中國電力科學研究院的研究人員周海明、劉廣一等,在2014年第11期《中國電力》雜誌上撰文,為滿足未來提高可再生能源應用比例,減少環境汙染等能源供用要求,研究了與未來能源資源約束條件和應用技術水平相匹配的能源供應與消費技術框架。相對於傳統的能源供應體系,這種基於先進信息技術的「能源網際網路」技術框架能夠發揮能源綜合應用和負荷側互動技術優勢,整體優化能源供給與消費,提高能源的整體利用效能。
中國目前主要依賴於化石能源發電,是世界上最大的火力發電國(國內的水電、生物乙醇應用受限於自然條件和土地資源)。中國也是世界上最大的風機和太陽能電池板生產國,擁有豐富的風力資源和太陽能資源,生物能與地熱能的總量也相當可觀,此外還有漫長海岸線所蘊藏的潮汐能。
能源的供給在持續滿足國民經濟發展需要的同時要儘量減少對環境的影響。煤炭、石油等傳統能源資源有限、用於火力發電存在汙染問題。因此,中國在提高傳統能源利用效率的同時積極發掘新能源、提高清潔能源和可再生能源應用比例。以風電為代表的可再生能源在國內發展迅速,中國是目前世界上風電發展速度最快和發電量最大的風力發電大國。但是,風電發電量與消納量的矛盾也隨著風電發電比例的提高日益突出。
以新能源大規模開發利用為特徵的新一輪能源變革正在世界範圍內蓬勃興起。隨著新一輪能源變革的到來,新能源技術、智能技術、信息技術、網絡技術不斷突破,與智能電網全面融合,正在承載並推動第三次工業革命。
「能源網際網路」將網際網路技術和可再生能源將結合起來,為第三次工業革命創造強大的基礎。未來,數以億計的人們將在自己家裡、辦公室裡、工廠裡生產出自己的綠色能源,並在「能源網際網路」上與大家分享。
這種基於網際網路思維提出的「能源網際網路」概念包含了基於信息共享的多種能源的「互聯互動」及「替代與轉化」的含義。
針對電能在能源供應環節中的作用,提出,「能源網際網路是未來的智能電網,具有網架堅強、廣泛互聯、高度智能、開放互動的特徵」,「電網、網際網路、物聯網等相互融合,構成功能強大的社會公共服務平臺。互聯的廣泛性帶來了資源配置的廣泛性,既廣泛配置電力資源,也廣泛配置其他公共服務資源」。
以電能為中心,對不同的供能環節進行整體優化,形成一體化的社會綜合能源供用體系,即「能源互聯」系統,可以促進社會用能效率提升、提高可再生能源應用比例、實現人類能源可持續供應。
1 能源網際網路需求分析
「能源網際網路」的需求推動力源於能源供需矛盾和新型可再生能源的出現。其追求的目標是充分利用新技術優勢,對不同的供能環節進行整體優化,形成一體化的社會綜合能源供用體系,即「能源互聯」系統,通過對能源的產生、傳輸、分配、轉換、存儲、消費等環節進行整體協調控制,通過整體優化提高能源的利用效率,並通過不同能源間的「替代和轉化」提高可再生能源應用比例。電能的方便傳輸和易於使用的特點使其在能源整體化應用中,將扮演紐帶作用。
能源網際網路的需求推動作用可以歸結為以下2個方面。
(1)供需互動的需求。
在電力系統中,分布式電源、三聯供機組、電動汽車、儲能裝置、可控負荷、智能建築大量出現,電網內將出現越來越多的「發用電聯合體」(Prosumer)。它們的出現使能量的流動方向由單向向「雙向互動、互聯」轉換,相對傳統負荷它們具有更多的智能特性,不但可以受控,而且可以主動提供能量,在能源整體控制過程中可以作為局部的「虛擬發電廠」參與能源調度控制。
信息化的進步和「智能負荷」以及「發用電聯合體」的出現也給負荷主動參與提高能源整體使用效率提供了新手段,新型負荷的互動控制和主動供電能力,可以減小和補充系統備用,提高能源系統整體效率。