摘要：作为二次能源的核心，电力具有连接能源供应侧与需求侧的重要桥梁作用，而将电力系统的“源—网—荷—储”运营模式进一步扩大到能源互联网领域内，形成更为广泛的能源互联网协调优化模式，是构建坚强能源供应体系、实现我国能源革命目标的关键途径。
关键词：能源互联网；关键技术；源-网-荷-储
0 引言
近年来，随着环境污染问题的日益严重，传统的攫取和依赖不可再生资源的增长方式已经不能维持我国经济社会发展，以石油和煤炭为核心的化石能源时代即将结束，我国将要面临的是新能源和化石能源互补的“混合能源时代”。在这种情况下，我国亟需以新一轮技术革命、产业革命为支点，从以往粗放的发展模式转变为更为集约、可持续的发展模式。
杰里米•里夫金在其著作《第三次工业革命》中提出了能源互联网的未来发展蓝图，刻画出一种以可再生能源为主要能量单元，利用互联网技术实现能量流与信息流实时流动，多种能源供应、传输网络及能源技术、信息技术高度耦合的新型能源利用体系。构建能源互联网不仅需要依靠能源技术自身的创新，同时强调能源技术与其他领域先进技术的相互融合，也需要能源体制乃至能源生产消费模式的变革，总的来说，能源互联网是对人类社会生活方式的一次根本性革命。当前我国正处在能源革命的关键时期，而“互联网+”概念的提出则预示着我国能源行业发展将要进入一个全新的历史阶段。能源互联网的建设能够在能源技术、生产、供应等多个环节激发“链式变革”，这主要体现在以下2 个方面：
1）构建能源互联网是解决我国严峻能源环境问题的关键手段。我国的能源结构不尽合理，导致目前我国社会发展与能源消费之间的矛盾日益突出。能源互联网能够在最大程度上提高能源利用效率，引导能源消费向着集约化、清洁化的方向发展，缓解上述矛盾的同时进一步提高我国能源安全水平。
2）建设能源互联网是推动我国能源革命的重要途径。互联共享、高度开放的互联网理念将加深能源行业内部、能源行业与其他行业的相互融合，促进我国能源行业的产业布局向着精细化、多元化的方向转型发展。
1 国内外相关研究情况
目前国内外有关能源互联网已经有了较为初步的研究，如分析了国外能源互联网工程实践情况、能源互联网的技术内涵和技术特征、能源互联网的价值与实现架构。还有文献分析了网络拓扑结构模型及其物理信息系统；展望了电网信息物理系统在能源互联网、主动配电网以及传统电网中的应用；从能源供给和能源消费、能源输送载体、多源大数据以及协同优化调控等几个方面详细阐述了城市能源互联网的应用框架模型。
1.1国外相关工作：
国外已经有国家及地区开展的相关的实践研究
1）美国FREEDM 能源管理系统。
FREEDM 是由美国北卡罗莱纳州立大学提出的未来可再生电力传输和管理系统，经过对该系统进一步的研发，目前已经成为初步具备能源互联网特征的能量管理系统。
2）德国E-Energy
2008 年，德国联邦经济与技术部和环境部联合推出技术创新计划(E-Energy)，该计划旨在打造以ICT 技术为基础的未来能源体系，随着研究的进一步深入推进，E-Energy 计划从ICT 技术与现有整个电力系统融合的角度，提出了的德国能源互联网的概念，目前E-Energy 在系统运行方面的技术能够为其他国家的能源互联网建设提供经验借鉴。
3）日本数字电网
2011 年，东京大学与日本国家仪器公司、日立横滨研究实验室、日本电气公司等成立了日本“数字电网联盟”。数字电网建立在互联网的基础之上，利用数字电网路由器，电网中的发电设施、储能装置、能源转化装置等电网基础设施都可以被分配一个IP 地址，依据IP 地址，各电力设备就如同互联网的设备一样，可以被网络识别和调配。日本数字电网目前的研究方向将能源互联网中的信息交互技术提升到了一个新的层次：使电力本身携带信息进行电力调度和电力系统运行优化。
1.2国内相关工作：
我国的能源互联网目前还处于起步阶段，已经有部分依托智能电网的能源互联网基础项目，如全球能源互联网、国家风光储输示范工程等。目前国内在能源资源优化规划方面技术较为突出的是泛能网项目。
泛能网以中德生态园工程为主要案例，该生态园体系的主要能源资源是清洁化的天然气，以风能、光伏、地热能、水资源等可再生能源为辅，将互联网技术、云计算技术、能源网络智能控制技术相融合的能源资源生态化体系。与传统能源系统的规划设计相比，泛能网以优化协调区域内能源资源、实现这些能源资源的综合利用为主要目标，同时保证智能配电网、热力管网、燃气网等能源运输网络的互补协同。泛能网项目在规划设计阶段就将为用户设计气、电、热等能源的梯级利用体系，为系统运行阶段的能源供需互动提供保障。
