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          能源互聯網有兩種技術模式

          更新時間:2015-08-03 來源: 國立智能 瀏覽次數:2534 作者:admin

           

          能源互聯網是當今我國能源及相關行業最熱門的一個話題,尤其是“互聯網+”成為一種時代潮流后,人們熱切地期盼能源與互聯網的“融合”,為中國開辟出一條推動能源生產和消費方式革命,實現能源可持續發展的嶄新道路。

          但遺憾的是能源互聯網概念自傳入中國以來,就一直存在爭議。不同的理解中不乏真知灼見,但也夾雜著某些誤解,一定程度上影響了我國能源互聯網事業的發展。為了深化和統一認識,在今天“互聯網+”的新形勢下,有必要以理性的態度對能源互聯網進行再認識。本文從分析能源互聯網概念提出的背景以及產生歧義和誤解的原因入手,對能源互聯網的內涵、技術模式、與智能電網的關系,以及如何以“互聯網+”的方式表達等問題作了深入研究,提出了新的見解。

          能源互聯網是一個有歧義的概念

          互聯網(Internet)作為一個專業術語,指的是由無數計算機網絡互聯形成的覆蓋全球的信息共享網絡。將能源與互聯網結合,構成“能源互聯網”概念,這是美國經濟學家杰里米˙里夫金在《第三次工業革命》一書中正式提出來的。里夫金說,歷史上經濟和社會的變革離不開能源革命和通信革命兩大因素,正是它們的發生和結合引發了新一輪的工業革命。目前一場以可再生能源替代化石能源的革命正在興起,通信領域在過去的25年里也出現了偉大的變革,即互聯網革命,這就促使他將能源革命與互聯網聯系在一起。他認為可以通過互聯網技術與可再生能源相融合,將全球的電力網變為能源共享網絡,使億萬人能夠在家中、辦公室、工廠生產可再生能源并與他人分享。這個共享網絡的工作原理類似于互聯網,分散型可再生能源可以跨越國界自由流動,正如信息在互聯網上自由流動一樣,每個自行發電者都將成為遍布整個大陸的、沒有界限的綠色電力網絡中的節點。

          這是最早也是最“正宗”的關于能源互聯網的構想。毫無疑問這一構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著不可忽視的技術失誤:能源共享網絡(即電網)與互聯網的工作原理不是類似而是截然不同,能源(電力)不可能像信息那樣在全世界自由流動。事實上由于電網與互聯網彼此的結構、功能、技術特性、傳輸方式和載體,以及運行所遵循的物理規律完全不同,電力在電網中傳輸受到的約束要比信息在互聯網中傳輸受到的多得多、大得多,不僅有電壓、頻率、功率平衡、電能損耗、傳輸能力的約束,還有暫態、動態、熱穩等各種安全穩定極限的限制,因此電力很難像信息那樣可以在任意兩個節點之間自由交互。那種認為只要電網不斷擴大,實現全球電網互聯就解決了電力從一點到任一點的輸送問題,是一種誤導或誤解;即使在較遠的將來,超導輸電在電網中的應用與今天光纖在互聯網中的應用一樣普遍,并且采用直流電網為主干網架時,也不能完全做到。

          此外,由于電力具有同質化、一次性消耗、不能重復“分享”的特點(信息則具有個性化、長期保存、可重復分享的特點),也決定了電力并非都有必要像信息一樣在任意兩個節點間傳輸。世界上不存在沒有界限、工作原理類似于互聯網的能源共享網絡,也沒有不受約束可以在任何范圍內自由傳輸的能源(電力)。但如果僅在一個局部區域,如一片社區或一座城市甚至更大范圍內,遵照電網運行的客觀規律并根據用電負荷的需求和特性,對各種分布式電源、儲能裝置、微電網、配電網以及主干網進行統籌規劃建設,同時采用先進的信息和自動控制技術進行智能化協同調度管理,實現里夫金的構想則是可能的。

          必須承認作為一個翻譯的漢語詞組,能源互聯網是一個有歧義的概念。這里的“互聯網”如果看作是專業術語Internet,按詞面理解的意思應當是“傳輸能源的Internet”,顯然這在技術上不成立。如果將“互聯網”看作是一個普通漢語名詞而非Internet,則可認為能源互聯網就是“能源的互聯互通網絡”。在此前提下還有兩種不同的理解:一是認為各種能源,如水能、核能、風能、太陽能、天然氣、煤炭轉化為電能后都要匯入電網,因此電網是天然的能源互聯網;二是認為真正的能源互聯網應當是包括電網、油網、氣網、熱力網在內的綜合能源網。盡管兩種理解都講得通,但不把“互聯網”看作是Internet,顯然不符合這個概念的本意。這種因語言表達規律差異而帶來的困擾是客觀存在的,因此通過認真討論,統一認識十分必要。

