目前我國正處在能源行業(yè)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型階段，隨著化石能源的枯竭以及環(huán)境的不斷惡化，傳統(tǒng)的以化石能源為核心的能源生產(chǎn)消費體系已經(jīng)難以為繼，因此構(gòu)建以風(fēng)能、太陽能等新能源為核心的能源供需體系、引導(dǎo)能源行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，已經(jīng)成為我國能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向[1-2]。而電力作為二次能源的核心，能夠?qū)⑿履茉崔D(zhuǎn)化成為直接可用能量，因此引導(dǎo)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向著新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)化是實現(xiàn)上述能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵途徑，實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)型也是我國能源革命的重要目標(biāo)[3-4]。

　　1 能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)的兼容性分析

　　1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)能量流與信息流的相互融合、傳導(dǎo)是能源互聯(lián)網(wǎng)的基本特征之一。按照能量流與信息流的流動方向，能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)如圖 1 所示。從信息流傳導(dǎo)的角度看，在傳統(tǒng)能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，能源互聯(lián)網(wǎng)將通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)信息資源在能源開發(fā)利用環(huán)節(jié)的實時共享，這種資源共享機(jī)制具有雙向傳導(dǎo)特性，用戶與信息控制系統(tǒng)、能源供應(yīng)模塊、多元智能輸送模塊之間都存在信息雙向傳導(dǎo)能力，用戶與用戶之間也可實現(xiàn)用能信息共享。在這種信息高度共享化、開放式的信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，未來能源供需信息的發(fā)布者將更加多元化，信息共享量將出現(xiàn)幾何級增長[18]。

　　1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)的互補(bǔ)協(xié)同性在我國，引導(dǎo)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向新能源電力系統(tǒng)發(fā)展轉(zhuǎn)變，仍然存在若干問題亟待解決。而能源互聯(lián)網(wǎng)則是解決這些問題的關(guān)鍵手段： 1)雙側(cè)隨機(jī)問題。電力系統(tǒng)傳統(tǒng)運營模式下，用戶用電需求的隨機(jī)性較強(qiáng)，發(fā)電出力則相對可控。新能源電力系統(tǒng)背景下可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)，這顯著增加了發(fā)電出力的隨機(jī)性，造成供需雙側(cè)的不匹配問題，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[21]。能源互聯(lián)網(wǎng)使得能源生產(chǎn)與消費的界限模糊化，以分布式發(fā)電為主的分散式能源模塊將使用戶有能力實現(xiàn)能源供需的自我平衡，并且與集中模塊、能源輸送模塊等實現(xiàn)互補(bǔ)協(xié)調(diào)，從而提高供需雙側(cè)的匹配度[22]。 2)規(guī)劃設(shè)計問題。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)整體規(guī)劃失調(diào)，具體表現(xiàn)為電源與電網(wǎng)規(guī)劃不協(xié)調(diào)、多類型電源規(guī)劃不協(xié)調(diào)、分布式電源規(guī)劃不協(xié)調(diào)等問題[23-24]。在系統(tǒng)規(guī)劃階段的失調(diào)嚴(yán)重影響了新能源電力系統(tǒng)整體可控性、新能源與多種能源之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)。在這方面，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠突破空間限制，實現(xiàn)各規(guī)劃基本要素的可視化展示，多時間尺度下模擬各規(guī)劃方案的實際運行效果，兼顧“源–網(wǎng)–荷–儲”四個方面的互補(bǔ)協(xié)調(diào)，并從中選擇最優(yōu)規(guī)劃方案[25-26]。

　　2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下新能源電力系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化運營模式

　　在能源互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，能源開發(fā)、利用和管理模式都將發(fā)生本質(zhì)變化，能源供應(yīng)體系將呈現(xiàn)分散和集中能源模塊相結(jié)合的形式，在每個分散能源模塊自平衡、自優(yōu)化的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)分散模塊與集中模塊的協(xié)調(diào)互補(bǔ)，進(jìn)而在能源供應(yīng)端自身以及能源供需雙側(cè)都達(dá)到協(xié)同優(yōu)化，上述思路將是對新能源電力系統(tǒng)運營思路的一種提升。為提高能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)之間的銜接特性，本節(jié)所提出的優(yōu)化運營模式與關(guān)鍵技術(shù)及 1.2 節(jié)的問題密切相關(guān)，三者之間的相互關(guān)系見圖 2。

