效率，降低運行成本。
（8） 響應(yīng)環(huán)境友好的政策。 能源互聯(lián)網(wǎng)以分布式可再生能源發(fā)電的大量應(yīng)用為基礎(chǔ)， 以建立智能型綠色電網(wǎng)為目標(biāo)，具有綠色、環(huán)保的特點，有利于我國改善能源結(jié)構(gòu)， 也是構(gòu)建資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會的基石。
2 國內(nèi)外能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)概況
為了應(yīng)對未來可再生能源的規(guī)?；茫?在能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想提出之前， 各國均以新能源和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能電網(wǎng)作為培育新興產(chǎn)業(yè)的重點， 有針對性地擬定了發(fā)展戰(zhàn)略和行動路線。
2.1美國以智能電網(wǎng)建設(shè)為先導(dǎo)推動能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)
美國雖然尚未明確提出能源互聯(lián)網(wǎng)， 但其提出的智能電網(wǎng)卻與能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵有諸多相似之處。 美國智能電網(wǎng)技術(shù)主要應(yīng)用在智能電網(wǎng)平臺、 電網(wǎng)監(jiān)控和管理、智能計量、需求方管理、集成可再生能源、充電式油電混合動力車或純電動汽車等方面。早在 2008 年8 月， 美國科羅拉多州的波爾得就完成了智能電網(wǎng)的第一期工程，成為全美第一個智能電網(wǎng)城市。智能電表安裝在波爾得的每戶家里并與電力公司實現(xiàn)雙向通信。消費者不僅可以直觀地了解即時電價，從而錯開用電量和電價的峰平谷階段， 還可以優(yōu)先使用風(fēng)電和太陽能等清潔能源。 智能變電站可收集到每家每戶的用電狀況，一旦出現(xiàn)問題，可以重新配備電力，更為有效、安全和可靠地運行電網(wǎng)。目前，美國政府已經(jīng)在多個州開始設(shè)計智能電網(wǎng)，從 2003 年開始一直致力于智能電網(wǎng)研究的得克薩斯州首府奧斯汀市已開始試運行智能電網(wǎng)。 此外，通用、IBM、西門子、谷歌、英特爾、思科等企業(yè)都積極加入到美國智能電網(wǎng)建設(shè)中， 并展開了激烈競爭。 IBM 將自己的軟件和服務(wù)器應(yīng)用到智能電網(wǎng)系統(tǒng)之中，參與各地的智能電網(wǎng)建設(shè)。思科主攻鏈接計量器、轉(zhuǎn)化器、數(shù)字化電站、發(fā)電廠之間的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通用生產(chǎn)計量器和部分相關(guān)軟件。谷歌 2009 年 2 月將開發(fā)成功的利用電表節(jié)約電費的應(yīng)用軟件 Power Meter在員工家庭試用。
2.2德國以實踐項目探索來大力推進能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
2008 年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術(shù)部在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上選擇了 6 個試點地區(qū)進行為期 4 年的 E-Energy技術(shù)創(chuàng)新促進計劃。 其目標(biāo)是建立一個基于信息和通信技術(shù)實現(xiàn)自我調(diào)控的智能化能源系統(tǒng)， 在整個能源供應(yīng)體系中實現(xiàn)綜合數(shù)字化互聯(lián)以及計算機控制和監(jiān)測的目標(biāo)。
（1） 庫克斯港 eTelligence 項目。 庫克斯港在電能使用方面需要綜合調(diào)節(jié)大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電與供熱需求，該項目利用價格杠桿進行自動控制， 重點對象為生產(chǎn)型企業(yè)和地方用電大戶。
（2） 哈茨可再生能源示范區(qū) RegModHarz 項目 。哈茨地區(qū)的風(fēng)力、 太陽能等自然能源較為豐富且該地區(qū)已經(jīng)建立抽水蓄能水電站， 希望依靠可再生能源聯(lián)合循環(huán)利用實現(xiàn)電力供應(yīng)的最佳調(diào)度， 對可再生能源發(fā)電與抽水蓄能水電站進行協(xié)調(diào)調(diào)度， 使其目標(biāo)效果達到最優(yōu)。
（3） 萊茵 - 魯爾 E-DeMa 項目。 該項目主要希望加強消費者與電力系統(tǒng)之間的互動， 消費者也可以作為小型電力供應(yīng)商發(fā)揮更積極的作用。 即消費者可同時扮演發(fā)電者與電力消耗者的專家消費者角色， 形成專家消費者能源過多或不足時的交易市場。
（4） 亞琛 Smart W@TTS 項目。 該項目希望營建完全自由零售市場。 如果零售商能夠完全自由地采購與銷售，從而可以多角度提升電網(wǎng)的效率，促成符合成本效益和環(huán)保的電力供應(yīng)。
