(1.河南省交通运输厅高速公路洛阳管理处 河南洛阳 471023;2.长安大学 陕西西安 710064)
摘要:本文首先研究了分布式能源系统的定义,分布式电源DG。然后简要介绍了能源互联网的基本概念和特征。接着我们在其基础之上构建能源互联网系统,该系统不但可以实现实时、高效、双向的电力数据读取,而且能实现可再生能源接入。最后对能源互联网主要研究的四个方面进行了着重介绍。
关键词:能源互联网;分布式可再生能源;智能能量管理
引言
近期来,随着中国社会的不断进步,产业体系的不断转变,不可再生能源紧缺问题逐渐成为中国经济快速平稳发展的瓶颈之一。另一方面我国生物质能、太阳能、风能、地热能等可再生能源资源丰富。这些资源不但可以再生而且清洁干净,是迄今为止最有前景的替代能源[1]。
为此,国家已经相继出台了一系列有关可再生能源利用的政策无一例外都在突出节约发展、清洁发展和安全发展的总体要求,这也必将为可再生能源的综合利用带来前所未有的发展机遇[2]。
一、分布式能源系统(distributed energy system)
1.1分布式能源系统定义
分布式能源系统的实现形式多种多样,系统类型也是五花八门。目前国内外对其也还没有统一的标准定义,下面分别给出国际和国内关于分布式能源系统的比较权威的定义。目前国际认为分布式能源系统应该是小型模块化的、分散且不考虑是否联网的能源系统,其中界定分布式能源系统的参考标准是看产能地点是否靠近用能地点[3]。我国国内,国家能源局给出了分布式能源系统的严格定义,定义明确指出:分布式能源系统应该是建立在能源消耗端的可并网也可独立运行的能源利用系统;分布式能源系统是以实现资源与环境效益最大化为出发点的,通过对多种资源的优化配置预期实现同时满足用户多种能源需求的新型能源系统[4]。
1.2分布式电源DG(Distributed Generation)
近些年来可再生分布式电源DG(Distributed Generation)被越来越多的应用于现有电网,但由于 DG本身的不稳定性,使其对传统配电网产生了很多不利影响,如电网短路容量增大、对电能质量有较大干扰、接受电力系统调度困难。这些因素都会给分布式电源的监控、通信带来挑战。除此之外分布式可再生能源发电本身也存在许多问题,在此就不进行详细叙述。
二、能源互联网的基本概念、特征
能源领域的研究学者通过分析智能电网与能源开发之间的关系,从而提出了能源互联网结构这一概念,该结构与计算机科学领域的互联网结构甚为相像。经过短期的发展,计算机的基础设施网络已经逐步摆脱传统的大型中央计算机,转换为结合更多的分布式客户端构成,使得该互联网结构迅速发展到全世界。之所以会发生这样大的变化,其主要推动力来自于用户以及网络基础设备,然而,分布式能源如果要达到这样的作用,就该实现相类似的转变,而这一转变的实现,我们必须借助于一种新型的配电架构即前面所提到的能源互联网结构。
2.1能源互联网的概念
能源互联网是指一种主要依托电力系统为核心开发背景,在该系统上形成众多类型的能源互联网。善于采用计算机互联网领域的技术以及思想改善能源开发行业,进而形成高度融合信息与能源,实现横向多源互补,纵向储-荷-网-源相互协调的新型能源利用系统。该系统主要以原有的配电网作为基石,然后借助现已掌握的计算机科学技术,将分布式储能设备和大型分布式可再生能源发电设备相融合,从而形成以智能能量管理系统为核心,实现双向、高速、实时的能源数据读取以及能源的接入。[5]
图1.1能源互联网总体描述
2.2能源互联网的特征
能源互联网是新型电力电子技术、信息技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的有机结合。与当前提倡的智能电网相比,能源互联网具备智能电网的整体特征,具有以下五个明显特点:
自愈性、安全性、经济性、高效性和集成性。除上述共同特征外,能源互联网还具有三个自身特点:与环境友好、与用户终端的实时交互和实现可再生能源的‘即插即用’。[6]
三、基于分布式可再生能源发电的能源互联网系统
在整个电网系统中,能源互联网系统是一个完整的单元,能够自主运行,且能够满足不同用户的对基本电力资源的要求。能源互联网系统组成结构主要有智能能量管理系统IEMS(Intelligent Energy Management System)、分布式可再生能源、储能装置、变流装置和智能终端等。网络结构如图2.1所示。
