新能源電力系統與能源互聯(lián)網(wǎng)

        杰里米.里夫金在其著(zhù)作《第三次工業(yè)革命》中提出，處于能源中心的國家必將引領(lǐng)世界的發(fā)展。在第三次工業(yè)革命到來(lái)前夕，誰(shuí)能夠在可再生能源的開(kāi)發(fā)利用上占據領(lǐng)導地位，誰(shuí)就能夠引領(lǐng)人類(lèi)歷史上新的生產(chǎn)變革。

隨著(zhù)化石燃料的日漸枯竭，以及傳統能源開(kāi)發(fā)利用所帶來(lái)的環(huán)境污染、氣候變化等問(wèn)題日益嚴重，大規模開(kāi)發(fā)利用可再生能源，提高能源利用效率，減少污染排放，保障能源供應和能源安全是當前我國能源革命的核心內容和必然選擇。新能源電力系統和能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，為解決上述問(wèn)題提供了一整套完整的技術(shù)路線(xiàn)方案。兩者有什么不同，存在什么樣的耦合關(guān)系，如何將兩者的功能進(jìn)行整合，都是當前亟須解決的問(wèn)題。

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新能源電力系統

——新型電力系統架構

傳統電力系統以煤炭、石油、天然氣、水能等傳統能源作為一次能源，由于其可儲存的特性以及穩定可靠的發(fā)電技術(shù)，使得電力系統供應側可控可調。隨著(zhù)可再生能源發(fā)電的大規模接入，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源作為一次能源具有的不可儲存及波動(dòng)特性，使得風(fēng)電等可再生能源發(fā)電出力具有較大的不確定性，電力系統供應側可調控性降低，電力系統呈現出較強的供需雙側隨機性。新能源電力系統就是通過(guò)電力系統結構、運行方式的根本性變革，使電力系統更夠承受供需雙側不確定性對系統的沖擊，保證可再生能源的安全高效利用。

新能源電力系統的主要特征有兩點(diǎn)：

第一，高可再生能源利用比例。高滲透率的可再生能源電力是新能源電力系統的重要特征。由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源較低的能量密度以及我國可再生能源資源主要集中在“三北”地區的分布格局，未來(lái)我國的新能源電力系統應該是集中式與分布式可再生電源、遠距離大電網(wǎng)輸送與區域微網(wǎng)就地消納相結合的形式，從而保證系統能夠最大限度地利用可再生能源電力。

第二，供應側的橫向多能源互補，系統縱向源—網(wǎng)—荷—儲協(xié)調互動(dòng)。安全高效利用可再生能源是新能源電力系統的重要目標。在供應側，一方面，利用可再生能源發(fā)電精確預測技術(shù)、新型可再生能源發(fā)電設備及控制技術(shù)，最大程度上做到對風(fēng)電等可再生能源發(fā)電出力的可調可控;另一方面，通過(guò)可再生能源與傳統水火電、抽水蓄能電站之間，不同可再生能源之間，集中式與分布式可再生能源之間的協(xié)調控制，實(shí)現多類(lèi)型能源電力互補，使得供應側整體呈現出穩定的出力特性，減小可再生能源發(fā)電出力波動(dòng)對系統造成的沖擊。在輸配環(huán)節，新型的電網(wǎng)結構、先進(jìn)的輸配電方式、控制和安全防御系統及儲能設施的建設和應用，使得電網(wǎng)對可再生能源擁有足夠的接納能力，最大限度地避免物理通道對電力資源優(yōu)化配置的影響。在需求側，一方面，通過(guò)AMI及先進(jìn)的通信系統，使用戶(hù)能夠實(shí)時(shí)掌握自身用電情況與不同層級的系統運行情況，根據價(jià)格響應信號，調整自身的用電行為;另一方面，通過(guò)先進(jìn)的控制技術(shù)，能夠對用戶(hù)的終端用電器做到精確計量與控制，最大程度的利用需求側“暗儲能”潛力。

綜上所述，新能源電力系統核心特征就是要借助相關(guān)的技術(shù)手段，實(shí)現電力系統中真正意義上的“橫向多源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調”，從而最大限度地利用可再生能源，逐步提高可再生能源在電力一次能源消費中的比例，最終使得可再生能源在我國電力能源結構中占據主導地位。