　　2.1 分散模塊自平衡與交互協(xié)作模式分散能源模塊主要包括能源生產(chǎn)與供應(yīng)、能源傳輸、能源利用 3 個基本組成部分，是整個能源互聯(lián)網(wǎng)框架的能源供應(yīng)基礎(chǔ)模塊。各個能源模塊之間緊密相連，各自具備自平衡能力，同時又具備自身獨有的特點，因此還應(yīng)當(dāng)在自平衡的基礎(chǔ)上實現(xiàn)交互協(xié)作。

　　2.2 能源供需協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)劃模式能源供需協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)劃模式是針對目前能源系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計問題的解決方案之一，該規(guī)劃模式分為兩個層面：第一，分散能源模塊層面，在規(guī)劃階段就要求充分考慮分布式發(fā)電及靈活可控發(fā)電資源的選址定容優(yōu)化，為分散模塊內(nèi)部的運營優(yōu)化提供基礎(chǔ)[29-30]。同時規(guī)劃設(shè)計與分散式能源供應(yīng)模塊相適應(yīng)的配套設(shè)備，包括微網(wǎng)、儲能設(shè)備等;第二，廣域能源供需層面，對廣域范圍內(nèi)未來能源供需發(fā)展情況進(jìn)行定量分析預(yù)測，以此為依據(jù)規(guī)劃設(shè)計和構(gòu)建能源供應(yīng)模塊、能源輸送模塊。

　　2.3 廣域能源供需協(xié)同優(yōu)化運行模式除分散模塊外，能源互聯(lián)網(wǎng)的能源供應(yīng)側(cè)還包括大量集中模塊。能源集中模塊與分散模塊、能源需求之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵運營模式——廣域能源供需協(xié)同優(yōu)化模式的核心內(nèi)容。與分散模塊不同，集中模塊的能源供應(yīng)容量較大，并且也更為多元化，其主要構(gòu)成包括傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電機(jī)組、大型風(fēng)電基地、光伏發(fā)電基地等[34-35]。除電力供應(yīng)外，還包括煤炭生產(chǎn)、石油和天然氣等其他能源形式的開采與開發(fā)。在集中模塊層面上，能源供應(yīng)與生產(chǎn)變得更為廣域化，集中模塊與分散模塊在信息交換、能量互聯(lián)互通方面有著密切的相互關(guān)系，如圖 4 所示。

　　3 能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)銜接關(guān)鍵技術(shù)

　　為進(jìn)一步強(qiáng)化能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在推動新能源并網(wǎng)、構(gòu)建新能源電力系統(tǒng)方面的推動作用，應(yīng)當(dāng)在目前已有的智能電網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上，嵌套更為先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)之間的能量信息連接橋梁，同時配合廣域能源規(guī)劃技術(shù)、運營技術(shù)，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的整體優(yōu)化。

　　3.1 能源模塊信息能量交互分析技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)框架下，各個模塊之間信息能量充分互聯(lián)互通，這需要以強(qiáng)有力的交互技術(shù)為基礎(chǔ)，該技術(shù)也是分散模塊自平衡模式、廣域能源供需協(xié)同優(yōu)化運行模式的關(guān)鍵技術(shù)支撐。主要包括以下兩個方面[38]。

　　在信息交互方面，未來主要的技術(shù)研發(fā)方向為云端大數(shù)據(jù)信息交互，包括大數(shù)據(jù)采集技術(shù)、識別技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等。將這些技術(shù)與云計算技術(shù)、云存儲技術(shù)等相結(jié)合，將能源大數(shù)據(jù)采集到云端后，通過數(shù)據(jù)識別技術(shù)篩選有用數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對多能源模塊的能源信息進(jìn)行深度信息挖掘。各方面用戶都可通過具有普適性的接口接入該云存儲系統(tǒng)，從而獲取能源數(shù)據(jù)信息。對于分散式能源模塊，用戶可根據(jù)自身需求訂制適合的能源信息服務(wù)，根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化計算結(jié)果進(jìn)行用電安排，調(diào)整分布式發(fā)電自用和上網(wǎng)方式[39-40]。對于集中式能源模塊，可從云端系統(tǒng)獲取系統(tǒng)調(diào)度計劃安排、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)等，參與調(diào)度計劃制定等過程，對系統(tǒng)能量流動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

