能源互聯網（源網荷儲）

04-08

《第三次工業革命》中提出了能源互聯網的未來發展藍圖，刻畫出一種以可再生能源為主要能量單元，利用互聯網技術實現能量流與信息流實時流動，多種能源供應、傳輸網路及能源技術、信息技術高度耦合的新型能源利用體系。

1 能源互聯網基本概念及主要特徵

1.1 能源互聯網基本概念

在能源互聯網中電力系統將發揮鏈接一次能源與二次能源的重要樞紐作用。然而，能源互聯網並不是簡單的智能電網的升級版或者電力系統及其他能源系統的升級版，而應當強調各個能源體系之間的相互協調。
從能源角度講，未來的能源互聯網不僅包括電能及電力系統，還應當包括煤、石油、天然氣等傳統化石能源以及風、光等清潔能源；從網路角度講，不僅包括電網，還包括油氣網、供熱網等多種形式的網路結構。
綜上所述，能源互聯網的定義應當是：以互聯網技術為基礎，以電力系統為中心，將電力系統與天然氣網路、供熱網路以及工業、交通、建築系統等緊密耦合，橫向實現電、氣、熱、可再生能源等「多源互補」，縱向實現「源網荷儲」各環節高度協調，生產和消費雙向互動，集中與分布相結合的能源服務網路。其中「源網荷儲」協調優化模式是能源互聯網的關鍵運營模式。

1.2 能源互聯網的主要特徵

能源互聯網將能源行業與互聯網思維、互聯網技術高度融合，其特徵主要有以下 4 點：

開放。能源互聯網在產業層面與技術層面都具有高度的開放特性，為能源行業與其他行業的相互融合提供交流媒介，同時具備普適性的接入埠，能夠實現對分散式電源、儲能等多種設備的適應性對接，保證能量與信息的雙向流動。
互聯。一方面，能源互聯網能夠保證局部能源設備之間的互聯互通，保證分散式能源模塊的內部供需自平衡；另一方面，能源互聯網能夠保證分散式能源模塊與集中式能源模塊之間的互聯協調，發揮兩者之間的互補協同作用，有效提高系統運行的安全性與經濟性。
對等。能源互聯網將改變各能源傳統網路「自上而下」的組織形式，各參與主體即是「生產者」又是「消費者」，各能源設備都具備發出與接收能量及能量信息的能力，在智能化的信息處理和能量流動過程中，各能量節點都是平等的。
分享。能源互聯網終端包括大量能源信息交互設備，這使得能源互聯網成為各能量節點、信息節點之間進行能量流和信息流雙向流動的平台，每個能源節點都有獲取數據信息的許可權與能力，這將進一步促進能源資源在廣域範圍內的優化配置。

2 能源互聯網背景下廣義協調優化運營模式

2.1 智能電網在能源互聯網體系中的定位及作用

自「智能電網」的概念提出後，隨著電力電子技術、通信技術、自動控制技術以及大數據技術的發展，智能電網的概念和內涵也不斷得到深化和發展，從最早強調電網自動控制與保護，逐步發展到注重網路信息流的價值以及電網中能量流與信息流的整合。目前智能電網已經能夠將 ICT 技術、自動遠程控制技術和原有的輸、配電基礎設施高度集成。
作為我國目前能源體系中最為重要的二次能源，電力將是鏈接能源生產與能源需求、清潔能源與直接可用能量、清潔能源與傳統化石能源的重要途徑，也是實現能源互聯網中能源生產、運輸、市場消費等各個環節之間協調互補的關鍵。因此，智能電網應當是能源互聯網的基礎支撐平台和資源配置中心，發揮重要的核心及紐帶關係。

2.2 傳統「源網荷儲」運營模式

該模式主要包含以下 4 個方面：

源源互補。「源?源互補」強調不同電源之間的有效協調互補，通過靈活發電資源與清潔能源之間的協調互補，克服清潔能源發電出力受環境和氣象因素影響而產生的隨機性、波動性問題，形成多能聚合的能源供應體系。
源網協調。「源?網協調」要求提高電網對多樣化電源的接納能力，利用先進調控技術將分散式和集中式的能源供應進行優化組合，突出不同組合之間的互補協調性，發揮微網、智能配電網技術的緩衝作用，降低接納新能源電力給電網安全穩定運行帶來的不利影響。
網荷儲互動。「網?荷?儲互動」要求把需求側資源的定義進一步擴大化，將儲能、分散式能源視為廣義的需求側資源，從而將需求側資源作為與供應側相對等的資源參與到系統調控運行中，引導需求側主動追尋可再生能源出力波動，配合儲能資源的有序(智能)充放電，從而增強系統接納新能源的能力，實現減棄增效。

