新能源電力系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)

杰里米.里夫金在其著作《第三次工業(yè)革命》中提出，處于能源中心的國家必將引領(lǐng)世界的發(fā)展。在第三次工業(yè)革命到來前夕，誰能夠在可再生能源的開發(fā)利用上占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位，誰就能夠引領(lǐng)人類歷史上新的生產(chǎn)變革。

隨著化石燃料的日漸枯竭，以及傳統(tǒng)能源開發(fā)利用所帶來的環(huán)境污染、氣候變化等問題日益嚴(yán)重，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源，提高能源利用效率，減少污染排放，保障能源供應(yīng)和能源安全是當(dāng)前我國能源革命的核心內(nèi)容和必然選擇。新能源電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出，為解決上述問題提供了一整套完整的技術(shù)路線方案。兩者有什么不同，存在什么樣的耦合關(guān)系，如何將兩者的功能進(jìn)行整合，都是當(dāng)前亟須解決的問題。

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新能源電力系統(tǒng)

——新型電力系統(tǒng)架構(gòu)

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以煤炭、石油、天然氣、水能等傳統(tǒng)能源作為一次能源，由于其可儲存的特性以及穩(wěn)定可靠的發(fā)電技術(shù)，使得電力系統(tǒng)供應(yīng)側(cè)可控可調(diào)。隨著可再生能源發(fā)電的大規(guī)模接入，風(fēng)能、太陽能等可再生能源作為一次能源具有的不可儲存及波動特性，使得風(fēng)電等可再生能源發(fā)電出力具有較大的不確定性，電力系統(tǒng)供應(yīng)側(cè)可調(diào)控性降低，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出較強的供需雙側(cè)隨機性。新能源電力系統(tǒng)就是通過電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行方式的根本性變革，使電力系統(tǒng)更夠承受供需雙側(cè)不確定性對系統(tǒng)的沖擊，保證可再生能源的安全高效利用。

新能源電力系統(tǒng)的主要特征有兩點：

第一，高可再生能源利用比例。高滲透率的可再生能源電力是新能源電力系統(tǒng)的重要特征。由于風(fēng)能、太陽能等可再生能源較低的能量密度以及我國可再生能源資源主要集中在“三北”地區(qū)的分布格局，未來我國的新能源電力系統(tǒng)應(yīng)該是集中式與分布式可再生電源、遠(yuǎn)距離大電網(wǎng)輸送與區(qū)域微網(wǎng)就地消納相結(jié)合的形式，從而保證系統(tǒng)能夠最大限度地利用可再生能源電力。

第二，供應(yīng)側(cè)的橫向多能源互補，系統(tǒng)縱向源—網(wǎng)—荷—儲協(xié)調(diào)互動。安全高效利用可再生能源是新能源電力系統(tǒng)的重要目標(biāo)。在供應(yīng)側(cè)，一方面，利用可再生能源發(fā)電精確預(yù)測技術(shù)、新型可再生能源發(fā)電設(shè)備及控制技術(shù)，最大程度上做到對風(fēng)電等可再生能源發(fā)電出力的可調(diào)可控;另一方面，通過可再生能源與傳統(tǒng)水火電、抽水蓄能電站之間，不同可再生能源之間，集中式與分布式可再生能源之間的協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)多類型能源電力互補，使得供應(yīng)側(cè)整體呈現(xiàn)出穩(wěn)定的出力特性，減小可再生能源發(fā)電出力波動對系統(tǒng)造成的沖擊。在輸配環(huán)節(jié)，新型的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的輸配電方式、控制和安全防御系統(tǒng)及儲能設(shè)施的建設(shè)和應(yīng)用，使得電網(wǎng)對可再生能源擁有足夠的接納能力，最大限度地避免物理通道對電力資源優(yōu)化配置的影響。在需求側(cè)，一方面，通過AMI及先進(jìn)的通信系統(tǒng)，使用戶能夠?qū)崟r掌握自身用電情況與不同層級的系統(tǒng)運行情況，根據(jù)價格響應(yīng)信號，調(diào)整自身的用電行為;另一方面，通過先進(jìn)的控制技術(shù)，能夠?qū)τ脩舻慕K端用電器做到精確計量與控制，最大程度的利用需求側(cè)“暗儲能”潛力。