能源互聯(lián)網(wǎng)

——新型能源利用體系

目前對于能源互聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有準確的定義，根據杰里米˙里夫金對能源互聯(lián)網(wǎng)的描述，能源互聯(lián)網(wǎng)應該是一種依托于可再生能源技術(shù)、通信技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)，以集中式和分布式可再生能源為主要能量單元，能夠實(shí)現雙向信息數據的實(shí)時(shí)高速交互，涵蓋多類(lèi)型能源網(wǎng)絡(luò )與交通運輸網(wǎng)絡(luò )的新型能源利用體系。在“能源互聯(lián)”背景下，傳統的以生產(chǎn)順應需求的能源供給模式將被徹底顛覆，處于能源互聯(lián)網(wǎng)中的各個(gè)參與主體都既是“生產(chǎn)者”，又是“消費者”，互聯(lián)共享的能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值觀(guān)將逐步形成。

從互聯(lián)網(wǎng)觀(guān)念出發(fā)，能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征有以下幾點(diǎn)：

第一，開(kāi)放。傳統互聯(lián)網(wǎng)之所以能夠實(shí)現信息的高速實(shí)施傳輸，主要取決于其開(kāi)放式的體系結構。能源互聯(lián)網(wǎng)具有高度的開(kāi)放性，能夠實(shí)現分布式可再生能源發(fā)電設備、儲能設備、負載設備及電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)差別對等接入，以及能量流和信息流的快速流動(dòng)。

第二，互聯(lián)。能源互聯(lián)網(wǎng)能夠實(shí)現區域能源網(wǎng)絡(luò )內部分布式電源、分布式儲能及需求側資源互聯(lián)協(xié)調，實(shí)現內部能源供需平衡;同時(shí)，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠保證各個(gè)局部能源網(wǎng)絡(luò )、集中式可再生能源發(fā)電及大規模儲能設備之間的互聯(lián)互通與協(xié)調控制，保證整個(gè)系統運行的可靠性和經(jīng)濟性。

第三，對等。與傳統電網(wǎng)自上向下的結構相比，能源互聯(lián)網(wǎng)呈現出扁平化的組織架構，各參與主體既是“生產(chǎn)者”又是“消費者”，這也就意味著(zhù)能源互聯(lián)網(wǎng)要為各能量自治單元提供對等互聯(lián)的服務(wù)，從能量交換的角度，能源互聯(lián)網(wǎng)中任意節點(diǎn)都是平等的。

第四，分享。分享是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要特征。能源互聯(lián)網(wǎng)能夠實(shí)現各局域網(wǎng)間能量交換與路徑選擇的實(shí)時(shí)進(jìn)行。能源互聯(lián)網(wǎng)為能源和信息交互提供了一種共享平臺，通過(guò)能源流和信息流的雙向流動(dòng)促進(jìn)能源高效利用和資源優(yōu)化配置。

從能源供應網(wǎng)絡(luò )的角度出發(fā)，能源互聯(lián)網(wǎng)應具有以下特性：

協(xié)調控制特性。能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上分層的能量協(xié)調控制體系，具有很強的協(xié)調控制特性。其中，第一層為就地控制，即對分布式可再生電源、分布式儲能及需求側資源的就地控制，通過(guò)自動(dòng)控制設備對分布式可再生電源出力，分布式儲能充放電策略及需求側資源調控策略進(jìn)行控制;第二層為區域控制，對與主干網(wǎng)連接的區域能源網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行局部的優(yōu)化控制，對區域內所有的分布式電源、儲能及需求側可控資源進(jìn)行協(xié)調控制，保證局部電網(wǎng)內部狀態(tài)的穩定;第三層為全局控制，對各局部電網(wǎng)、主干網(wǎng)及集中式大規?？稍偕茉窗l(fā)電、大規模儲能設備進(jìn)行協(xié)調優(yōu)化控制，保證在更大范圍內的能源資源優(yōu)化配置。

