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英国ladbrokes:能源互联网:能源运营模式的创新

 发布时间:2022-09-16 08:12:37 来源:英国ladbrokes网址 作者:英国ladbrokes官网

  能源互联网是在现有电力网络和智能电网基础上更具前瞻性、更综合和更高级的能源组织形态,其关键性核心技术包含了智能电网相关技术,如分布式发电、柔性输电与配电、储能、微电网、通信与传感、控制与调度等。能源互联网是多能互补能源网络,是一个信息物理能源系统,更有助于能源运营的模式创新。

  在社会影响方面,能源互联网将推动能源供给体系的变革,推动能源技术革命,促进电力体制改革,支撑社会生产模式转型,创新商业模式、创造就业机会,促进产业升级,形成新增长点。

  在关键技术突破方面,能源互联网对现有能源技术提出了更高要求,并提供能源路由器、储能、分布式发电、柔/直流输电技术、电力电子技术等关键技术进一步发展的综合应用场景。

  总体设计目标:通过以能源、信息为中心的、互联网为模型的新一代能源基础设施建设,实现能量流与信息流的深度融合,实现不同能源之间及能源与消费者之间的协同互动,提升能源综合利用的效率。总体目标的指导下,能源互联网重大科技工程的具体目标可以分解为如下4种:①形成能源互联网体系建设标准;②实现能源信息流的双向管理;③实现能源的按需低碳高效利用;④探索能源互联网服务运营管理的商业新模式。

  能源互联网重大工程科技专项的主要任务是信息基础设施(如数据中心、云计算平台)和能源基础设施(如储能、分布式发电、柔/直流电网、电力电子控制等)的一体化,主要包括能源互联网的核心设备——能源路由器,能源互联网的建模、仿真与分析技术,能源互联网信息基础设施——数据中心网络,能源互联网的调度——新一代能量管理与监控系统等。

  能源路由器是能源互联网运行与控制的关键装备,在实际应用中执行能源监控系统的调控指令,实现能源远距离、高功率、低消耗的传输和调配,完成不同地区上传能源的全网优化分配,实现不同地区用能需求的全网调配。优化的能源路由器与高效的能量传输相结合是实现能源互联互通、共享能源生产与分配的核心环节。能源路由器集成了电能变换和信息路由的功能,主要技术包括能源与信息的高效变换、双向流通、缓存、互联以及路由机制,根据信息流完成对能量流的控制,是电磁技术、通信技术、控制技术、电力电子技术、计算机技术的高水平综合产物。为实现能源路由器的普遍互联,还应建立其标准化的路由方法、接口技术与交互协议。

  能源互联网迫切需要发展新的信息物理融合建模、仿真、分析与优化技术,即基于能源互联网总体架构,发展多元系统建模,联合仿真分析、分散协调调度、服务效益优化等方面的技术。

  首先,需要针对数据中心、传输网络、储能、电力电子控制多元系统进行一体化建模,形成能源路由器局域及能源互联网全局的资源成本和服务效益模型。其次,结合能源互联网局域、广域和主干网的不同特点,针对连续时间过程的电网仿真与离散事件过程的计算机网络仿真融合的难点问题,开展能源互联网仿真分析工作。再次,结合开放对等路由传输这一能源互联网最为显著的技术特征,针对分散协同式的能量管理特点,研究系统整体能效的最大化策略。最后,能源互联网服务效益最大化是一个动态规划问题,针对优化方法需要满足实时规划调度的要求,结合能源信息服务之间的资源约束关系,研究基于仿真的优化方法在开销和精度方面的定量关系,研究适应系统动态性的往复进化式的规划优化方法和策略,研究能源信息服务之间的相互影响和作用关系。

  能源互联网信息物理融合的关键在于数据中心网络与能源互联网的融合。其中以数据中心与能源路由器的结合、光纤通信与输电线路的结合(光纤复合电缆)、数据中心电池备用与能源互联网储能缓存的结合为主。能源路由器为数据中心供电,降低数据中心静默相关成本;数据中心为能源路由动态规划调度提供实时数据采集、存储、计算支持;云平台的软件定义能力为能量交换与路由提供灵活定制能力;储能共用提高技术经济可行性等。能源互联网范畴内的技术发展重点不在于数据中心、云计算、物联网、大数据、移动互联网等技术本身,而在于其与能源电力基础设施的互补作用。

  能源互联网的能量管理系统是分散协同式的。首先,需充分考虑可再生能源发电的特点,强化可再生能源发电系统和电网之间的连接和交互,使得可再生能源发电被充分利用,最大化电网整体的收益。其次,能源互联网中的用户不仅是电力使用者,也是电力生产者,需充分激励参与电网互动。最后,能源互联网要求其子系统可自动实现孤岛与并网运行之间的平滑切换,整个网络控制系统可基于广域或本地信息对扰动事件做出快速独立的响应。

  能源互联网的新一代能量管理与监控系统由物联网、云计算和大数据分析等先进通信、信息技术支撑,包括电能信息采集控制、电能质量监测分析、电网能量管理、用户侧能量管理等多个子系统,为实时动态的收集和处理海量负荷信息提供最强有力的技术支撑,同时提供智能信息处理和决策支持能力,实现电源和负荷的协调控制、电能质量控制以及其他高级能量管理功能和应用。 并 根 据能源需求、市场信息和运行约束等条件实时决策,自由控制可再生能源发电与电网的能量交换; 提供分级服务,通过延迟对弹性负荷的需求响应确保关键负荷的优质电力保证; 对设备和负荷进行灵活调度确保系统的最优化运行等。