綜上所述，新能源電力系統(tǒng)核心特征就是要借助相關(guān)的技術(shù)手段，實現(xiàn)電力系統(tǒng)中真正意義上的“橫向多源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”，從而最大限度地利用可再生能源，逐步提高可再生能源在電力一次能源消費中的比例，最終使得可再生能源在我國電力能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。

能源互聯(lián)網(wǎng)

——新型能源利用體系

目前對于能源互聯(lián)網(wǎng)還沒有準(zhǔn)確的定義，根據(jù)杰里米˙里夫金對能源互聯(lián)網(wǎng)的描述，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該是一種依托于可再生能源技術(shù)、通信技術(shù)及自動控制技術(shù)，以集中式和分布式可再生能源為主要能量單元，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向信息數(shù)據(jù)的實時高速交互，涵蓋多類型能源網(wǎng)絡(luò)與交通運輸網(wǎng)絡(luò)的新型能源利用體系。在“能源互聯(lián)”背景下，傳統(tǒng)的以生產(chǎn)順應(yīng)需求的能源供給模式將被徹底顛覆，處于能源互聯(lián)網(wǎng)中的各個參與主體都既是“生產(chǎn)者”，又是“消費者”，互聯(lián)共享的能源互聯(lián)網(wǎng)價值觀將逐步形成。

從互聯(lián)網(wǎng)觀念出發(fā)，能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征有以下幾點：

第一，開放。傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)之所以能夠?qū)崿F(xiàn)信息的高速實施傳輸，主要取決于其開放式的體系結(jié)構(gòu)。能源互聯(lián)網(wǎng)具有高度的開放性，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備、負(fù)載設(shè)備及電動汽車的無差別對等接入，以及能量流和信息流的快速流動。

第二，互聯(lián)。能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分布式電源、分布式儲能及需求側(cè)資源互聯(lián)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)內(nèi)部能源供需平衡;同時，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠保證各個局部能源網(wǎng)絡(luò)、集中式可再生能源發(fā)電及大規(guī)模儲能設(shè)備之間的互聯(lián)互通與協(xié)調(diào)控制，保證整個系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

第三，對等。與傳統(tǒng)電網(wǎng)自上向下的結(jié)構(gòu)相比，能源互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出扁平化的組織架構(gòu)，各參與主體既是“生產(chǎn)者”又是“消費者”，這也就意味著能源互聯(lián)網(wǎng)要為各能量自治單元提供對等互聯(lián)的服務(wù)，從能量交換的角度，能源互聯(lián)網(wǎng)中任意節(jié)點都是平等的。

第四，分享。分享是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要特征。能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)各局域網(wǎng)間能量交換與路徑選擇的實時進(jìn)行。能源互聯(lián)網(wǎng)為能源和信息交互提供了一種共享平臺，通過能源流和信息流的雙向流動促進(jìn)能源高效利用和資源優(yōu)化配置。

從能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有以下特性：

協(xié)調(diào)控制特性。能源互聯(lián)網(wǎng)自下而上分層的能量協(xié)調(diào)控制體系，具有很強的協(xié)調(diào)控制特性。其中，第一層為就地控制，即對分布式可再生電源、分布式儲能及需求側(cè)資源的就地控制，通過自動控制設(shè)備對分布式可再生電源出力，分布式儲能充放電策略及需求側(cè)資源調(diào)控策略進(jìn)行控制;第二層為區(qū)域控制，對與主干網(wǎng)連接的區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局部的優(yōu)化控制，對區(qū)域內(nèi)所有的分布式電源、儲能及需求側(cè)可控資源進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，保證局部電網(wǎng)內(nèi)部狀態(tài)的穩(wěn)定;第三層為全局控制，對各局部電網(wǎng)、主干網(wǎng)及集中式大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電、大規(guī)模儲能設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，保證在更大范圍內(nèi)的能源資源優(yōu)化配置。

