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能源互聯網技術談(一):現有技術大盤點

發布時間: 2015-11-06 09:21:30    來源: 中國電機工程學報
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[摘要]20世紀末21世紀初,隨著全球氣候變化加劇,和傳統能源日漸枯竭,一場新的能源革命悄然興起。以可再生能源逐步替代化石能源,實現可再生清潔能源在一次能源生產和消費中占更大份額,建立可持續發展的能源供應系統,是這一新能源革命的主要目標。

  美國

  美國未來學家里夫金2012年發布中文版《第三次工業革命》,把兩種不同的技術(可再生能源與互聯網)連接在一起,描繪了新的、充滿活力的能源互聯網,在我國引起廣泛關注。2008年,美國國家科學基金項目啟動“未來可再生電能傳輸與管理系統”(thefuturerenewableelectricenergydeliveryandmanagementsystem,FREEDM),開展配電系統能源互聯網研究。

  1)美國著名未來學家杰里米•里夫金提出的能源互聯網。

  杰里米•里夫金指出未來能源體系的特征是能源生產民主化、能源分配分享互聯網化,即組建以可再生能源+互聯網為基礎的能源共享網絡,在能源通過分散的途徑被生產出來之后,利用互聯網創造新的能源分配模式。該文提出的新經濟五大支柱如表2所示。

  實際上,杰里米•里夫金提出的能源互聯網實現4種能源元素(可再生能源、分布式發電、分布式儲能、電氣化交通)+互聯網,實現能源全球共享互聯網絡。2)美國未來可再生電能傳輸與管理系統項目。美國國家科學基金項目未來可再生電能傳輸與管理系統FREEDM,研究一種構建適應高滲透率分布式可再生能源發電和分布式儲能并網的高效配電系統,稱之為能源互聯網(energyinternet)。這種新型配電網主要能力是:

  允許分布式電源和分布式儲能隨時隨地并網、即插即用;通過分布式網絡智能軟件管理負荷、分布式電源和分布式儲能;通過一個創新性的接口(固態變壓器)與負荷、分布式電源、分布式儲能實現互聯;具有一個骨干通信基礎設施;具有一個創新性的故障保護裝置(faultisolationdevice,FID);可脫離主網獨立運行并可適應100%可再生能源;具有完美的電能質量并保證系統穩定;具有高效率,交流系統部分具有單位功率因數。

  該項目所提出的能源互聯網主要面向高滲透率分布式電源并網,具有三個典型特征,如表3所示。

  該項目所提出的能源互聯網主要特點是通過固態變壓器接入中壓配電網的多種負荷、儲能設備及可再生能源轉換成電能后可實現即插即用、故障快速檢測和處理、配電網智能化管理;在中壓配電網還是以交流方式傳輸電能,直流負荷、分布式電源在固態變壓器的接入端口接入中壓配電網。

  中國

  2014年7月國家電網公司董事長劉振亞在美國IEEE會議上發表署名文章,提出構建全球能源互聯網。北京市電力公司牽頭承擔國家科技部863課題“交直流混合配電網關鍵技術”等項目研究,開展城市能源互聯網技術研究和示范應用。中國電力科學研究院牽頭承擔國家電網公司基礎前瞻性項目“能源互聯網技術架構研究”,著力構建未來能源互聯網架構;依托該項目及相關技改項目支撐,搭建相應的能源互聯網研究平臺。我國國防科技大學、清華大學、天津大學也從關鍵技術、關鍵設備等方面開展了能源互聯網的研究工作。

  1)全球能源互聯網。

  全球能源互聯網是以特高壓為骨干網架(通道),以輸送清潔能源為主導,全球互聯泛在的堅強智能電網。全球能源互聯網將由跨國跨洲骨干網架和各國各電壓等級電網(輸電網、配電網)構成,連接“一極一道”(北極、赤道)和各洲大型能源基地,適應各種分布式電源需要,能夠將風能、太陽能、海洋能等可再生能源輸送到各類用戶。全球能源互聯網實現各種清潔能源、化石能源轉換成電能后傳輸,并與其他傳統能源傳輸方式(如鐵路、管道等)分工協作、優勢互補;作為連接各類電源和用戶的網絡樞紐,可優化配置電源資源和用戶資源,并成為全球能源交易的載體;同時還可將清潔能源送至千家萬戶,提供增值的公共服務。

  2)北京延慶能源互聯網示范。

  北京市電力公司承擔的國家科技部863課題“交直流混合配電網關鍵技術”和國家電網公司科技項目“分布式能源高滲透率的交直流混合主動配電網運行生產管控關鍵技術研究”,在延慶利用柔性直流技術升級改造現有配電網,建設拓撲靈活、潮流可控的多源協同主動配電網,示范建設城市能源互聯網,支持高滲透率分布式能源的靈活接入和充分消納,實現與智能微電網的協同互動,提升能量傳輸網絡的優化配置能力,提高用戶的電能質量和供電可靠性。該項目在八達嶺經濟開發區建設一座10kV交直流混聯開閉站,通過三端口柔性直流環網控制裝置實現3條10kV交流母線互聯,從而將周邊智能微電網群、光熱電站和園區光伏接入開閉站。

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