  基础技术及设备研发与示范阶段:研究和实践支撑各种分布式能源接入,多种能源网络互通互联方法;开发基于能源互联网的多能源交易系统,研究多能综合利用技术;建成智能电网、特高压骨干网紧密结合电网建设工作,开展能源大数据的前期研究和指导示范工作。

  区域性综合能源系统及市场建设阶段:研究开展大数据背景下配电网的综合能源规划,有效指导多元化能源间的智能调度。着重研究和建设大中城市智能燃气网建成,调峰能力增强,智能化用气系统完善。开展多能互补和能源转换技术的试点运营工作,大规模开发和部署支持区域内的燃气热电联产系统。

  全国综合能源系统及市场完善阶段:综合利用多种科技创新成果和灵活的管理控制方式,在全国范围推广建设新能源微电网,并形成多元化能源互补的非化石能源互联互动网络,积极推动跨地区的能源互联网建设和能源交易交换,达到区域互联。

  国外能源互联网领域的探索起步较早,侧重于能源信息的共享及能源系统的融合。2008 年美国国家科学基金项目未来可再生电力能源传输与管理系统(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management system,FREEDM system)研究提出了能源互联网这一概念的雏形,探讨了以可再生能源发电和分布式储能装置为基础的新型电网结构,是智能电网的发展方向。美国近年来涌现了一批使用新技术、新理念的能源公司,如已经开始转向综合能源业务的TESLA(特斯拉)等。基于强大的IT 工业基础以及各州灵活的政策,美国已经开展了许多落地的项目,新型能源业务目前已经在美国广泛开展和部署,在加利福尼亚州等政策较为激进的地区推广力度格外大,产生了许多值得借鉴的经验。

  欧洲在电力需求趋于饱和的态势下,对能源互联网进行了积极探索。2008年德国在智能电网的基础上推出了技术创新促进计划(E-Energy),基于信息和通信技术,借助互联网采集相关的能源信息,进行分析决策,指导能源网络运行调度,在整个能源体系中实现完全数字化互联以及系统监控的总体目标。

  2002 年瑞士发起了名为“Vision of Future Energy Networks”的研究项目,提出未来能源互联网两个远景元素,一是通过混合能源路由器(hybrid energy hub)集成能源转换和存储设备;二是通过一个称为能源内部互联器(energy interconnector)的设备实现不同能源的组合传输,如电力和气态能源通过地下管道组合传输。

  日本在新能源开发及能源的优化利用方面坚实的技术积累使得日本在能源系统整体化探索方面处于世界领先地位。日本“智慧能源共同体”计划通过智能化的信息交换与控制系统,协调电力、热能等不同能源品种在生产和运输等不同环节的应用,实现社会经济低碳、高效发展。日本在电池储能、新能源综合利用和燃料电池冷热电三联供等能源综合利用技术方面研究投入大,成果丰富。

  我国的能源互联网相关技术发展也已处于起步阶段。2014 年6 月中国电力科学研究院启动了“能源互联网技术架构”方面的基础性前瞻性项目研究。2015 年4 月17 日,国家能源局组织召开能源互联网工作会议,提出制定“能源互联网行动计划”。国内相关研究机构与制造商正在加紧探索能源互联网技术的研究与实践,并取得了一系列成果。

  在能源互联网基础设施建设方面,国内相继研究及发展智能风电系统、智能光伏系统、高效冷热电三联供及各种形式的分布式能源综合利用技术,并进行新型储能技术研发。目前中国正在大力推广电池研发和新能源汽车技术的推广,目前电池和汽车产量不断增长,但是在燃料电池相关技术方面进展要滞后一些。此外,中国也在同步推进综合能源网络建设,该网络以智能电网为基础,与热力、天然气、交通网络等多种类型网络耦合并进行能量的综合协调控制,以技术手段推动能源与信息通信基础设施深度融合。

  在能源互联网生态体系与商业模式建设方面,我国政府和社会团体正在尝试构建能源互联网的开放共享体系和市场交易体系,促进商业模式的创新。开发储能、电动汽车应用新模式和智慧用能新模式,培育绿色能源灵活交易的市场体系。

  在能源互联网关键技术攻关及标准体系建设方面,国家能源局等相关部门正在积极组织及推进一批典型示范项目,包括能源大数据应用关键技术、能源互联网核心设备、能源互联网系统运营交易等关键技术研发;国家质量监督检验检疫总局支持制定能源互联网的通用技术标准体系,并同步建设能源互联网质量认证体系。

  本文摘编自《中国工程科技2035发展战略·能源与矿业领域报告》,标题和内容有调整。识别图中二维码或点击下面“阅读原文”可立即购书。欢迎广大科研工作者投稿,聊聊你们的所见所闻、所感所思,投稿邮箱:

  《中国工程科技2035发展战略·能源与矿业领域报告》在系统分析世界科技发展大势的基础上,紧密结合中国建设社会主义现代化国家的战略与需求,对能源与矿业领域工程科技发展战略进行了深入研究,提出了面向2035年的中国能源与矿业领域工程科技发展战略思路与目标、重点任务与实施路径;分析了该领域工程科技关键技术、关键共性技术、颠覆性技术,提出了重大工程、重大工程科技专项建议,并对需要优先开展的基础研究方向提出了政策建议。

  本书涉及煤炭、油气、核能、可再生能源、电力、非能源矿业等六个能源与矿业领域中的子领域,系统性、综合性强,可为政府部门制定发展规划提供参考,可供学术界、科技界、产业界及广大社会公众参阅。

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