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能源互联网有两种技术模式

更新时间:2015-08-03 来源: 国立智能 浏览次数:1422 作者:admin

 

能源互联网是当今我国能源及相关行业最热门的一个话题,尤其是“互联网+”成为一种时代潮流后,人们热切地期盼能源与互联网的“融合”,为中国开辟出一条推动能源生产和消费方式革命,实现能源可持续发展的崭新道路。

但遗憾的是能源互联网概念自传入中国以来,就一直存在争议。不同的理解中不乏真知灼见,但也夹杂着某些误解,一定程度上影响了我国能源互联网事业的发展。为了深化和统一认识,在今天“互联网+”的新形势下,有必要以理性的态度对能源互联网进行再认识。本文从分析能源互联网概念提出的背景以及产生歧义和误解的原因入手,对能源互联网的内涵、技术模式、与智能电网的关系,以及如何以“互联网+”的方式表达等问题作了深入研究,提出了新的见解。

能源互联网是一个有歧义的概念

互联网(Internet)作为一个专业术语,指的是由无数计算机网络互联形成的覆盖全球的信息共享网络。将能源与互联网结合,构成“能源互联网”概念,这是美国经济学家杰里米˙里夫金在《第三次工业革命》一书中正式提出来的。里夫金说,历史上经济和社会的变革离不开能源革命和通信革命两大因素,正是它们的发生和结合引发了新一轮的工业革命。目前一场以可再生能源替代化石能源的革命正在兴起,通信领域在过去的25年里也出现了伟大的变革,即互联网革命,这就促使他将能源革命与互联网联系在一起。他认为可以通过互联网技术与可再生能源相融合,将全球的电力网变为能源共享网络,使亿万人能够在家中、办公室、工厂生产可再生能源并与他人分享。这个共享网络的工作原理类似于互联网,分散型可再生能源可以跨越国界自由流动,正如信息在互联网上自由流动一样,每个自行发电者都将成为遍布整个大陆的、没有界限的绿色电力网络中的节点。

这是最早也是最“正宗”的关于能源互联网的构想。毫无疑问这一构想符合能源革命的方向,也十分美好,但不能不指出的是其中存在着不可忽视的技术失误:能源共享网络(即电网)与互联网的工作原理不是类似而是截然不同,能源(电力)不可能像信息那样在全世界自由流动。事实上由于电网与互联网彼此的结构、功能、技术特性、传输方式和载体,以及运行所遵循的物理规律完全不同,电力在电网中传输受到的约束要比信息在互联网中传输受到的多得多、大得多,不仅有电压、频率、功率平衡、电能损耗、传输能力的约束,还有暂态、动态、热稳等各种安全稳定极限的限制,因此电力很难像信息那样可以在任意两个节点之间自由交互。那种认为只要电网不断扩大,实现全球电网互联就解决了电力从一点到任一点的输送问题,是一种误导或误解;即使在较远的将来,超导输电在电网中的应用与今天光纤在互联网中的应用一样普遍,并且采用直流电网为主干网架时,也不能完全做到。

此外,由于电力具有同质化、一次性消耗、不能重复“分享”的特点(信息则具有个性化、长期保存、可重复分享的特点),也决定了电力并非都有必要像信息一样在任意两个节点间传输。世界上不存在没有界限、工作原理类似于互联网的能源共享网络,也没有不受约束可以在任何范围内自由传输的能源(电力)。但如果仅在一个局部区域,如一片社区或一座城市甚至更大范围内,遵照电网运行的客观规律并根据用电负荷的需求和特性,对各种分布式电源、储能装置、微电网、配电网以及主干网进行统筹规划建设,同时采用先进的信息和自动控制技术进行智能化协同调度管理,实现里夫金的构想则是可能的。

必须承认作为一个翻译的汉语词组,能源互联网是一个有歧义的概念。这里的“互联网”如果看作是专业术语Internet,按词面理解的意思应当是“传输能源的Internet”,显然这在技术上不成立。如果将“互联网”看作是一个普通汉语名词而非Internet,则可认为能源互联网就是“能源的互联互通网络”。在此前提下还有两种不同的理解:一是认为各种能源,如水能、核能、风能、太阳能、天然气、煤炭转化为电能后都要汇入电网,因此电网是天然的能源互联网;二是认为真正的能源互联网应当是包括电网、油网、气网、热力网在内的综合能源网。尽管两种理解都讲得通,但不把“互联网”看作是Internet,显然不符合这个概念的本意。这种因语言表达规律差异而带来的困扰是客观存在的,因此通过认真讨论,统一认识十分必要。

