10.9 狭义能源互联网系统结构及其特点
综合目前现代能源互联网的研究状况,从大区域能源资源配置、多种能源互联结构和功能实现三个角度分为全球能源互联网、广义能源互联网和狭义能源互联网。全球能源互联网由跨洲、跨国骨干网架和各国各电压等级电网构成,连接“一极一道”大型能源基地,适应各种集中式、分布式电源,能够将风能、太阳能、海洋能等可再生能源输送到各类用户。广义能源互联网是将一个广泛区域内分散的能源碎片集聚形成一个扁平化结构的超级能源体,它将人类所使用的分散于不同地区的各种能源资源及信息资源深度融合,实现能源资源和信息资源生产消费的合理分配和互联共享[8-9] 。然而,这两类能源互联网均已探讨全球区域性能源战略和多种能源网络互连概念为主,其主要涉及到的是国际政治、社会体制、外交环境为主,并没有涉及到具体的技术问题。因此,笔者认为涉及到现代能源互联网功能实现的具象化的狭义能源互联网,应是从业者更为关注的问题。
1 . 狭义能源互联网狭义能源互联网是相对于广义能源互联网的一个概念,其可被理解为按照一定的拓扑结构,将一个区域内的能量生产设备、能量消耗设备和能量储存设备连接起来形成一个能源网络,并通过能量转换设备将该网络关联至传统能源网络,实现多种能源的绿色共享和互补利用。如图 1 所示,狭义能源互联网内部兼容了大量分布式可再生能源、多种能源产生装置和分布式储能装置,通过能源接口和能源路由器等关键设备,实现大规模可再生能源的即插即用、能量的相互转换、多种能源的高效互补利用,保证狭义能源互联网的安全可靠运行。
2 . 能源互联网与智能电网的联系与区别智能电网被称为“电网 2.0”,其是通过先进的传感和测量技术、信息通讯技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术,以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网,能够实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标[10] 。作为“智能电网 2.0”,能源互联网具有泛在互联、对等开放、低碳高效、多源协同、安全可靠等特点,其与智能电网存在许多相似之处。
(1) 与信息技术高度融合:能源互联网与智能电网都是基于信息通讯技术,通过先进的智能化控制技术,将能源网络与信息网络高度融合,实现整个网络中能源的“产 - 输 - 用 - 储”设备的协同优化与经济运行。
(2) 支持可再生能源接入:能源互联网与智能电网的构建目标均为探索一种绿色、环保、可持续发展的未来能源利用体系,该体系充分利用各种能源资源,支持大规模风光水等可再生能源的即插即用,通过各种能源精确、互补供能,满足网络中能源用户的多样化需求。
(3) 系统行为智能化:能源互联网与智能电网均具有与能源用户互动、故障自我修复、抵御外部物理破坏与信息攻击等能力,且能够支持存在充分竞争行为的成熟能源交易市场[11] ,两者相继提出表明了未来能源网络高度智能化的发展趋势。
然而,作为公认的下一代能源网络,能源互联网支持多种能源接入,具有独特的扁平化结构和对等、自由、实时的能源交易模式,与智能电网存在显著区别,具体体现在如下三个方面。
(1) 接入能源类型不同:智能电网以电能为主,能源互联网包括电、气、热等多种类型能源。但是,这不能简单的认为多种能源接入了就是能源互联网,一定要有针对多种能源的统一度量、统一建模和统一优化与调度。
(2) 接入方式不同:智能电网尽管强调了分布式发电在其中起到的作用,但是,从本质上,无论是调度模式,还是控制策略,都还是集中的垂直调控思想。即通过一个调控中心来进行统一的控制,任何能源提供设备的接入必须在上一级调控中心进行报备,并归入集中控制;而能源互联网采用的是分布式对等接入,各个能源提供设备可以实现即插即用。
(3) 信息利用模式不同:智能电网相对于传统电网的采集点和采集信息更多、更全面,但是对于信息的利用与传统的调度自动化并没有本质区别,信息与物理系统还是独立的,没有有机结合。能源互联网更为强调物理与信息系统的统一建模,特别是考虑了信息系统对于物理系统的影响。