能源互联网理念与实践

=0 引言目前，我国能源发展进入新的阶段，可再生能源的规模化开发利用将促进能源结构转型，能源供需格局将得以调整，为此国家相继颁布了一系列能源发展战略及相关法规政策，提升清洁可再生能源占比，落实节能减排政策。充分利用可再生能源，是实现能源可持续发展的普遍共识。我国风光资源丰富，可再生能源发展迅速，但由于风电和光伏出力的波动性和随机性，风电/光伏大规模并网消纳对电力系统灵活性和调节能力提出了新的要求，目前电力系统灵活性不足，是导致大量弃风弃光的重要原因。由于电力系统和热力系统物理特性天然具有互补性，电能易传输，具有实现大范围能源资源调配的平台优势，但存储困难，而热能则正好相反，难传输、易存储。热力系统管网中的热水、建筑物本体和空间都具备天然储热特性；热力系统相对于电力系统是一个惯性很大的系统，时间常数可达数十分钟，对于电能输入的波动和短时间歇具有平抑和耐受功能；加入适当储能（热）环节，时间常数可达到12～24h，可满足电力系统日调节的需求。与传统电力系统相变，电热联合系统中控制手段更多，调整空间更大，为电力系统提供了更大的可控性。图1能源互联网建设理念因此，构建基于冷、热、电、气多能互补的能源物理系统，融入智能电网、智慧交通、智慧建筑等智慧产业和多类型信息通信网络，实现能源信息深度融合的能源互联网，成为解决诸多能源问题的重要途径。2 能源互联网理念能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。建设能源互联网将成为推动我国能源革命的重要战略支撑，对提高可再生能源比重，促进化石能源清洁高效利用，提升能源综合效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。图2多能源跨界互联系统示意图为了响应“互联网+”智慧能源的发展战略，清华大学于2015年初成立了能源互联网创新研究院，从政策战略研究、创新解决方案、关键技术标准、科技成果转化、产业服务孵化等几个方面开展能源互联网的研究和实践。能源互联网的核心理念总结如下：1）通过多能源跨界互联，促进新能源消纳，创造新价值是建设能源互联网的基础。目前我国电力网、热力网、燃气网彼此分开独立运行，导致资源配置的冗余或能源尖峰需求供应压力过大的现象。在能源互联网的体系架构中，通过多种能源间的特性互补，结合能源转换的手段，提高能源系统灵活性和调节能力，提升新能源消纳能力，减少资源配置冗余，从而创造新的价值。图3高度融合的信息物理系统2）高度融合的信息物理系统是能源互联网的重要载体。在能源互联网体系中，存在转换关系的多种能源之间关系复杂，对应供应网络彼此耦合，负荷种类多样，特性差异较大。在结构复杂、形式多样的能源互联网中，高度融合的能源网络和信息网络必然作为系统的重要载体，为能量流和信息流的交互提供支撑。3）多方利益均衡、综合效益最大化的商业模式是能源互联网成功的关键。能源互联网对于推动我国能源革命，实现产业升级至关重要。能源互联网涉及到冷热电发配售多个环节，推进“政府搭台、多方参与、合作共赢”的商业模式是保证项目的切实落地关键。通过成立能源发配售一体化运营的能源供应商，对能源互联网设备终端和网络进行综合管控和优化运行，满足用户冷、热、电需求，确保整个系统运行综合效益最大化，制定灵活交易和结算机制，实现多方互动参与和利益均衡。图4能源互联网运营商业模式2能源互联网实践针对北京新航城开展了能源互联网建设示范工作研究。在用地特性分析及冷热电负荷曲线预测的基础上，针对差异化的能源需求，实现能源资源禀赋和能源利用技术相结合，提出了新航城能源互联网建设的整体解决方案。通过多种途径实现分布式光伏就地消纳；通过冷、热、电负荷的协同供应，提高能源利用效率、提高清洁能源利用比例，缩小峰谷差、降低规划容量、提高设备利用率；通过相变储能等储冷、储热技术与多种能源协调互动，进一步提高能源利用效率。1）分布式光伏大规模就地消纳。光伏发电与电力负荷曲线正相关，具有天然的削峰效果，是理想的电源形式，但由于光伏的波动性和间歇性，大量光伏接入后对电网及用户产生较大影响。采用“高频波动－电池平抑，中频波动－热泵平抑”的方式抑制光伏出力的波动性；通过分析负荷、天气与光伏出力相关性应对光伏间歇性；通过增加自发自用比例提升分布式光伏发电效益。2）建设冷热电一体的综合能源站。综合能源站的主要作用是将示范区的供电、供热及分布式储能设备统一规划、协调运行。将园区的110kV变电站和集中供热\冷站统一布置，根据冷热电负荷需求划分能源供应范围，优化CCHP、补燃锅炉、深井地源热泵和储能设备容量。通过综合能源站的协同调控，实现供能的效益最大化。3）实时数据采集和通信网络。实时数据监测和通信是保障能源互联网系统优化调控的重要基础。基于同步信息量测的智能终端IDU具有高刷新率、同步采样、实时数据压缩等测量特征，并且良好兼容已有的SCADA/EMS设备，为能源互联网中海量测量数据提供了采集方式。区域4G专网服务则为能源互联网实现了全局互联、信息共享功能。4）成立发配电一体化能源供应商。构建基于物联能源互联网