能源互联网的内涵与新能源革命思想

由于能源互联网的构想在技术上受到质疑,作为经济学家的杰里米˙里夫金后来解释说,提出能源互联网主要是源于哲学和经济学层面的思考,他承认能源互联网不是一种新的能源技术模式或体系,而只是一种新能源经济思想。这是一个十分重要的说明,可以说是正确认识能源互联网概念本质和内涵的一把钥匙,但遗憾的是里夫金的这个解释几乎被人们完全忽视了。

新能源经济思想实质上就是新能源革命思想。根据里夫金的论述以及世界各国能源革命的实践经验,它的要点可以概括如下:一、新一轮的能源革命是不可抗拒的历史潮流,能源革命的目的是以可再生能源逐步取代化石能源,阻止地球生态环境的恶化,实现能源以及人类的可持续发展。二、能源的生产和消费方式将融入互联网理念和现代信息技术,可再生能源的开发将以分布式为主,公众既是能源的消费者同时又是生产者,世界将迎来能源绿色化、分散化、多元化、民主化的新时代。三、具有集中、垂直、单向特点的传统电网将向相对分散、扁平和双向互动的新型电网转型,与此同时传统的电网公司也将由单一的自上而下的电力供给者,转变为包括能源信息在内的服务提供商,与用户双向共同管理能源的生产和消费。四、能源的绿色化需要经历一个化石能源与可再生能源并存的混合能源时期,要充分利用现代信息技术,采用智能化手段协调控制各类能源的开发和利用,优化能源配置,最大限度提高能源利用率。五、分布式能源生产方式和能源民主化将为社会创造出数以百万甚至千万计的就业岗位,成为第三次工业革命和新经济的重要支柱。

不难看出新能源革命思想的精髓,就是通过在能源革命中融入互联网理念和现代信息技术,实现能源的绿色化、高效化和民主化,能源互联网概念正是这一思想的集中体现。因此,能源互联网的内涵可表述为“在规划建设中融入互联网理念和现代信息技术,实现低碳、绿色能源高效、分散、智能和民主化利用的输送和配置能量的网络”。建设能源互联网就是建设符合这一内涵要求的能源网络。

智能电网是能源互联网的主要技术模式

智能电网(Smart Grid,或称智慧电网)是融入了互联网理念,以“绿色、高效”为目标,以双向互动和扁平化为主要特征,以现代信息和储能技术为支撑的新一代智能化电网。智能电网有狭义和广义之分,狭义的智能电网指以分布式电源为基础的低碳绿色小微电网,它们既可单独运行亦可与大电网联网运行。广义的智能电网指包括有集中式电源的整个区域性和全国性的低碳绿色电网。电网特有的功能以及智能电网在能源绿色化中不可替代的地位和作用,决定了智能电网是能源互联网的主要技术模式。事实上,杰里米˙里夫金在《第三次工业革命》一书中构想的“能源共享网络”,指的就是智能电网。

能源互联网与智能电网的关系是内涵与外延的关系,智能电网是能源互联网概念(内涵)的外延。它们之间也可以看作是宏观指导思想与具体技术模式的关系,能源互联网概念揭示能源和电网的发展方向,智能电网建设提供具体的技术方案。

目前国内关于能源互联网的研究,绝大部分内容其实都属于智能电网建设的范畴,比如分布式能源接入电网、微电网的运行控制和互联、需求响应资源的整合利用、电动汽车充放电设施的建设运行、家庭用电智能化,以及能量(电力)路由器的研发建设等。这些内容或者以电网为基础、对象,或者本身就是电网的一个部分、一种设施,无论它们怎样融入信息技术,无论它们的信息与电力设施一体化程度有多高,目的都是为了使电网更好地实现绿色化、柔性化、智能化和高效化。

有一个情况值得深思,欧美不仅没有关于能源互联网的争论,实践中更是很少使用这一概念。比如美国还有一本以新能源革命为主题的书,叫《重塑能源:新能源世纪的商业解决方案》(中译本20146月出版),作者是著名能源专家艾默里˙洛文斯。他在书中分析了美国到2050年可再生能源发电量达到电力总需求80%应采取的途径,肯定了智能电网在重塑能源和加速传统电力系统变革中的作用,却自始至终没有提到能源互联网这个概念。观察德国的情况也能发现,国内谈论的几乎所有能源互联网的东西,都包括在他们的智能电网建设中。