診斷自愈特性。能源互聯(lián)網(wǎng)能夠利用其先進(jìn)的檢測與控制設(shè)備實施自動故障檢測，對網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)事件或者緊急情況做出反應(yīng)，隔離故障器件或者局部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速重構(gòu)，以及各個微型能源網(wǎng)絡(luò)孤島與并網(wǎng)運行狀態(tài)的平滑切換，保證系統(tǒng)內(nèi)正常的能源電力供應(yīng)。

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)的核心特征就是將互聯(lián)網(wǎng)中開放、互聯(lián)、對等、分享的價值體系和相關(guān)技術(shù)，與傳統(tǒng)能源供應(yīng)體系相融合，構(gòu)建一個以可再生能源為主要一次能源，能夠?qū)崿F(xiàn)分層協(xié)調(diào)控制，能夠保證能量流和信息流實時交互流動，具有高度可靠性和安全性的新型能源利用體系。

新能源電力系統(tǒng)

與能源互聯(lián)網(wǎng)的對接與整合

從新能源電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念和特征中不難看出，兩者雖然在整體布局上有很多的不同，但是在一些核心內(nèi)容上又有很多的交叉，具體來說：

核心目標(biāo)一致。新能源電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念都是在當(dāng)前傳統(tǒng)能源供應(yīng)緊張，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時越來越重視環(huán)境保護(hù)的背景下應(yīng)運而生的，提高可再生能源在電力能源及整個社會能源供應(yīng)體系中的比例是兩者共同的核心訴求。兩者都為安全高效地利用可再生能源提供了一整套技術(shù)解決方案。

技術(shù)層面相互交叉。可再生能源作為一次能源，只能通過轉(zhuǎn)化成電能后才能方便被人們利用，電力所具有的高效、快速的傳輸性質(zhì)，使其能夠很好地承擔(dān)未來能源互聯(lián)網(wǎng)中各類能源互聯(lián)互通的紐帶與接口作用。因此，未來新能源電力系統(tǒng)很可能成為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)，其具備的可再生能源高效發(fā)電技術(shù)、靈活先進(jìn)的輸配電技術(shù)、AMI系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)及先進(jìn)的通信控制技術(shù)，同樣也是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中的核心技術(shù)需求。其中，作為能源互聯(lián)網(wǎng)中重要組成元件的能源路由器，與當(dāng)前新能源電力系統(tǒng)及智能電網(wǎng)研究中所使用的智能變壓器，也有著技術(shù)和功能上的傳承性。因此，新能源電力系統(tǒng)與未來能源互聯(lián)網(wǎng)在技術(shù)層面有很多的交叉。這種交叉使得新能源電力系統(tǒng)的范圍能夠得到外延和發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)將會在未來人類能源利用體系中占據(jù)更為重要的地位。

兩者都強調(diào)“橫向多能源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”的多元協(xié)同控制。無論是新能源電力系統(tǒng)還是能源互聯(lián)網(wǎng)，都強調(diào)能源供應(yīng)、輸送、消費一體化協(xié)同及不同類型一次能源之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。

一方面，新能源電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)都將供需雙方信息流與能量流的雙向互動作為供需雙側(cè)互動的基礎(chǔ)。需求側(cè)資源將成為維持能源供需平衡的有效調(diào)控手段，需求側(cè)響應(yīng)將借助新能源電力系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)平臺得到更好的開展。用戶可以通過智能終端更詳細(xì)地了解自身用能、分布式可再生電源出力及儲能設(shè)備充放電情況，依據(jù)市場信號和系統(tǒng)實際運行情況主動調(diào)整自身用能行為。

另一方面，新能源電力系統(tǒng)強調(diào)的供應(yīng)側(cè)多源互補，與能源互聯(lián)網(wǎng)中各能量單元及各區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通具有本質(zhì)上的一致性。利用廣域內(nèi)不同類型能源電力互補特性，保證供需的實時平衡，減小可再生能源電力不確定性對電力以及能源系統(tǒng)的沖擊。