2 基本方法
能源互联网广义“源-网-荷-储”协调优化运营模式主要分为4 个部分，具体如下:
1）基础条件分析。
在系统规划方案设计前，系统运营商需对建设目标区域进行经济现状评估及未来发展趋势预测，在此基础上， 结合地理信息系统(geographic information system，GIS)系统、信息物理融合系统(cyber physical system，CPS)系统等技术对用户的多种类能源需求做出预测，分析目前该地区已有的能源供应渠道和方式，这方面不仅包括用户的用电需求预测、负荷特征刻画及负荷发展特性预测，还包括用户供热需求、供水需求、天然气需求等多方面用能需求预测。此外，还应分析目标地区的气候地理条件，为集中式和分布式能源模块的选址提供数据信息支撑。
2）系统规划。
以基础条件分析所获取的数据信息为依据，选择合适的地点开展分散能源模块和集中能源模块的构建，分散能源模块以分布式电源及其配套设施为主，集中能源模块以大规模清洁能源发电及灵活发电资源为主。在规划阶段就要充分考虑到未来的系统运营需求，分散能源模块要在能源供需内部自平衡的基础上，为集中能源模块提供有效补充作用；另一方面，集中能源模块的规划要为运行阶段清洁能源与灵活发电资源的互补协调提供基础。
同时，系统运营商需完成能源传输模块构建，为集中和分散能源模块提供连接用户的能源通道，分散能源模块应通过微网与主能源系统相连，微网技术在其中起到缓冲和优化作用。此外，还需建设信息通讯网络及云端信息处理系统，计算系统规划方案的可行性并在多个方案中实现选择、优化，同时汇总能源信息并制定优化的系统运行方案。
3）系统运行。
在系统运行阶段，系统运营商通过信息通讯网络采集用户的全部用能信息及能源供应侧的基础数据，通过云端信息处理系统的分析处理为用户提供优化的用能方案，通过合理的电价机制及需求侧响应措施引导用户用电主动追踪清洁能源发电出力；同时根据发电侧数据信息设计合理的调度排序和出力安排，结合分散能源模块“自发自用、余量上网”的模式，实现系统的双侧协调优化、双向自适应过程。同时应充分发挥电力系统的纽带效应，优化其他能源模块(如供热、供水、燃气供应等)的运行。
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4）全过程评价。
在能源互联网项目建成运营后的 3—5 年间，对该项目的运营情况进行评价分析，构建包括可再生能源使用效率、供电可靠性、设备使用率等多方面指标体系，运用综合评价方法进行对比分析，寻找项目缺陷并进行循环修正。
从能源互联网“源-网-荷-储”协调优化模式的主要内容来看，这种优化模式能够将能源互联网的能源开发、能源输送、能源需求与使用等几个环节协调统一为一个有机整体，这样的协调优化不仅能够从更高的层面出发，实现能源资源的优化配置，同时能促进清洁能源的高效开发利用，提高清洁能源在终端能源消费中的比重。
3 关键技术
为支撑上述能源互联网协调优化模式的流畅运行，需要有一定的技术架构作为基础来实现能源互联网不同模块之间的能量流与信息流互联互通，根据能量流与信息流的流动方向，为实现能源互联网在广域范围内的“源-网-荷-储”协调优化，技术框架包含4 个主要部分：
1）在系统规划部分，需要有专项技术优化各类型电源(包括集中式与分布式)的选址定容、微网及主网的规划设计，为“源-网-荷-储”协调优化运行奠定基础。
2）在系统运行部分，需要有专项技术能够在微观层面上控制各分布式电源及储能设备的充放电，实现用户端各模块的内部自优化、自适应，提高各模块的可控性。在宏观层面上，形成新能源发电与传统化石能源发电出力的优化组合，通过分布式发电、储能设备等技术，引导用户用电负荷主动追踪发电侧出力。
3）在系统信息通信部分，需要有专项信息交互技术保证信息流在各个能源模块间的双向自由流动，收集各个模块的数据信息并进行初步的分类、处理，随时满足用户的初级数据需求，并且将收集来的数据输入云端信息处理部分。