診斷自愈特性。能源互聯(lián)網(wǎng)能夠利用其先進(jìn)的檢測與控制設備實(shí)施自動(dòng)故障檢測，對網(wǎng)絡(luò )中突發(fā)事件或者緊急情況做出反應，隔離故障器件或者局部網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的快速重構，以及各個(gè)微型能源網(wǎng)絡(luò )孤島與并網(wǎng)運行狀態(tài)的平滑切換，保證系統內正常的能源電力供應。

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特征就是將互聯(lián)網(wǎng)中開(kāi)放、互聯(lián)、對等、分享的價(jià)值體系和相關(guān)技術(shù)，與傳統能源供應體系相融合，構建一個(gè)以可再生能源為主要一次能源，能夠實(shí)現分層協(xié)調控制，能夠保證能量流和信息流實(shí)時(shí)交互流動(dòng)，具有高度可靠性和安全性的新型能源利用體系。

新能源電力系統

與能源互聯(lián)網(wǎng)的對接與整合

從新能源電力系統和能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念和特征中不難看出，兩者雖然在整體布局上有很多的不同，但是在一些核心內容上又有很多的交叉，具體來(lái)說(shuō)：

核心目標一致。新能源電力系統和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念都是在當前傳統能源供應緊張，在促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的同時(shí)越來(lái)越重視環(huán)境保護的背景下應運而生的，提高可再生能源在電力能源及整個(gè)社會(huì )能源供應體系中的比例是兩者共同的核心訴求。兩者都為安全高效地利用可再生能源提供了一整套技術(shù)解決方案。

技術(shù)層面相互交叉?？稍偕茉醋鳛橐淮文茉?，只能通過(guò)轉化成電能后才能方便被人們利用，電力所具有的高效、快速的傳輸性質(zhì)，使其能夠很好地承擔未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)中各類(lèi)能源互聯(lián)互通的紐帶與接口作用。因此，未來(lái)新能源電力系統很可能成為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò )，其具備的可再生能源高效發(fā)電技術(shù)、靈活先進(jìn)的輸配電技術(shù)、AMI系統、大數據分析技術(shù)及先進(jìn)的通信控制技術(shù)，同樣也是能源互聯(lián)網(wǎng)建設中的核心技術(shù)需求。其中，作為能源互聯(lián)網(wǎng)中重要組成元件的能源路由器，與當前新能源電力系統及智能電網(wǎng)研究中所使用的智能變壓器，也有著(zhù)技術(shù)和功能上的傳承性。因此，新能源電力系統與未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)層面有很多的交叉。這種交叉使得新能源電力系統的范圍能夠得到外延和發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò )將會(huì )在未來(lái)人類(lèi)能源利用體系中占據更為重要的地位。

兩者都強調“橫向多能源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調”的多元協(xié)同控制。無(wú)論是新能源電力系統還是能源互聯(lián)網(wǎng)，都強調能源供應、輸送、消費一體化協(xié)同及不同類(lèi)型一次能源之間的協(xié)調優(yōu)化控制。

一方面，新能源電力系統和能源互聯(lián)網(wǎng)都將供需雙方信息流與能量流的雙向互動(dòng)作為供需雙側互動(dòng)的基礎。需求側資源將成為維持能源供需平衡的有效調控手段，需求側響應將借助新能源電力系統與能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)平臺得到更好的開(kāi)展。用戶(hù)可以通過(guò)智能終端更詳細地了解自身用能、分布式可再生電源出力及儲能設備充放電情況，依據市場(chǎng)信號和系統實(shí)際運行情況主動(dòng)調整自身用能行為。

另一方面，新能源電力系統強調的供應側多源互補，與能源互聯(lián)網(wǎng)中各能量單元及各區域能源網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通具有本質(zhì)上的一致性。利用廣域內不同類(lèi)型能源電力互補特性，保證供需的實(shí)時(shí)平衡，減小可再生能源電力不確定性對電力以及能源系統的沖擊。

