2015年11月5日到7日,国家能源局主办了“国际能源变革论坛”,会后发出了苏州宣言,号召与会各方“探索能源互联网发展对能源变革的作用,推动两者之间的协同发展”、“开展能源变革综合示范区建设和交流”。前一点正是对能源互联网的本质深刻认识的基础上提出的,而后一点指出了未来能源互联网的实施路径。
能源互联网的本质
为什么能源互联网与能源变革紧密相关,这是由能源互联网开放、平等、互联、分享的本质特征决定的,分别体现在能量、信息和价值交换的不同层面上并相互作用,形成能源基础设施自下而上构建和价值驱动下的自上而下运行的新格局,因此是未来能源变革的有力抓手。
能源互联网是以互联网理念构建的新型信息—能源融合的“广域网”,它以大电网为“主干网”,以微网、分布式能源、智能小区等为“局域网”,以开放对等的信息—能源一体化架构真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用,因此可以最大限度地适应新能源的接入。能源形式多种多样,电能源仅仅是能源的一种,但电能在能源传输和转换等方面具有无法比拟的综合优势,所以在考虑互联问题时以电网为主。能源互联网是采取自下而上分散自治协同管理的模式,与目前集中大电网模式相辅相成,符合电网发展集中与分布相结合的大趋势。
(1)开放
互联网实现信息的随时随地接入与获取,主要取决于开放式的体系结构。能源互联网要实现开放性,需要可再生能源与储能用能装置的“即插即用”。能源互联网的发展要借鉴互联网的发展方式,走标准先行、应用驱动、进一步带动产业和市场发展的道路。
(2)互联
“局域网”与“广域网”的本质不同在于“广域网”必须解决规模化开放互联的问题,这就需要简洁易行的标准协议作为基础。“局域网”内部可以进行多种能源形式的转换,可以进行风、光、储、用的平滑与协调,但“广域网”的互联必须建立在局域消纳的基础上,形成简捷的能量交换方式,才可能实现大规模互联。
(3)对等
同传统电网自顶向下的树状结构相比,能源互联网的形成是能量自治单元之间的对等互联。任意单元之间的连接是逻辑上的,其真正的实现必须建立在分散路由的基础之上。能量的传输应该是多次路由的结果,其间是解耦的,进而可以避免一系列安全稳定性问题;同时传输路由路径之间可以是动态、互为备用的,在保证冗余和可靠性的同时不降低系统的利用率。
(4)分享
分布、分散与分享也是能源互联网的主要特征。原来仅依赖于中心调度与管理的功能可以采用分散—协调的方式来更高效地实现,而“局域网”(如微网)的监控甚至可以采用没有“中心”的对等模式。借鉴互联网应用中社交网络的信息分享机制,能源互联网中各局域网之间的能量交换与路由也都是就近实时动态进行的,以分散式局部最优和高效的全局协调来实现电网整体能量管理的优化。
能源互联网开放、平等、互联、分享的本质特征还不仅仅体现在基础设施层面。在国家“互联网+”战略的指导下,能源互联网借鉴互联网思维在能源行业的市场规则、商业模式、体制机制等层面都将引发深刻的变化。目前产业上最为活跃的主要体现在商业模式的创新,结合国家电力体制改革售电放开等政策趋势,用户为中心个性化能源服务的体现、新能源融资的互联网金融创新以及平台战略在能源信息透明和资源整合中的作用等等,都是互联网思维在能源电力行业的创新探索。
2015年11月15日在“中国气体清洁能源发展与能源大转型高层论坛”上,国务院发展研究中心主任李伟指出: “能源互联网是能源发展的创新形式,将颠覆原有的能源行业分工,出现高开放性的新兴业态,也会颠覆性改变过去的一些市场规则、倒逼政府改变管理方式,催生产业组织创新、商业模式创新和政府管理方式创新。”
能源互联网的实施路径
能源互联网代表未来的方向,但其发展还有很长的路要走,在现实条件下是否有可行的能源互联网典型场景和实施路径,是大家关心的问题。下面是结合能源互联网理念提出的一个具有开放对等互联要素的区域能源互联网典型场景图。
如图所示,典型的目前情况下可以参与到作为区域能源互联网构成要素的包括:
(1)分布式能源(燃气冷热电联供)
燃气冷热电三联供系统是以燃气作为一次能源产生电、热、冷二次能源的系统。天然气燃烧把化学能转化为热能,高品位的热能用来发电,低品位的热能用于供热或者为吸收式、吸附式制冷系统提供驱动热源,从而实现对天然气化学能的多级多次利用。燃气冷热电三联供系统具有很高的一次能源利用率。对于普通的火力发电系统,一次能源利用率约为40%,在传输电能的过程中又要经受约2%的损耗。而采用冷热电三联供系统,一次能源利用率通常可达80%以上。
(2)微网(风光储电动汽车等)
风光作为分布式可再生能源的主力由于其间歇性,必须辅以储能的支撑,这些在微网的技术研究与发展中得到实践。但微网本身一般很难稳定孤岛运行,而微网并网又受限于目前电网的不够灵活。能源互联网为微网的接入和互联提供了另外的思路。微网的新能源发电和储能目前还存在成本问题,引入能源互联网有利于在更大范围内提高微网实现的经济可行性。
(3)智能社区(需求侧响应和管理)
需求响应是指电力用户受不同时期的电力价格和激励措施的影响,主动改变其日常用电模式,以期在电力市场的电力价格高涨或者在电力系统的可靠性受到威胁时通过及时响应电网指令、降低用电需求或转移用电时间来获益。其执行可以是基于价格或者基于激励机制的。需求响应的主要实施过程是运营方和用户双方事先经过协议沟通并签订相应的响应合同,合同内容包括用户愿意进行的需求响应方式,响应办法以及补偿办法等。运营方根据能源互联网运营情况确定需求响应的时间和方式等需求响应事件,并将此需求响应事件通知给能源互联网能量管理系统,进而由能量管理系统下发信号给用户,用户接到信号后根据自己的用电需要做出响应判断。运营方根据需求响应效果确定能源互联网运营情况,并根据合同对用户进行响应的补偿。
相对于传统自顶向下的电网发输配变用的模式,在一定区域内的能源互联网承担了分布式能源的灵活接入、动态负荷的局部消纳、与用户互动的需求侧响应等功能。同时,能源互联网很大程度上屏蔽了源和用引入的动态性,一定程度上减小了大电网利用大的冗余度换取安全可靠性的程度,提高了大电网的整体利用效率。诸多方面因素协同考虑,可以形成现实意义下具有经济可行性的区域能源互联网示范,进一步向更细粒度(如家庭能源互联网)和更高层级(如全球能源互联网)延伸,以此带动能源互联网技术创新、模式创新和体制机制变革,走出中国发展能源互联网的实施路径。