（5） 萊茵 - 內(nèi)卡（曼海姆）MOMA 項目。 該項目采用了開源軟件 OGEMA 直接控制次日價格的提示與家電供電，Energie butler 系統(tǒng)能夠幫助個人管理能源，同時也促進了需求響應(yīng)機制的實現(xiàn)。 比如在電力昂貴或電力不是來自可再生能源時，系統(tǒng)會自動關(guān)閉冰箱。
（6） 斯圖加特 MEREGIO 項目。 該項目利用智能電表及各種 ICT 技術(shù)， 在很大程度上實現(xiàn)對電力生產(chǎn)、電網(wǎng)負荷、電力消耗的自動調(diào)節(jié)，以達到有效控制二氧化碳減排的效果。
2.3 我國以實施堅強智能電網(wǎng)來推動能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)
2009 年 5 月，國家電網(wǎng)公司正式發(fā)布了堅強智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略。 我國的智能電網(wǎng)戰(zhàn)略目標(biāo)是全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、 各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以信息化、自動化、互動化為特征的自主創(chuàng)新、國際領(lǐng)先的堅強智能電網(wǎng)。
華東電網(wǎng)公司于 2007 年在國內(nèi)率先開展了智能電網(wǎng)可行性研究，并規(guī)劃了 2008 至 2030 年“三步走”的行動戰(zhàn)略。 以整合提升調(diào)度系統(tǒng)、 建設(shè)數(shù)字化變電站、建設(shè)企業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)信息平臺為主，使電網(wǎng)安全控制水平、經(jīng)營管理水平得到全面提升。 力爭到 2010 年全面建成華東電網(wǎng)高級調(diào)度中心，2020 年全面建成具有初步智能特性的數(shù)字化電網(wǎng)，2030 年真正建成具有自愈能力的智能電網(wǎng)。
2009 年 2 月，華北電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)三位一體現(xiàn)系統(tǒng)自愈功能，必要時允許孤島運行。
安全防御及全過程發(fā)電控制系統(tǒng)成功通過驗收， 有力推動了華北公司智能化電網(wǎng)的建設(shè)步伐。 這套系統(tǒng)將以往分散的在線穩(wěn)定分析預(yù)警系統(tǒng)、 電網(wǎng)廣域動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)集成于一體。 調(diào)度人員無需頻繁切換不同的系統(tǒng)與平臺， 即可實現(xiàn)對電網(wǎng)綜合運行情況的全景監(jiān)視并獲取輔助決策支持。
由中國電力科學(xué)研究院等單位承擔(dān)的國家 973 計劃項目“提高大型互聯(lián)電網(wǎng)運行可靠性的基礎(chǔ)研究”研究人員針對當(dāng)前和未來我國電網(wǎng)大規(guī)?；ヂ?lián)出現(xiàn)的問題， 對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題進行新的基礎(chǔ)性和前瞻性研究。 該項研究能為降低大電網(wǎng)大停電的風(fēng)險性提供理論基礎(chǔ)和具有重要應(yīng)用前景的關(guān)鍵技術(shù)， 并提供進一步研究和開發(fā)的平臺。
國家電網(wǎng)公司在 2006 年初啟動 SG186 工程，建成運轉(zhuǎn)高效靈活的一體化企業(yè)級信息平臺，實現(xiàn)“縱向貫通、橫向集成”；建成適應(yīng)公司現(xiàn)代化管理需求的八大業(yè)務(wù)應(yīng)用，增強公司各業(yè)務(wù)管理能力，提高工作質(zhì)量和效率；建成安全可靠、規(guī)范有效的六大保障體系，推動信息化健康、快速、可持續(xù)發(fā)展。 公司信息化水平將力爭達到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進，數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)取得重大進展，實現(xiàn)信息化企業(yè)的建設(shè)目標(biāo)。 2008 年 1 月，華東、華北等電力公司通過 SG186 一體化平臺建設(shè)工程示范單位評審。 2009 年 11 月 SG186 工程實施 ERP的 28 家省網(wǎng)公司實現(xiàn)系統(tǒng)推廣上線。
智能電網(wǎng)的核心技術(shù)包括分布式能源系統(tǒng)和儲能式混合動力交通工具， 無疑智能電網(wǎng)是新能源發(fā)展的重要技術(shù)支點。 國家在可再生能源發(fā)電方面也啟動了多項 863 高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目，如：以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)示范工程，兆瓦級并網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)，太陽能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范等項目。
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