2.3 能源互聯網廣義「源網荷儲」協調優化運營模式基本架構

作為能源互聯網的核心和紐帶，電力系統的「源?網?荷?儲」協調優化模式能夠更為廣泛地應用於整個能源行業，與能源互聯網的技術與體制相結合，形成整個能源系統的協調優化運營模式。
在能源互聯網背景下，「源?網?荷?儲」協調優化有了更深層次的含義；「源」包括石油、電力、天然氣等多種能源資源；「網」包括電網、石油管網、供熱網等多種資源網路；「荷」不僅包括電力負荷，還有用戶的多種能源需求；而「儲」則主要指能源資源的多種倉儲設施及儲備方法。具體來講，主要包含以下 2 個方面。

橫向多源互補。「橫向多源互補」是從電力系統「源?源互補」的理念衍生而來，能源互聯網中的「橫向多源互補」是指電力系統、石油系統、供熱系統、天然氣供應系統等多種能源資源之間的互補協調，突出強調各類能源之間的「可替代性」，用戶不僅可以在其中任意選擇不同能源，也可自由選擇能源資源的取用方式。
縱向「源網荷儲」協調。「縱向源網荷儲協調」是從電力系統「源網協調」和「網荷儲互動」的理念中衍生而來。能源互聯網中的「縱向源網?荷儲協調」主要是指 2 個方面：

①通過多種能量轉換技術及信息流、能量流交互技術，實現能源資源的開發利用和資源運輸網路、能量傳輸網路之間的相互協調；
②將用戶的多種用能需求統一為一個整體，使電力需求側管理進一步擴大化成為全能源領域的「綜合用能管理」，將廣義需求側資源在促進清潔能源消納、保證系統安全穩定運行方面的作用進一步放大化。

能源互聯網「源?網?荷?儲」協調優化運營模式的主要架構如圖 1 所示。

能源互聯網「源–網–荷–儲」協調優化運營模式

2.4 能源互聯網廣義「源網荷儲」協調優化運營模式的基本方法

能源互聯網廣義「源網荷儲」協調優化運營模式主要分為 4 個部分，按照時間順序如圖 2 所示。

能源互聯網「源網荷儲」運營模式基本流程

3 「源網荷儲」協調優化關鍵技術

3.1 「源網荷儲」協調優化的技術框架

為支撐上述能源互聯網協調優化模式的流暢運行，需要有一定的技術架構作為基礎來實現能源互聯網不同模塊之間的能量流與信息流互聯互通，根據能量流與信息流的流動方向，能源互聯網「源網荷儲」協調優化模式的技術架構如圖 3 所示。

能源互聯網「源網荷儲」技術架構

如圖 3 所示，為實現能源互聯網在廣域範圍內的「源網荷儲」協調優化，技術框架包含 4 個主要部分：

在系統規劃部分，需要有專項技術優化各類型電源(包括集中式與分散式)的選址定容、微網及主網的規劃設計，為「源網荷儲」協調優化運行奠定基礎。
在系統運行部分，需要有專項技術能夠在微觀層面上控制各分散式電源及儲能設備的充放電，實現用戶端各模塊的內部自優化、自適應，提高各模塊的可控性。在宏觀層面上，形成新能源發電與傳統化石能源發電出力的優化組合，通過分散式發電、儲能設備等技術，引導用戶用電負荷主動追蹤發電側出力。
在系統信息通信部分，需要有專項信息交互技術保證信息流在各個能源模塊間的雙向自由流動，收集各個模塊的數據信息並進行初步的分類、處理，隨時滿足用戶的初級數據需求，並且將收集來的數據輸入雲端信息處理部分。
在雲端信息處理部分，需要有專項技術把能源供應模塊、能源網路模塊以及能源需求的數據信息進行集成、處理、分析以對外公布，同時反饋到優化模塊來制定系統的優化運行計劃，在較為長遠的時間尺度上，將全能源系統的數據信息反饋到系統能源規劃模塊中，以進一步循環優化、修正系統規劃設計。