          能源互聯網的內涵與新能源革命思想

          由于能源互聯網的構想在技術上受到質疑,作為經濟學家的杰里米˙里夫金后來解釋說,提出能源互聯網主要是源于哲學和經濟學層面的思考,他承認能源互聯網不是一種新的能源技術模式或體系,而只是一種新能源經濟思想。這是一個十分重要的說明,可以說是正確認識能源互聯網概念本質和內涵的一把鑰匙,但遺憾的是里夫金的這個解釋幾乎被人們完全忽視了。

          新能源經濟思想實質上就是新能源革命思想。根據里夫金的論述以及世界各國能源革命的實踐經驗,它的要點可以概括如下:一、新一輪的能源革命是不可抗拒的歷史潮流,能源革命的目的是以可再生能源逐步取代化石能源,阻止地球生態環境的惡化,實現能源以及人類的可持續發展。二、能源的生產和消費方式將融入互聯網理念和現代信息技術,可再生能源的開發將以分布式為主,公眾既是能源的消費者同時又是生產者,世界將迎來能源綠色化、分散化、多元化、民主化的新時代。三、具有集中、垂直、單向特點的傳統電網將向相對分散、扁平和雙向互動的新型電網轉型,與此同時傳統的電網公司也將由單一的自上而下的電力供給者,轉變為包括能源信息在內的服務提供商,與用戶雙向共同管理能源的生產和消費。四、能源的綠色化需要經歷一個化石能源與可再生能源并存的混合能源時期,要充分利用現代信息技術,采用智能化手段協調控制各類能源的開發和利用,優化能源配置,最大限度提高能源利用率。五、分布式能源生產方式和能源民主化將為社會創造出數以百萬甚至千萬計的就業崗位,成為第三次工業革命和新經濟的重要支柱。

          不難看出新能源革命思想的精髓,就是通過在能源革命中融入互聯網理念和現代信息技術,實現能源的綠色化、高效化和民主化,能源互聯網概念正是這一思想的集中體現。因此,能源互聯網的內涵可表述為“在規劃建設中融入互聯網理念和現代信息技術,實現低碳、綠色能源高效、分散、智能和民主化利用的輸送和配置能量的網絡”。建設能源互聯網就是建設符合這一內涵要求的能源網絡。

          智能電網是能源互聯網的主要技術模式

          智能電網(Smart Grid,或稱智慧電網)是融入了互聯網理念,以“綠色、高效”為目標,以雙向互動和扁平化為主要特征,以現代信息和儲能技術為支撐的新一代智能化電網。智能電網有狹義和廣義之分,狹義的智能電網指以分布式電源為基礎的低碳綠色小微電網,它們既可單獨運行亦可與大電網聯網運行。廣義的智能電網指包括有集中式電源的整個區域性和全國性的低碳綠色電網。電網特有的功能以及智能電網在能源綠色化中不可替代的地位和作用,決定了智能電網是能源互聯網的主要技術模式。事實上,杰里米˙里夫金在《第三次工業革命》一書中構想的“能源共享網絡”,指的就是智能電網。

          能源互聯網與智能電網的關系是內涵與外延的關系,智能電網是能源互聯網概念(內涵)的外延。它們之間也可以看作是宏觀指導思想與具體技術模式的關系,能源互聯網概念揭示能源和電網的發展方向,智能電網建設提供具體的技術方案。

          目前國內關于能源互聯網的研究,絕大部分內容其實都屬于智能電網建設的范疇,比如分布式能源接入電網、微電網的運行控制和互聯、需求響應資源的整合利用、電動汽車充放電設施的建設運行、家庭用電智能化,以及能量(電力)路由器的研發建設等。這些內容或者以電網為基礎、對象,或者本身就是電網的一個部分、一種設施,無論它們怎樣融入信息技術,無論它們的信息與電力設施一體化程度有多高,目的都是為了使電網更好地實現綠色化、柔性化、智能化和高效化。

          有一個情況值得深思,歐美不僅沒有關于能源互聯網的爭論,實踐中更是很少使用這一概念。比如美國還有一本以新能源革命為主題的書,叫《重塑能源:新能源世紀的商業解決方案》(中譯本20146月出版),作者是著名能源專家艾默里˙洛文斯。他在書中分析了美國到2050年可再生能源發電量達到電力總需求80%應采取的途徑,肯定了智能電網在重塑能源和加速傳統電力系統變革中的作用,卻自始至終沒有提到能源互聯網這個概念。觀察德國的情況也能發現,國內談論的幾乎所有能源互聯網的東西,都包括在他們的智能電網建設中。

