能源互聯(lián)網(wǎng)是本世紀(jì)推動(dòng)我國(guó)能源革命和生產(chǎn)力發(fā)展最重要的技術(shù)之一。然而,目前對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的許多解釋在“跨界”和“如何與能源體制改革相結(jié)合”方面遇到了困難。
業(yè)內(nèi)對(duì)“能源互聯(lián)網(wǎng)”的解讀很多,我們認(rèn)為“以人為本”是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本出發(fā)點(diǎn)。互聯(lián)網(wǎng)在人與人之間,人與能源系統(tǒng)之間,就各自對(duì)能源和環(huán)境的需求,及可能做出的貢獻(xiàn)建立了便捷的信息溝通渠道,使得包括能源生產(chǎn)、輸送、分配、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)、交易等諸多環(huán)節(jié)的能源體系得以趨于最優(yōu)化,最終為每個(gè)人提供更好的能源服務(wù)。嚴(yán)格來(lái)講,經(jīng)濟(jì)性并不是人對(duì)能源的唯一需求,有些用戶(hù)更多的是考慮環(huán)保、安全和便捷等因素,因而“最佳能源服務(wù)”應(yīng)該是反映人們對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)需求的最準(zhǔn)確的定義。
我們對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的描述為:能源互聯(lián)網(wǎng)是綜合運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù),信息技術(shù)和智能管理技術(shù),以信息網(wǎng)、能源網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)為載體,高智能優(yōu)化控制軟件、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算為技術(shù)平臺(tái),將大量由分布式產(chǎn)能裝置(包括天然氣分布式供能、可再生能源、余熱余壓利用等)、儲(chǔ)能和調(diào)峰系統(tǒng)、能源和相關(guān)信息監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)信息傳輸系統(tǒng)、智能電力、熱力和天然氣等網(wǎng)絡(luò)和控制性能源節(jié)點(diǎn)互聯(lián)起來(lái),最終建立能量、信息和物流全系統(tǒng)的多向流動(dòng)的共享網(wǎng)絡(luò),在此基礎(chǔ)上建立最優(yōu)化的能源系統(tǒng),使系統(tǒng)中的每個(gè)個(gè)體獲得最佳能源服務(wù)。
從仿人體的角度能加深對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的理解,人體的基本單位是細(xì)胞,可以視同每個(gè)個(gè)體,所有的能源輸配網(wǎng)絡(luò)可以比喻為血管,神經(jīng)系統(tǒng)則是信息互聯(lián)網(wǎng),體內(nèi)其他物質(zhì)的流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)(如消化系統(tǒng)等)可以比喻為物流網(wǎng);我們的腸胃是能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化系統(tǒng),心臟是能源輸送的動(dòng)力,這兩項(xiàng)的作用在能源互聯(lián)網(wǎng)中往往是通過(guò)分布式供能系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的;系統(tǒng)的平衡優(yōu)化調(diào)控當(dāng)然離不開(kāi)我們的大腦,所有的智能化控制均在這里實(shí)現(xiàn)。在細(xì)胞之上是組織、機(jī)體、最終才有人體。
幾個(gè)誤解的澄清
智能電網(wǎng)就是能源互聯(lián)網(wǎng)?
智能電網(wǎng)只是能源互聯(lián)網(wǎng)的組成部分,而不是能源互聯(lián)網(wǎng)。智能電網(wǎng)是構(gòu)成能源互聯(lián)網(wǎng)不可或缺的一部分,主要是通過(guò)輸配電為主的軟硬件配置,使得電網(wǎng)更加可靠、安全、更具彈性,并能接納更加多樣化的電源(包括大規(guī)模間歇式的可再生能源)。在我國(guó),智能電網(wǎng)更關(guān)注較大規(guī)模的發(fā)電端,比如大風(fēng)電等,而對(duì)小規(guī)模的終端分布式供能等關(guān)注不夠。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,智能電網(wǎng)將不得不接納大量的小規(guī)模終端分布式能源,分布式能源不再是大電網(wǎng)簡(jiǎn)單的一部分,而是相對(duì)獨(dú)立、平等、不可忽視的組成部分,整個(gè)電網(wǎng)的構(gòu)架將發(fā)生深刻的變化。
“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”就是能源互聯(lián)網(wǎng)?