但是相比新能源電力系統，能源互聯(lián)網(wǎng)具有更為廣泛的內涵與意義。

第一，能源互聯(lián)網(wǎng)描繪的是未來(lái)社會(huì )中整體的用能體系，不僅包含新型電力系統，還涵蓋各類(lèi)一次能源網(wǎng)絡(luò )及公路、鐵路等交通運輸網(wǎng)。從某種程度上說(shuō)，新能源電力系統可能只是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心模塊之一。新型電力系統是能源互聯(lián)網(wǎng)中連接各類(lèi)能源網(wǎng)絡(luò )的紐帶，是解決各類(lèi)型一次能源互聯(lián)互通的有效途徑，但能源互聯(lián)網(wǎng)絕不僅僅是電力互聯(lián)網(wǎng)，而應該是各類(lèi)型能源網(wǎng)絡(luò )的高度整合，是要實(shí)現更為廣泛意義上的“橫向多能源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調”。

第二，能源互聯(lián)網(wǎng)強調分布式可再生能源的利用。雖然安全高效利用可再生能源是兩者共同的核心目標，但是能源互聯(lián)網(wǎng)更強調對分布式可再生能源的利用，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠利用廣域內分布式電源時(shí)空互補特性、分布式儲能及可控負荷的系統調節潛力，實(shí)現上述設備的“即插即發(fā)、即插即儲、即插即用”。

第三，能源互聯(lián)網(wǎng)強調參與主體的無(wú)差別對等互聯(lián)與能源共享?；ヂ?lián)網(wǎng)思維和價(jià)值觀(guān)的重要體現就是互聯(lián)中各參與主體地位的對等與信息的共享，能源互聯(lián)網(wǎng)中的核心價(jià)值觀(guān)就是互聯(lián)共享，能量流與信息流能夠在能源互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)技術(shù)平臺上自由流動(dòng)。在這種價(jià)值觀(guān)體系下，能源互聯(lián)網(wǎng)使得能源系統具有高度的開(kāi)放程度，能源體系中供需雙方的界限將變得模糊，可再生分布式電源及分布式儲能大規模接入，使得處于能源互聯(lián)網(wǎng)中各參與主體既是能源“生產(chǎn)者”，又是“消費者”，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠為各參與主體提供平等接入的入口和信息交互平臺。

同時(shí)，對等互聯(lián)和能源共享也意味著(zhù)能源市場(chǎng)的開(kāi)放。能源互聯(lián)網(wǎng)中各能量單元無(wú)論體量大小，都能夠無(wú)差別參與能量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)及碳交易市場(chǎng)。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設將使得能源市場(chǎng)的準入門(mén)檻降低，參與主體將得到極大的豐富，系統也將擁有更多的可控資源維持動(dòng)態(tài)的供需平衡。

第四，能源互聯(lián)網(wǎng)對能源體系的影響更為深遠。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設不是基于現有的能源生產(chǎn)、消費模式和能源體制，而是要通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)這種能源技術(shù)革命，推動(dòng)能源生產(chǎn)、消費、體制變革和能源結構的調整，通過(guò)廣義的“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調互動(dòng)，達到最大限度消納利用可再生能源、能源需求與生產(chǎn)供給協(xié)調優(yōu)化及資源優(yōu)化配置的目的，從而實(shí)現整個(gè)能源網(wǎng)絡(luò )的“清潔替代”與“電能替代”，推動(dòng)整個(gè)能源產(chǎn)業(yè)及經(jīng)濟社會(huì )的鏈式變革。

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)是對當前整個(gè)能源利用體系的顛覆性革命，與新能源電力系統相比較，對能源行業(yè)，甚至經(jīng)濟社會(huì )變革和發(fā)展具有更為深遠的意義。而電力系統作為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心模塊，新能源電力系統的相關(guān)技術(shù)能夠與能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行對接與整合。

當前，應做好我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設與新能源電力系統的對接與整合工作，從頂層設計、整體規劃到具體的技術(shù)實(shí)現都要進(jìn)行相應的銜接，完善和統一相關(guān)標準，做到“標準先行”，從而減少二次升級成本，集中當前有限的資源和時(shí)間，通過(guò)新能源電力系統與能源互聯(lián)網(wǎng)這種技術(shù)手段，推動(dòng)我國能源革命和經(jīng)濟社會(huì )跨越式發(fā)展。