從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)

2023/11/612023/11/61從智能電網(wǎng)到能源互聯(lián)網(wǎng)美國著名學(xué)者杰里米?里夫金在其著《第三次工業(yè)革命》一書中,首先提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景,引發(fā)了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。里夫金認(rèn)為,能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有以下四大特征:①可再生能源為主要一次能源;②支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入;③于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣域能源共享;④持交通系統(tǒng)的電氣化(即由燃油汽車向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)變)。從上述特征可以看出,里夫金所提倡的能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵主要是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣域內(nèi)的電源、儲(chǔ)能設(shè)備與負(fù)荷的協(xié)調(diào);最終目的是實(shí)現(xiàn)由集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用的轉(zhuǎn)變。但由于能源互聯(lián)網(wǎng)的概念剛提出不久,其定義、架構(gòu)、組成和主要義,并簡潔爭論其架構(gòu)、組成以及和“智能電網(wǎng)”的聯(lián)系與區(qū)分。最終電力系統(tǒng)與自然氣網(wǎng)絡(luò)的融合、信息物理建模及安全等幾個(gè)方面,探討了能源互聯(lián)網(wǎng)爭論中可能面臨的主要挑戰(zhàn)。能源互聯(lián)網(wǎng)的根本概念、架構(gòu)及組成里夫金在《第三次工業(yè)革命》一書中提出的只是能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景,并沒有給出能源互聯(lián)網(wǎng)明確而嚴(yán)格的定義。里夫金認(rèn)為,能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)當(dāng)包含以下五大主要內(nèi)涵：支持由化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)變、接入、利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造電力系統(tǒng)、支持向電氣化交通的轉(zhuǎn)型。能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心,以互聯(lián)網(wǎng)及其他前沿信息技術(shù)接入、利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造電力系統(tǒng)、支持向電氣化交通的轉(zhuǎn)型。能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心,以互聯(lián)網(wǎng)及其他前沿信息技術(shù)為根底,以分布式可再生能源為主要一次能源,與自然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)架構(gòu)與組成元素如下圖。從圖可以看出,能源互聯(lián)網(wǎng)事實(shí)上由4個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),即電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、自然氣網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)密耦合構(gòu)成。從圖可以看出,能源互聯(lián)網(wǎng)事實(shí)上由4個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),即電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、自然氣網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)密耦合構(gòu)成。能源互聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)有很多相像之處，是智能電網(wǎng)概念的進(jìn)一括：①智能電網(wǎng)的物理實(shí)體主要是電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)和自然氣網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成；中，能量可在電能、化學(xué)能、熱能等多種形式間相互轉(zhuǎn)化；浩大，爭論重點(diǎn)將由局部消納向廣域調(diào)轉(zhuǎn)變；④能電網(wǎng)的信息系統(tǒng)以傳統(tǒng)的工業(yè)掌握系統(tǒng)為主體中，互聯(lián)網(wǎng)等開放式信息網(wǎng)絡(luò)將發(fā)揮更大作用。廣域內(nèi)分布式設(shè)備的協(xié)調(diào)與掌握廣域內(nèi)分布式設(shè)備的協(xié)調(diào)優(yōu)化目前針對分布式電源與儲(chǔ)能等設(shè)備的爭論主要是從智能配電系統(tǒng)性還是安全性的角度看,僅僅對分布式進(jìn)展局部協(xié)調(diào)都是不夠的。