“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”只是“能源互聯(lián)網(wǎng)”的一部分。全球能源互聯(lián)網(wǎng)是在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)能源的互聯(lián)和平衡,將大規(guī)??稍偕茉矗ㄈ缟衬奶?yáng)能、海上的風(fēng)電)等充分整合利用起來(lái),為全球供能。這是一個(gè)宏大而前衛(wèi)的想法,排除政治因素,或許在未來(lái)它將部分或全部地實(shí)現(xiàn),但在當(dāng)下,我們認(rèn)為更應(yīng)該關(guān)注與億萬(wàn)用戶(hù)利益直接聯(lián)系的分布式能源系統(tǒng)。沒(méi)有這個(gè)系統(tǒng),中國(guó)以及世界的能源互聯(lián)網(wǎng)無(wú)從淡起。正是這個(gè)最基礎(chǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng),遇到了大談全球能源互聯(lián)網(wǎng)的國(guó)網(wǎng)公司的抵制。正在進(jìn)行的電力體制改革,將為我國(guó)首先建設(shè)以分布式能源為主導(dǎo)、能使億萬(wàn)人民直接受益的能源互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)辟道路。
“需求側(cè)管理”就是能源互聯(lián)網(wǎng)?
“需求側(cè)管理”不是能源互聯(lián)網(wǎng)。這種提法仍然是來(lái)自大電廠到大電網(wǎng)和配電網(wǎng),從大到小單向流動(dòng)的傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu),是主要為供電方服務(wù)的管理,而不是以用戶(hù)利益為主要導(dǎo)向的、符合能源互聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)的思維模式。
能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)對(duì)用能負(fù)荷和設(shè)備信息的采集和傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在很多能源互聯(lián)網(wǎng)模型中,能源信息采集系統(tǒng)只是對(duì)用能負(fù)荷和設(shè)備信息進(jìn)行采集和監(jiān)測(cè)。事實(shí)上,能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)不止這些,還應(yīng)該包括與用能有關(guān)的許多信息,如當(dāng)?shù)貧夂驐l件和天氣預(yù)報(bào)、人的生活和用能習(xí)慣、生產(chǎn)設(shè)備條件、工廠運(yùn)營(yíng)情況、生產(chǎn)的可持續(xù)性、安全等級(jí)、容量備用、企業(yè)文化、能源價(jià)格等。這些海量信息可以通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行快速分析,分析結(jié)果被用于系統(tǒng)的平衡優(yōu)化控制或反饋給用戶(hù)。
能源互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行
基礎(chǔ)能源互聯(lián)網(wǎng)。分布在終端用戶(hù)側(cè)的智能微網(wǎng)將成為供能系統(tǒng)的底層基本結(jié)構(gòu)。這些能源微網(wǎng)或大或小,構(gòu)建在工業(yè)園區(qū)、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)甚至城區(qū)范圍內(nèi),以天然氣分布式能源站等既能穩(wěn)定輸出能源,又可調(diào)節(jié)的能源設(shè)施為基礎(chǔ),結(jié)合儲(chǔ)能和其他調(diào)峰系統(tǒng),充分融合當(dāng)?shù)靥?yáng)能、小風(fēng)電、熱泵、工廠余熱余壓等資源,滿(mǎn)足區(qū)域內(nèi)熱電冷和天然氣等能源需求。這個(gè)微網(wǎng)的范圍界定一般取決于區(qū)域的配電等級(jí)(一般在110 kV及以下)以及鋪設(shè)供冷、熱或蒸汽管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)范圍。在微網(wǎng)之內(nèi)的用戶(hù),既是能源消費(fèi)者,也可以是能源生產(chǎn)者或調(diào)節(jié)者,比如屋頂光伏余電上網(wǎng)、余熱余壓利用、利用備用設(shè)施或容量為微網(wǎng)提供共享服務(wù)、利用夜間充電而白天不用的電動(dòng)汽車(chē)向電網(wǎng)反送電為電網(wǎng)調(diào)峰等。