3.2 「源網荷儲」協調優化關鍵技術

在「源網荷儲」協調運營的技術框架下，與 4 個技術部分相對應的包括四種協調優化關鍵技術：

1廣域能源優化配置規劃技術。

廣域能源優化配置規劃技術要求能夠統籌兼顧、因地制宜地協調一定能源區域內的各種能源資源，如太陽能、風能、水資源、燃氣資源、煤炭等，在規劃階段，分析資源開發利用的具體模式，結合區域內鐵路網、燃氣供應網路、供熱網路的整體情況，確定光伏發電、燃氣發電、傳統煤電的容量及選址，設計相應的能源規劃方案及系統運行方案，通過模型測算保證規劃的合理性、可靠性，實現電力系統、鐵路網系統、油氣網系統的統籌協調。
這方面的研究重點主要是規劃模型研究，未來將以現有的智能電網規劃模型為基礎進一步延伸，並且以模型為依據構建軟體平台和信息處理分析系統。目前這方面的模型研究包括多類型能源協調互補協調優化模型、能源互聯網示範工程規劃設計模型、考慮供需雙側能源需求的清潔能源併網消納模型等。

2多能流互補控制技術。

能源互聯網是多能源網路的耦合，這表現在能源網路架構之間的相互耦合，同時也包括網路能量流動之間的互補協調、安全控制。在能源供應與輸配環節，未來能源互聯網通過柔性接入埠、能源路由器、多向能源自動配置技術、能量攜帶信息技術等，能夠顯著提高電網的自適應能力，實現多能源網路接入埠的柔性化、智能化，降低網路中多能源交叉流動出現衝突、阻塞的可能性。在系統出現故障時，能夠加速網路的快速重構，重新調整能源潮流分布和走向。
目前多能流互補控制技術主要聚焦於控制策略與控制技術方面，控制策略主要指多類型能源發電的優化調度模型、控制模型等；控制技術主要指以數字信號處理為基礎的非傳統控制策略及模型，包括神經網路控制、預測控制、電網自愈自動控制技術、互聯網遠程控制技術、模糊控制技術、接入埠控制技術等。

3多能源計量監測及信息交互技術。

信息監測技術方面，智能電網的高級量測體系(advanced metering infrastructure，AMI)系統是基礎，其未來的研發過程要向著智能化、計量能力多元化、信息交互多向化方向發展，通過無線感測器技術、遙測技術等實現能源信息的自動採集、自動分析處理。
信息交互技術方面，未來需重點研發信息交互自動感知技術、通用信息介面技術、數據清洗技術、信息數據壓縮技術、數據信息融合技術等，實現用戶與用戶之間、用戶與各個能源互聯網模塊之間的自由信息交換與動態反饋。
通過總結分析，多能源計量監測及信息交互技術的主要應用體現在以下 2 點：
①信息收集與實時分析。藉助於互聯網技術、「大數據」與「雲計算」技術對 AMI 系統的通信模塊和數據管理模塊進行升級，增強其數據吞吐處理、數據存儲能力、數據分析能力等。實時收集用戶的用能信息及其他環境信息，對這些基礎信息進行初步數據挖掘，獲取用戶用能行為特徵、刻畫用戶用能特點等。
②與智能控制終端相互整合。藉助能源互聯網的普適性接入埠，構建能源互聯網多種類能源設備的信息交互平台，藉助完善的信息分析處理能力，結合數據挖掘分析結果為用戶提供多能協調的綜合用能方案，在一定程度上實現對用戶用能設備、分散式能源設備的自動控制、自動優化協調。這種以多能源計量檢測和信息交互技術為基礎的綜合用能管理系統將是未來實現用戶側能源利用梯級優化的重要支撐。

4智能雲端大數據分析處理技術。

在能源互聯網的技術框架下，雲端信息處理技術將與大數據技術實現有機結合。在微觀層面上，利用互聯網營銷技術、雲存儲和雲計算技術，一方面，用戶可以隨時隨地、按自身需求訂製信息服務，便捷地獲取能源資源信息；另一方面，大數據信息處理技術能夠在精確分析用戶綜合用能習慣的基礎上，在多個用戶之間進行比較分析，為用戶提供能源綜合利用優化方案，引導用戶用能與能源供應相協調。
在宏觀層面上，雲端大數據技術將發揮數據匯總、分析、傳輸的職能，起到銜接各個技術模塊的關鍵作用。規劃前期，能源規劃的基礎數據通過大數據採集技術匯總到雲端，由大數據可視化技術、大數據分析及展現技術分析計算各個規劃方案的經濟指標，與廣域能源優化配置規劃技術相結合，制定優化的規劃方案；在系統運行過程中，各個能源模塊之間的實時運行數據也將上傳至雲端，通過大數據分析技術、大數據展現技術等模擬模擬技術，預測能源模塊之間的能量流，與多能流互補控制技術相結合，實現能源資源的實時優化調度與合理化分配。

參考文獻

曾鳴, 楊雍琦, 劉敦楠,等. 能源互聯網「源–網–荷–儲」協調優化運營模式及關鍵技術[J]. 電網技術, 2016, 40(1):114-124.