4）在云端信息处理部分，需要有专项技术把能源供应模块、能源网络模块以及能源需求的数据信息进行集成、处理、分析以对外公布，同时反馈到优化模块来制定系统的优化运行计划，在较为长远的时间尺度上，将全能源系统的数据信息反馈到系统能源规划模块中，以进一步循环优化、修正系统规划设计。
在“源-网-荷-储”协调运营的技术框架下，与4 个技术部分相对应的包括四种协调优化关键技术：
1）广域能源优化配置规划技术。
广域能源优化配置规划技术要求能够统筹兼顾、因地制宜地协调一定能源区域内的各种能源资源，如太阳能、风能、水资源、燃气资源、煤炭等，在规划阶段，分析资源开发利用的具体模式，结合区域内铁路网、燃气供应网络、供热网络的整体情况，确定光伏发电、燃气发电、传统煤电的容量及选址，设计相应的能源规划方案及系统运行方案，通过模型测算保证规划的合理性、可靠性，实现电力系统、铁路网系统、油气网系统的统筹协调。这方面的研究重点主要是规划模型研究，未来将以现有的智能电网规划模型为基础进一步延伸，并且以
2）多能流互补控制技术。
能源互联网是多能源网络的耦合，这表现在能源网络架构之间的相互耦合，同时也包括网络能量流动之间的互补协调、安全控制。在能源供应与输配环节，未来能源互联网通过柔性接入端口、能源路由器、多向能源自动配置技术、能量携带信息技术等，能够显著提高电网的自适应能力，实现多能源网络接入端口的柔性化、智能化，降低网络中多能源交叉流动出现冲突、阻塞的可能性。在系统出现故障时，能够加速网络的快速重构，重新调整能源潮流分布和走向。
3）多能源计量监测及信息交互技术。
信息监测技术方面，智能电网的高级量测体系(advanced metering infrastructure，AMI)系统是基础，其未来的研发过程要向着智能化、计量能力多元化、信息交互多向化方向发展，通过无线传感器技术、遥测技术等实现能源信息的自动采集、自动分析处理。信息交互技术方面，未来需重点研发信息交互自动感知技术、通用信息接口技术、数据清洗技术、信息数据压缩技术、数据信息融合技术等，实现用户与用户之间、用户与各个能源互联网模块之间的自由信息交换与动态反馈。
4）智能云端大数据分析处理技术。
在能源互联网的技术框架下，云端信息处理技术将与大数据技术实现有机结合。在微观层面上，利用互联网营销技术、云存储和云计算技术，一方面，用户可以随时随地、按自身需求订制信息服务，便捷地获取能源资源信息；另一方面，大数据信息处理技术能够在精确分析用户综合用能习惯的基础上，在多个用户之间进行比较分析，为用户提供能源综合利用优化方案，引导用户用能与能源供应相协调。
在宏观层面上，云端大数据技术将发挥数据汇总、分析、传输的职能，起到衔接各个技术模块的关键作用。规划前期，能源规划的基础数据通过大数据采集技术汇总到云端，由大数据可视化技术、大数据分析及展现技术分析计算各个规划方案的经济指标，与广域能源优化配置规划技术相结合，制定优化的规划方案；在系统运行过程中，各个能源模块之间的实时运行数据也将上传至云端，通过大数据分析技术、大数据展现技术等模拟仿真技术，预测能源模块之间的能量流，与多能流互补控制技术相结合，实现能源资源的实时优化调度与合理化分配。
4 小结
作为二次能源的核心，电力具有连接能源供应侧与需求侧的重要桥梁作用，而将电力系统的“源-网-荷-储”运营模式进一步扩大到能源互联网领域内，形成更为广泛的能源互联网协调优化模式，是构建坚强能源供应体系、实现我国能源革命目标的关键途径。因此，在构建能源互联网的过程中，不仅要实现各类高新技术的整合与集中应用，将互联网技术引入能源行业的发展过程中，更需要完善与之配套的宏观政策措施、发展战略、市场机制，实现技术与政策的有机结合。
参考文献：
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作者简介：
何后裕（1973年2月—），男，汉族，高级工程师，研究生学历，祖籍福建省福清市，曾长期从事电网规划、项目前期管理等工作。工作单位：国网泉州供电公司。
论文作者:何后裕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：能源论文; 互联网论文; 技术论文; 系统论文; 模块论文; 信息论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第16期论文;