　　3.2 廣域能源資源協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)能源互聯(lián)網(wǎng)以電力系統(tǒng)為核心，同時還包括石油、天然氣、煤炭等多種一次能源系統(tǒng)，這些能源系統(tǒng)與電力系統(tǒng)乃至新能源電力系統(tǒng)有許多共性特點，在能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過程中，必須重點考慮能源系統(tǒng)長期性、多樣性、大量性等特征，因此要充分發(fā)揮能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)對新能源電力系統(tǒng)建設(shè)的推動作用，必須要在系統(tǒng)規(guī)劃階段就實現(xiàn)優(yōu)化協(xié)調(diào)，并將其作為系統(tǒng)優(yōu)化運行的基礎(chǔ)。因此廣域能源資源協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)也是能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)支撐之一，與能源供需協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)劃模式相對應(yīng)。

　　3.3 廣域綜合能源協(xié)同調(diào)度技術(shù)在系統(tǒng)運行方面，能源系統(tǒng)的共性特征和區(qū)別也較多，其中電力系統(tǒng)“發(fā)–輸–配–售”瞬間完成的特性是其區(qū)別于其他能源系統(tǒng)最顯著的特征。這個特征使得電力系統(tǒng)運行過程的精細(xì)化程度要超過其他能源系統(tǒng)。目前多種能源系統(tǒng)之間相互結(jié)合的關(guān)鍵點主要是能源的供需雙側(cè)：在供應(yīng)側(cè)有風(fēng)電制氫、電氣互聯(lián)等多能源協(xié)同方式;能源需求側(cè)則可實現(xiàn)在多種能源之間自由切換、自由選擇，因此能源供需兩端是能源互聯(lián)網(wǎng)中多種能源之間的相互結(jié)合點，該結(jié)合點需要廣域綜合能源協(xié)同調(diào)度技術(shù)來實現(xiàn)，該技術(shù)與廣域能源供需協(xié)同優(yōu)化運行模式相對應(yīng)，主要包括兩方面：

　　在能源供應(yīng)側(cè)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識別、大數(shù)據(jù)分析、趨勢預(yù)測與建模技術(shù)，建立新能源發(fā)電出力與周邊環(huán)境因素之間的相關(guān)關(guān)系分析模型，以聚類分析結(jié)果為基礎(chǔ)，更好地管理新能源的多變特性，形成優(yōu)化的機(jī)組出力組合。在能源需求側(cè)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對宏觀能源消費數(shù)據(jù)及區(qū)域用能數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化預(yù)測分析，尋找能源消費數(shù)據(jù)與其他信息數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系，建立差異化的大數(shù)據(jù)分析模型。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對用戶的需求側(cè)響應(yīng)過程進(jìn)行動態(tài)模擬仿真，對不同用戶的負(fù)荷響應(yīng)速率、響應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行分層分析，預(yù)測不同需求側(cè)響應(yīng)措施的實施效果，為系統(tǒng)運行過程中的動態(tài)需求側(cè)響應(yīng)方案設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。在調(diào)度方案設(shè)計及執(zhí)行的過程中，分散與集中模塊的系統(tǒng)運營商都可根據(jù)云技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)分析結(jié)果制定及執(zhí)行調(diào)度計劃，綜合能源供應(yīng)側(cè)及需求側(cè)的先進(jìn)技術(shù)，引導(dǎo)用戶負(fù)荷主動追蹤清潔能源發(fā)電出力。