但是相比新能源電力系統(tǒng)，能源互聯(lián)網(wǎng)具有更為廣泛的內(nèi)涵與意義。

第一，能源互聯(lián)網(wǎng)描繪的是未來社會中整體的用能體系，不僅包含新型電力系統(tǒng)，還涵蓋各類一次能源網(wǎng)絡(luò)及公路、鐵路等交通運輸網(wǎng)。從某種程度上說，新能源電力系統(tǒng)可能只是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心模塊之一。新型電力系統(tǒng)是能源互聯(lián)網(wǎng)中連接各類能源網(wǎng)絡(luò)的紐帶，是解決各類型一次能源互聯(lián)互通的有效途徑，但能源互聯(lián)網(wǎng)絕不僅僅是電力互聯(lián)網(wǎng)，而應(yīng)該是各類型能源網(wǎng)絡(luò)的高度整合，是要實現(xiàn)更為廣泛意義上的“橫向多能源互補，縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)”。

第二，能源互聯(lián)網(wǎng)強調(diào)分布式可再生能源的利用。雖然安全高效利用可再生能源是兩者共同的核心目標(biāo)，但是能源互聯(lián)網(wǎng)更強調(diào)對分布式可再生能源的利用，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠利用廣域內(nèi)分布式電源時空互補特性、分布式儲能及可控負(fù)荷的系統(tǒng)調(diào)節(jié)潛力，實現(xiàn)上述設(shè)備的“即插即發(fā)、即插即儲、即插即用”。

第三，能源互聯(lián)網(wǎng)強調(diào)參與主體的無差別對等互聯(lián)與能源共享?；ヂ?lián)網(wǎng)思維和價值觀的重要體現(xiàn)就是互聯(lián)中各參與主體地位的對等與信息的共享，能源互聯(lián)網(wǎng)中的核心價值觀就是互聯(lián)共享，能量流與信息流能夠在能源互聯(lián)網(wǎng)這個技術(shù)平臺上自由流動。在這種價值觀體系下，能源互聯(lián)網(wǎng)使得能源系統(tǒng)具有高度的開放程度，能源體系中供需雙方的界限將變得模糊，可再生分布式電源及分布式儲能大規(guī)模接入，使得處于能源互聯(lián)網(wǎng)中各參與主體既是能源“生產(chǎn)者”，又是“消費者”，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠為各參與主體提供平等接入的入口和信息交互平臺。

同時，對等互聯(lián)和能源共享也意味著能源市場的開放。能源互聯(lián)網(wǎng)中各能量單元無論體量大小，都能夠無差別參與能量市場、輔助服務(wù)市場及碳交易市場。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將使得能源市場的準(zhǔn)入門檻降低，參與主體將得到極大的豐富，系統(tǒng)也將擁有更多的可控資源維持動態(tài)的供需平衡。

第四，能源互聯(lián)網(wǎng)對能源體系的影響更為深遠(yuǎn)。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)不是基于現(xiàn)有的能源生產(chǎn)、消費模式和能源體制，而是要通過能源互聯(lián)網(wǎng)這種能源技術(shù)革命，推動能源生產(chǎn)、消費、體制變革和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，通過廣義的“源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)互動，達(dá)到最大限度消納利用可再生能源、能源需求與生產(chǎn)供給協(xié)調(diào)優(yōu)化及資源優(yōu)化配置的目的，從而實現(xiàn)整個能源網(wǎng)絡(luò)的“清潔替代”與“電能替代”，推動整個能源產(chǎn)業(yè)及經(jīng)濟(jì)社會的鏈?zhǔn)阶兏铩?/p>

綜上所述，能源互聯(lián)網(wǎng)是對當(dāng)前整個能源利用體系的顛覆性革命，與新能源電力系統(tǒng)相比較，對能源行業(yè)，甚至經(jīng)濟(jì)社會變革和發(fā)展具有更為深遠(yuǎn)的意義。而電力系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的核心模塊，新能源電力系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)能夠與能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行對接與整合。

當(dāng)前，應(yīng)做好我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與新能源電力系統(tǒng)的對接與整合工作，從頂層設(shè)計、整體規(guī)劃到具體的技術(shù)實現(xiàn)都要進(jìn)行相應(yīng)的銜接，完善和統(tǒng)一相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，做到“標(biāo)準(zhǔn)先行”，從而減少二次升級成本，集中當(dāng)前有限的資源和時間，通過新能源電力系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)這種技術(shù)手段，推動我國能源革命和經(jīng)濟(jì)社會跨越式發(fā)展。

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