智能配能網(wǎng)在保證區(qū)域各種能源平衡的同時(shí),通過(guò)安裝在用戶(hù)端和系統(tǒng)內(nèi)各種能源設(shè)施的計(jì)量、統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)設(shè)備,以及相關(guān)信息收集和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng),對(duì)分布于微網(wǎng)內(nèi)部及個(gè)體終端的產(chǎn)能、外來(lái)能源輸入、用能、備用容量、儲(chǔ)能系統(tǒng)、能源交易、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)保情況等重要信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將信息轉(zhuǎn)給控制中心,結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)能和負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè),并把最優(yōu)化配置指令通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸給各個(gè)組成部分。
更高層級(jí)的能源互聯(lián)網(wǎng)。同一地區(qū)以多個(gè)能源微網(wǎng)為基礎(chǔ),結(jié)合外供能源系統(tǒng)、區(qū)域能源配送系統(tǒng)、未包含在微網(wǎng)之內(nèi)的若干產(chǎn)能、終端用戶(hù)及備用和調(diào)節(jié)設(shè)施,構(gòu)成更高層次的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的范圍界定一般取決于區(qū)域行政、商業(yè)和工業(yè)的規(guī)劃配置、輸配電網(wǎng)的配電等級(jí)(一般在220 kV及以下)及其他因素。為了實(shí)現(xiàn)更大范圍資源和負(fù)荷的優(yōu)化配置,還應(yīng)進(jìn)一步規(guī)劃和建設(shè)省市一級(jí)的能源互聯(lián)網(wǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)的思維、理念和技術(shù)也可以用于對(duì)全國(guó)能源系統(tǒng)的優(yōu)化和改造中。只有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)在大區(qū)域及全國(guó)范圍內(nèi)的信息互聯(lián)互通,通過(guò)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等現(xiàn)代技術(shù)的支持,才能在大區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的平衡優(yōu)化配置。
互聯(lián)網(wǎng)化是“一體化和智能化”的基礎(chǔ)
無(wú)論哪一個(gè)層次的能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),都需要一個(gè)最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)和高智能的控制系統(tǒng),我們?cè)谥腔勰茉聪到y(tǒng)的理念中提出了能源“一體化、結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和智能化”,事實(shí)上沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng),不可能實(shí)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)最優(yōu)化和智能化”。因此以上的“三化”還需要加上一個(gè)“互聯(lián)網(wǎng)化”。
能源互聯(lián)網(wǎng)將與電網(wǎng)、大型發(fā)電和可再生能源形成互補(bǔ)的運(yùn)行體系。智能微網(wǎng)將首先盡可能多地配置可再生能源(屋頂光伏、地源、江水源、污水源熱泵等),通過(guò)天然氣分布式能源、儲(chǔ)能和調(diào)峰系統(tǒng)以及用戶(hù)的互動(dòng),盡可能實(shí)現(xiàn)自我能源平衡,力爭(zhēng)做到不僅不對(duì)大電網(wǎng)造成過(guò)重負(fù)擔(dān),還可以為大電網(wǎng)提供調(diào)峰和安全保障方面的貢獻(xiàn)。種情況可提高可再生能源比例,有利于能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。
智能輸電網(wǎng)將大電廠(火電廠、風(fēng)電場(chǎng)、水電站、抽水蓄能電站等)與區(qū)域和基礎(chǔ)能源互聯(lián)網(wǎng)連接。通過(guò)智能化調(diào)控,在保障電力安全、實(shí)現(xiàn)電力平衡的前提下,可接納更多大規(guī)模生產(chǎn)的風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源,在更高層面上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化配置。
能源互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)。能源互聯(lián)網(wǎng)將具有互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放、平等、互動(dòng)、共享的精神。