　　4 建議及展望

　　要推動能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，尤其發(fā)揮能源互聯(lián)網(wǎng)對新能源電力系統(tǒng)發(fā)展的促進(jìn)作用，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步完善目前的政策體系，制定具有針對性的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)健康、有序、可持續(xù)發(fā)展。第一，制定能源互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系。建立統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系是推動我國能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵，也是未來能源互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)多能源互聯(lián)以及信息實時交互的重要保證[52]。因此，建議由國家統(tǒng)一部署制定能源互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系。組織各方面的力量集中科研攻關(guān)，依托電力、石油和天然氣、傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)行業(yè)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)體系，完善融合后納入到我國能源互聯(lián)網(wǎng)體系框架中，形成完整的能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系[53]。第二，構(gòu)建并完善能源互聯(lián)網(wǎng)市場體系。能源互聯(lián)網(wǎng)形成的關(guān)鍵是開放的市場，因此有必要深化能源體制改革，建立統(tǒng)一開放、有序競爭的現(xiàn)代能源互聯(lián)網(wǎng)市場體系，發(fā)揮市場在優(yōu)化資源配置的作用[54-55]。同時，應(yīng)進(jìn)一步深入研究應(yīng)對開放性市場的電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，包括三個方面：第一，融合三種關(guān)鍵技術(shù)，通過儲能技術(shù)(分散與集中的儲能設(shè)備)、智能家居技術(shù)(促進(jìn)數(shù)據(jù)搜集管道下沉到用戶設(shè)備側(cè))、需求側(cè)資源綜合調(diào)控技術(shù)等調(diào)動用戶側(cè)參與市場的積極性和能力水平;第二，運營兩個平臺：主動配電網(wǎng)平臺、在線互動服務(wù)平臺，將柔性的理念貫穿整個電網(wǎng)規(guī)劃運營過程，加深服務(wù)業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)思維和電網(wǎng)調(diào)控的相互融合;第三，提供一種方案：綜合能源解決方案，而不僅僅是用電方案。第三，推動示范性工程建設(shè)。積極爭取國家支持在相關(guān)領(lǐng)域先行先試，通過試點示范，形成帶動引領(lǐng)效應(yīng);結(jié)合區(qū)域特色、領(lǐng)域特點和各自基礎(chǔ)，組織開展能源互聯(lián)網(wǎng)試點示范區(qū)建設(shè)，探索新型建設(shè)推廣模式;推動云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)和智能微電網(wǎng)系統(tǒng)等智能化物理通道的協(xié)調(diào)規(guī)劃，加快應(yīng)用示范點和產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)[56-57]。

　　5 結(jié)論

　　促進(jìn)新能源的開發(fā)利用、提高新能源在我國終端能源消費的比重，目前是我國能源行業(yè)改革的主要目標(biāo)。作為二次能源的核心，電力將在此次能源行業(yè)變革中起到至關(guān)重要的作用，建設(shè)與發(fā)展新能源電力系統(tǒng)將是實現(xiàn)改革目標(biāo)的關(guān)鍵手段。而能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)能夠推動我國能源行業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整，通過對能源供需結(jié)構(gòu)的根本性變革，在分散和集中兩個層面提高新能源的滲透率，因此能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)兩者在設(shè)計層面上和實施層面上都密切相關(guān)，能源互聯(lián)網(wǎng)能夠推動新能源電力系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展。

　　因此，要進(jìn)一步發(fā)揮這種促進(jìn)作用，必須在運營模式上實現(xiàn)分散能源模塊和集中能源模塊的優(yōu)化協(xié)調(diào)，實現(xiàn)廣域?qū)用嫔系母髂茉聪到y(tǒng)協(xié)同互補(bǔ);在技術(shù)層面上將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入傳統(tǒng)能源行業(yè)，加強(qiáng)能量流與信息流的廣泛交互;在政策層面上盡快完善各項機(jī)制政策，促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)與新能源電力系統(tǒng)有序健康發(fā)展。

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　　《能源互聯(lián)網(wǎng)背景下新能源電力系統(tǒng)運營模式及關(guān)鍵技術(shù)初探》來源：《中國電機(jī)工程學(xué)報》，作者：曾鳴，楊雍琦，李源非，曾博，程俊，白學(xué)祥