          中國人曾經對智能電網(Smart Grid)也充滿了熱情,但似乎一夜之間這種熱情都轉向了能源互聯網,究其原因是我國智能電網的建設出現了大的偏差。必須指出,智能電網建設是在新一輪能源革命的大背景下提出來的,因此它不是傳統電網原有的自動化、智能化建設的簡單延續和提高,而是傳統電網走向綠色化、民主化的一場深刻變革。但由于目前我國的智能電網建設基本上以傳統電網的智能化建設為主,導致很多人產生了誤解。還有一個重要原因,就是智能電網的建設被交流特高壓綁架了。多年來我國大部分地區電網的建設都是以交流特高壓電網建設為中心,電網的建設工作基本上都要服從于和服務于這個中心,智能電網的建設也不列外。由于看不到智能電網建設在推動我國能源綠色化、民主化,提高能源利用率,促進分布式能源大發展中應當發揮的重要作用,因此無數以能源革命為己任的有志之士,自然將希望寄托在了能源互聯網上,不惜重新回到源頭,再次揚帆起航。其實這是本不應當出現的情況,既可嘆亦可贊。

          第二種技術模式與“互聯網+”表達方式

          智能電網是能源互聯網的主要技術模式,但不是唯一模式。由于能源的綠色化不可能一蹴而就,特別是在我國,可再生能源與化石能源混合作用的時期可能會更長。為了提高各類能源的綜合利用效率,促進能源向低碳化、綠色化方向更好更快發展,能源互聯網無疑還有第二種技術模式,這就是智慧能源網。該網絡是由輸配電網、天然氣網、冷熱氣網等構成的包含分布式能源轉換和儲存設施在內的綜合能源網,通過統籌規劃建設,利用現代信息技術和智能化控制技術進行協同調度管理,適時提供氣、電、冷、熱多品種能源,互助互補滿足用戶需求,實現能源的梯級利用和產能端與用能端的智能匹配,最大限度提高能源綜合利用率。

          智慧能源網與智能電網都是能源互聯網的技術模式,但兩者側重點各有不同。智能電網以電力系統為研究對象,以綠色化為主要目標;智慧能源網則重點研究各類能源的相互轉換以及各種能源網間的協同配合和優勢互補等問題,主要目標是最大限度提高能源的利用率以及清潔能源的消費比例。在一個園區、一座城鎮,或一個更大的區域里,能源互聯網建設采用何種技術模式,需要因地制宜根據實際可利用的能源資源情況確定??梢钥隙?,隨著可再生能源轉換、利用、儲存技術的進步,以及能源綠色化程度的不斷提高,智能電網與智慧能源網將向著合二為一形成新型綜合能源供給體系的方向發展。目前智慧能源網的建設以“泛能網”的形式,已經在一些地方取得了可喜的成績和寶貴的經驗。

          能源互聯網的兩種技術模式,在今天“互聯網+”的時代可以采用類似的方式進行表示,使其更具時代色彩。其中智能電網可表示為“綠色電網+互聯網”,智慧能源網可表示為“能源網+互聯網”。這樣表示的優點,一是概念明確,針對性強。每個表達式中的“互聯網”一詞除指Internet外,不可能再有別的解釋。智能電網的表達式中,電網之前加“綠色”二字,點出了智能電網的本質所在,有助于人們在智能電網建設中把握正確的方向。智慧能源網的表達式中,直接使用“能源網”一詞指明能源互聯網第二種技術模式的基本特征,避免了不必要的誤解。二是突出了研究對象的特點和難點。“綠色電網”與“能源網”都是網絡,它們與互聯網相加是兩種網絡的“融合”,無疑具有相當的復雜性,強調“網絡”可提醒人們不能用處理一般“互聯網+”的方法來解決其中的問題。

          此外,需要說明的是之所以采用“+互聯網”而不采用“互聯網+”的表達方式,是因為當“互聯網+”的對象亦為一種網絡的時候,若將“互聯網+”置前,容易使人將信息網絡誤解為是其中起主導作用的網絡,從而可能導致在能源互聯網的建設實踐中主輔顛倒,走偏方向的情況發生。

          結語

          能源互聯網的兩種技術模式就是智能電網和智慧能源網,它們同為能源互聯網概念的外延。在工程技術領域里沒有抽象的能源互聯網,也基本不存在智能電網和智慧能源網以外的其它技術模式。智能電網和智慧能源網的建設包含了利用互聯網技術,建立有利于清潔能源消納、節能和降低用戶成本的現代能源交易市場及其營銷模式,可以結合能源需求側管理,通過開展“互聯網+電力”、“互聯網+電力+熱力”等專題的研究和實踐,實現有關的要求和目標。

          為了消除對智能電網的誤解,從而統一認識,形成合力,以科學、務實、創新的智能電網建設實踐推動我國能源互聯網事業的大發展,十分有必要將智能電網(Smart Grid)改稱為“智慧電網”,這樣能源互聯網兩個技術模式的名稱即為:智慧電網與智慧能源網,不僅更協調,而且能更準確反映能源互聯網的本質屬性。

          新聞來源:中國電力報

          圖片來源:網絡

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