開(kāi)放。電網(wǎng)、熱網(wǎng)和天然氣網(wǎng)更加開(kāi)放,終端分布式能源、可再生能源、儲(chǔ)能等的接入不再受到限制,微電網(wǎng)的底層構(gòu)架大大降低了終端不穩(wěn)定電源對(duì)大電網(wǎng)的影響,智能電網(wǎng)的發(fā)展大大提高了大電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納能力,從而使得大電網(wǎng)在技術(shù)上具備全面放開(kāi)的條件。天然氣網(wǎng)的開(kāi)放和通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)的統(tǒng)籌調(diào)節(jié),將更有效地提高天然氣的使用效率,平抑峰谷差,降低用戶(hù)的用氣成本。熱網(wǎng)的開(kāi)放將使企業(yè)的余熱被有效利用,通過(guò)互補(bǔ)降低用熱成本。
平等。傳統(tǒng)能源體系是自上而下單相流動(dòng)的等級(jí)結(jié)構(gòu),而能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)能源可以多向流動(dòng),呈現(xiàn)出扁平化的結(jié)構(gòu)。在能源及互聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)的支持下,終端微網(wǎng)或個(gè)體既是消費(fèi)者,也可能為整個(gè)體系做出貢獻(xiàn),能源市場(chǎng)的參與度及話語(yǔ)權(quán)大大提高,終端消費(fèi)者的能源利益將受到前所未有的重視,并延伸出新型能源服務(wù)等巨大的商業(yè)藍(lán)海。
互動(dòng)。一方面,能源互聯(lián)網(wǎng)中的微電網(wǎng)、區(qū)域配電網(wǎng)、智能輸電網(wǎng)等不同級(jí)別的電網(wǎng)之間,負(fù)荷預(yù)測(cè)、電源、備用容量、儲(chǔ)能設(shè)備等重要信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)相互協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)各級(jí)電網(wǎng)內(nèi)部的供需平衡,達(dá)到系統(tǒng)配置最優(yōu)。另一方面,與傳統(tǒng)電網(wǎng)不同,互聯(lián)網(wǎng)使得信息更為透明和即時(shí),終端用戶(hù)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直觀清晰地了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、市場(chǎng)電價(jià)信息、自身用電狀況等,從而方便地參與到能源市場(chǎng),比如購(gòu)電、提出個(gè)性化的用能要求、購(gòu)買(mǎi)增值服務(wù)、反饋用能體驗(yàn)等;在供熱和供天然氣方面用戶(hù)得到的好處也將與供電方面類(lèi)似。就如滴滴打車(chē)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供了一個(gè)將用戶(hù)和司機(jī)聯(lián)系起來(lái)的平臺(tái)一樣,能源互聯(lián)網(wǎng)也將通過(guò)電力交易平臺(tái)等各種互動(dòng)平臺(tái)將消費(fèi)終端與能源生產(chǎn)者聯(lián)系起來(lái)。
共享。當(dāng)前火爆的用車(chē)市場(chǎng)是共享經(jīng)濟(jì)極好的例子,通過(guò)Uber、滴滴打車(chē)、易到用車(chē)、PP租車(chē)等互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),打破原有的信息不對(duì)稱(chēng),使得各類(lèi)用車(chē)需求都能得到滿(mǎn)足;這種共享經(jīng)濟(jì),可以在不增加汽車(chē)總量的條件下,通過(guò)將閑置的汽車(chē)(包括私家車(chē))調(diào)動(dòng)起來(lái),使得更多人的需要得到更好的滿(mǎn)足。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),能源互聯(lián)網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、備用容量、儲(chǔ)能系統(tǒng)等信息及設(shè)備的共享,通過(guò)信息流和能源流的多向流動(dòng),促進(jìn)能源高效利用和系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置。舉例來(lái)說(shuō),當(dāng)前條件下,為了保障生產(chǎn)的持續(xù)性,幾乎每個(gè)工廠都有不同規(guī)模的柴油機(jī)備用、熱力鍋爐備用、從電力或熱力公司購(gòu)買(mǎi)的電力或熱力的備用容量,備用容量往往占實(shí)際用能的20-50%,這些設(shè)備絕大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài);如果通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)建造集中的備用系統(tǒng),或?qū)⒏髯缘膫溆萌萘抗蚕?,就可以大大減少備用容量的需求量和閑置率;更進(jìn)一步,工廠的備用容量應(yīng)該與區(qū)域電網(wǎng)的備用容量互通共享,從而減少區(qū)域電網(wǎng)對(duì)備用容量的需求量。