中国人曾经对智能电网(Smart Grid)也充满了热情,但似乎一夜之间这种热情都转向了能源互联网,究其原因是我国智能电网的建设出现了大的偏差。必须指出,智能电网建设是在新一轮能源革命的大背景下提出来的,因此它不是传统电网原有的自动化、智能化建设的简单延续和提高,而是传统电网走向绿色化、民主化的一场深刻变革。但由于目前我国的智能电网建设基本上以传统电网的智能化建设为主,导致很多人产生了误解。还有一个重要原因,就是智能电网的建设被交流特高压绑架了。多年来我国大部分地区电网的建设都是以交流特高压电网建设为中心,电网的建设工作基本上都要服从于和服务于这个中心,智能电网的建设也不列外。由于看不到智能电网建设在推动我国能源绿色化、民主化,提高能源利用率,促进分布式能源大发展中应当发挥的重要作用,因此无数以能源革命为己任的有志之士,自然将希望寄托在了能源互联网上,不惜重新回到源头,再次扬帆起航。其实这是本不应当出现的情况,既可叹亦可赞。

第二种技术模式与“互联网+”表达方式

智能电网是能源互联网的主要技术模式,但不是唯一模式。由于能源的绿色化不可能一蹴而就,特别是在我国,可再生能源与化石能源混合作用的时期可能会更长。为了提高各类能源的综合利用效率,促进能源向低碳化、绿色化方向更好更快发展,能源互联网无疑还有第二种技术模式,这就是智慧能源网。该网络是由输配电网、天然气网、冷热气网等构成的包含分布式能源转换和储存设施在内的综合能源网,通过统筹规划建设,利用现代信息技术和智能化控制技术进行协同调度管理,适时提供气、电、冷、热多品种能源,互助互补满足用户需求,实现能源的梯级利用和产能端与用能端的智能匹配,最大限度提高能源综合利用率。

智慧能源网与智能电网都是能源互联网的技术模式,但两者侧重点各有不同。智能电网以电力系统为研究对象,以绿色化为主要目标;智慧能源网则重点研究各类能源的相互转换以及各种能源网间的协同配合和优势互补等问题,主要目标是最大限度提高能源的利用率以及清洁能源的消费比例。在一个园区、一座城镇,或一个更大的区域里,能源互联网建设采用何种技术模式,需要因地制宜根据实际可利用的能源资源情况确定。可以肯定,随着可再生能源转换、利用、储存技术的进步,以及能源绿色化程度的不断提高,智能电网与智慧能源网将向着合二为一形成新型综合能源供给体系的方向发展。目前智慧能源网的建设以“泛能网”的形式,已经在一些地方取得了可喜的成绩和宝贵的经验。

能源互联网的两种技术模式,在今天“互联网+”的时代可以采用类似的方式进行表示,使其更具时代色彩。其中智能电网可表示为“绿色电网+互联网”,智慧能源网可表示为“能源网+互联网”。这样表示的优点,一是概念明确,针对性强。每个表达式中的“互联网”一词除指Internet外,不可能再有别的解释。智能电网的表达式中,电网之前加“绿色”二字,点出了智能电网的本质所在,有助于人们在智能电网建设中把握正确的方向。智慧能源网的表达式中,直接使用“能源网”一词指明能源互联网第二种技术模式的基本特征,避免了不必要的误解。二是突出了研究对象的特点和难点。“绿色电网”与“能源网”都是网络,它们与互联网相加是两种网络的“融合”,无疑具有相当的复杂性,强调“网络”可提醒人们不能用处理一般“互联网+”的方法来解决其中的问题。

此外,需要说明的是之所以采用“+互联网”而不采用“互联网+”的表达方式,是因为当“互联网+”的对象亦为一种网络的时候,若将“互联网+”置前,容易使人将信息网络误解为是其中起主导作用的网络,从而可能导致在能源互联网的建设实践中主辅颠倒,走偏方向的情况发生。

结语

能源互联网的两种技术模式就是智能电网和智慧能源网,它们同为能源互联网概念的外延。在工程技术领域里没有抽象的能源互联网,也基本不存在智能电网和智慧能源网以外的其它技术模式。智能电网和智慧能源网的建设包含了利用互联网技术,建立有利于清洁能源消纳、节能和降低用户成本的现代能源交易市场及其营销模式,可以结合能源需求侧管理,通过开展“互联网+电力”、“互联网+电力+热力”等专题的研究和实践,实现有关的要求和目标。

为了消除对智能电网的误解,从而统一认识,形成合力,以科学、务实、创新的智能电网建设实践推动我国能源互联网事业的大发展,十分有必要将智能电网(Smart Grid)改称为“智慧电网”,这样能源互联网两个技术模式的名称即为:智慧电网与智慧能源网,不仅更协调,而且能更准确反映能源互联网的本质属性。

新闻来源:中国电力报

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