因此，能源互聯(lián)網(wǎng)爭論的重點(diǎn)之一是擴(kuò)大電力系統(tǒng)的互聯(lián)范圍。廣域負(fù)荷側(cè)掌握考慮到能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)可再生能源將占有很高比例，對大量可控負(fù)以犧牲用戶的便利和舒適程度為代價(jià)。要實(shí)現(xiàn)非中斷性負(fù)荷掌握，確的把握。因而,大數(shù)據(jù)分析與云存儲(chǔ)技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)非中斷性負(fù)荷掌握的關(guān)鍵。分布式設(shè)備的即插即用考慮到能源互聯(lián)網(wǎng)中分布式設(shè)備，尤其是可控負(fù)荷數(shù)量浩大，其接入系統(tǒng)的問題完全由電網(wǎng)公司進(jìn)展人工規(guī)劃和設(shè)計(jì)明顯已不現(xiàn)實(shí)。這要求能源互聯(lián)網(wǎng)必需具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性插即用接口包括物理與信息兩個(gè)方面。電力系統(tǒng)與自然氣網(wǎng)絡(luò)的融合作為最重要的一次性能源之一，自然氣在將來能源消費(fèi)中所占比統(tǒng)高度耦合的產(chǎn)物。由于針對氣電協(xié)調(diào)規(guī)劃的爭論最近幾年才開頭，尚有很多問題值得爭論：首先，由于自然氣網(wǎng)絡(luò)、燃?xì)獍l(fā)電廠和電力網(wǎng)絡(luò)通常由不同的實(shí)體負(fù)責(zé)運(yùn)營，因此無法強(qiáng)制要求這些實(shí)體執(zhí)行協(xié)調(diào)規(guī)劃結(jié)果。其次，由于氣電協(xié)調(diào)規(guī)劃問題涉及包括監(jiān)管機(jī)構(gòu)在內(nèi)的多個(gè)不同他市場參與者的投資決策。最終，隨著燃?xì)獍l(fā)電比例上升，自然氣網(wǎng)絡(luò)對于氣電網(wǎng)絡(luò)融合爭論的協(xié)調(diào)運(yùn)行問題。電力系統(tǒng)與電氣化交通系統(tǒng)的融合交通行業(yè)是除發(fā)電行業(yè)之外的另一化石能源消耗大戶。近年來，隨著電池技術(shù)的漸漸成熟和本錢的不斷下降交通系統(tǒng)的耦合程度在將來將不斷加深?，F(xiàn)有爭論工作主要是從電力系統(tǒng)的角度動(dòng)身，并沒有系統(tǒng)考慮電動(dòng)汽車作為一種交通工具所具有的行為特征通系統(tǒng)與電力系統(tǒng)將逐步由相互獨(dú)立演化為高度耦合。首先，建設(shè)充電設(shè)施的目的是向車主供給充電效勞，因此充電設(shè)素。其次，充電設(shè)施的選址會(huì)影響車主的日常駕駛行為，從而最終影響交通網(wǎng)絡(luò)的流量安排。最終，充電設(shè)施的選址和定容會(huì)影響電力系統(tǒng)負(fù)荷的時(shí)空分布。因此，充電設(shè)施規(guī)劃有必要與電力系統(tǒng)和交通系統(tǒng)的規(guī)劃協(xié)調(diào)進(jìn)展。目前，就充電設(shè)施規(guī)劃問題國內(nèi)外已做了一些初步爭論工作，但值得爭論的重要課題。能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理建模及安全性信息質(zhì)量及能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理建模建立能源互聯(lián)網(wǎng)的最終目的是協(xié)調(diào)廣域內(nèi)的海量能量生產(chǎn)與消耗要深入爭論信息系統(tǒng)的信息質(zhì)量對于物理系統(tǒng)性能的影響。3個(gè)方面進(jìn)展。首先，需要爭論信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的統(tǒng)一建模理論，這種的建模方法稱為信息物理建模。其次，需要結(jié)合物理系統(tǒng)及其調(diào)度與掌握功能的特性，爭論信息質(zhì)量的評估方法。最終，可以在上述爭論的根底上，進(jìn)展與物理系統(tǒng)相適應(yīng)的信息系統(tǒng)規(guī)劃與運(yùn)行方法。能源互聯(lián)網(wǎng)的信息物理安全性隨著信息系統(tǒng)與一次能源系統(tǒng)的融合不斷加深，能源互聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題將漸漸凸顯。網(wǎng)絡(luò)攻擊并不能直接對物理系統(tǒng)造成破壞，但可能減弱甚至完全破壞信息系統(tǒng)的正常功能物理設(shè)備的掌握與相互協(xié)調(diào)在很大程度上依靠信息系統(tǒng)息系統(tǒng)的攻擊就有可能導(dǎo)致能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)發(fā)生多種簡單的物理交互過程，并最終威逼整個(gè)系統(tǒng)的安全。信息物理安全性是能源互聯(lián)網(wǎng)爭論的核心內(nèi)容之一。作為將來社估量。以下幾個(gè)方面的爭論工作值得重點(diǎn)關(guān)注：①網(wǎng)絡(luò)攻擊和信息系統(tǒng)故障對于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全的影響可能更為顯著；②物理系統(tǒng)故障和信息系統(tǒng)故障可能同時(shí)發(fā)生；③應(yīng)當(dāng)如何量化信息物理安全性，沒有一個(gè)廣泛認(rèn)同的方法；④針對不同類型的網(wǎng)絡(luò)攻擊手段和信息系統(tǒng)故障應(yīng)的信息物理安全防護(hù)手段，以及防護(hù)手段之間的相互協(xié)調(diào)