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发展能源互联网 推动广域能源革命

导读: 能源互联网是以电力系统为核心, 以互联网及其他前沿信息技术为基础, 以分布式可再生能源为重点, 与天然气网络、交通系统等其他系统紧密耦合而形成的复杂网络系统,实现清洁能源替代和电能替代。

   人类社会经历的两次工业革命都与人类生产与利用能源方式的变革密切相关。

  进入21世纪以来,在第二次工业革命中奠定的以化石能源集中式利用为特征的传统能源生产与消费模式已经逐渐走到了尽头,而以可再生能源为主的新能源利用模式正在快速发展。预期这将导致新一轮工业革命的兴起,并再次深刻地改变人类社会的经济与社会发展模式。

  与传统的化石能源相比,可再生能源具有时空分布高度不平衡、出力具有间歇性和不确定性等特征。针对可再生能源自身的特征与可再生能源大规模利用所面临的困难,通过实现广域内能源的有效配置与智能管理,充分利用能源消费的需求弹性,推动用户由单纯消费者向生产型消费者转变,可望显著促进能源的清洁、安全与高效利用。能源互联网为此提供了一种很有前途的实现途径。

  能源互联网是以电力系统为核心, 以互联网及其他前沿信息技术为基础, 以分布式可再生能源为重点, 与天然气网络、交通系统等其他系统紧密耦合而形成的复杂网络系统,实现清洁能源替代和电能替代。我们建立了能源互联网的基本概念与研究框架, 认为发展能源互联网,需要重点研究下述理论与核心技术:

  1. 广域电力网络互联的理论与技术

  能源互联网可以覆盖的范围很大, 从而可以实现能源尤其是可再生能源在大范围内的优化配置和利用。以太阳能为例,在我国西北、北非、澳大利亚等国家或地区,日照时间长、强度大,而且干旱和沙漠化区域的面积很大,因此太阳能资源非常丰富。上述地区或国家的丰富太阳能资源一般远离电力负荷中心,而且如果能够充分开发的话,由于地区或本国电力需求量不大而难以消纳。通过构建广域能源互联网,就可以将上述地区的太阳能发电(或风力发电)远距离输送到其它毗邻的国家, 从而实现可再生能源发电的大规模传输和利用。

  此外,不同国家或地区的可再生能源发电出力的变化规律不同(如峰值和低谷出现的时间不同),通过基于能源互联网的广域电力网络互联,可以充分利用可再生能源在不同区域的时空互补特性,有效增强接纳可再生能源发电的整体能力, 在跨区域范围内实现可再生能源发电的优化利用,改善电力系统整体运行的经济性和可靠性。

  为了实现广域能源互联网,就需要完善主干电网,发展大容量、高效率、远距离的先进输电理论与技术,依托信息、控制科学和新颖储能等领域的先进技术,加强电力传输与信息处理的融合,增强电网资源的优化配置和供电能力,改善供电可靠性,促进大型可再生能源基地的集约化开发,进而在国内或与毗邻国家在广域能源互联网的架构下形成新的能源配置格局。

  2. 多能源融合与储能的理论与技术

  新型储能技术的广泛应用,为平抑可再生能源发电的间歇性和不确定性提供了一种有效手段。除了传统的抽水蓄能之外,应当大力发展电池储能、氢储能、压缩空气储能等,并特别关注锂—空气电池、电转气等新技术的发展。在接入方式上,能源互联网应当具有同时支持大容量储能电站集中式接入与小容量储能设备分布式接入的能力。此外,能源互联网应具有融合多能源载体的能力,通过应用冷热电联供、电转气等技术,充分发挥可再生能源与制冷、供暖、燃气等能源需求的互补性,在消费侧实现以电代煤、以电代气,从而提高电能在终端能源消费中所占比重,实现提高能效与降低污染的目的。

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