图2.1 能源互联网网络结构图
3.1智能能量管理系统
智能能量管理系统主要组成结构有:DG控制器、可控负荷管理器、储能控制器、继电保护装置、监控终端。该系统能够智能根据当地实际情况快速地处理电网中的突发事件,当电网电压发生突变、电网故障时,其能够自动实现孤岛运行与并网运行之间的平滑转化。IEMS主要实现如下目的:
(1)建立可视化的互操作平台,实现电力数据获得的高效及双向性,通过该平台能够显示电压、故障位置、设备运行状态等系统的基本信息,实时监测系统功能;
(2)为分布式可再生能源发电装置和储能装置提供接入口,实现即插即用的目的。
(3)通过调节电网电流及DG接口处的电压,实现电网电压的稳定性。
(4)智能实现与主网的分离与并列。[7]
3.2 可再生能源发电装置
目前,可再生能源发电主要有:风力发电、水利发电、太阳能发电、生物质能发电等。水利发电和生物质能发电起步较早,技术相对成熟,但也存在自身的弊端,风能及光能由于其生态性逐步受到人们的重视。
风作用在风力发电机叶片上带动发电机转子转动进行发电,从而实现风能与电能之间的转化,其发电功率决定于风速大小。风力发电技术发展迅速,经济指标日益提高,无污染,所以其发展前景非常可观。
太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应实现太阳能与电能之间的转换,由于其具有无噪声、无污染、不受地域限制、运行成本低、建设周期短、不需长距离输送、与建筑物相结合方便等优点,所以太阳能发电前景非常广阔。
3.3 储能装置
储能装置是储存发电装置所发电能的装置,主要的储能方式有化学储能和物理储能。前者主要是将电能转化成化学能,有蓄电池和电容器等方式;后者是将电能转化成势能、动能等能量,如飞轮储能、抽水蓄能、超导储能和压缩空气储能。储能装置的作用主要包括如下3方面:
(1)保障电网功率稳定,提高电能质量;
(2)充电备用电源,当发电装置不能正常工作时为用户供电;
(3)保障运营商的经济利益。
储能装置的研发重点在于能量的转化及装置的成本,随着电力系统的发展,人们需要进一步探究如何研发出能量转化效率高成本低的储能装置,储能技术也将具有更广的发展空间。[8]
四、结论
随着生态发展及低碳经济模式的深入开展,可再生能源的充分利用是目前发展的趋势,能源互联网是在智能电网基础上的一次升级,将为亟待解决的能源危机问题提出新的思路与方法,通过改善能源利用方式,提高能源的利用率,对清洁能源包括太阳能,风力发电等可再生能源进行高效的利用,从而在能源利用方式多样化上实现低碳环保。
参考文献:
[1] 常军乾.我国能源安全评价体系及对策研究[D].中国地质大学(北京)2010
[2] 肖钢,左瑛,编著.新能源经济引领新经济时代[M].武汉理工大学出版社,2011
[3] 贾要勤,杨仲庆,曹秉刚.分布式可再生能源发电系统研究[J].电力电子技术.2005(04)
[4] 隋军,金红光,林汝谋,徐建中.分布式供能及其系统集成[J].科技导报.2007(24)
[5] 王成山,李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战[J].电力系统自动化.2010(02)
[6] 谢开,刘永奇,朱治中,于尔铿.面向未来的智能电网[J].中国电力.2008(06)
[7] 王健,康龙云,曹秉刚,王昆.新能源分布式发电系统的控制策略[J].太阳能学报.2006(07)
[8] 严俊,赵立飞.储能技术在分布式发电中的应用[J].华北电力技术.2006(10)
作者简介:
姬江伟(1980—),男,河南新乡人,毕业于郑州大学,学士,工程师,长期从事于可持续能源利用、能源互联网等方面分析研究工作。
娄会琴(1990—),女,河南周口人,现为长安大学硕士在读,主要从事互联网、新能源利用、神经网络等方面的研究工作。
基金项目:由河南省交通运输厅科技计划项目《河南省山区高速公路可再生能源利用研究》资助。
论文作者:姬江伟1,娄会琴2,夏卫刚2
论文发表刊物:《电力设备》2015年6期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签:能源论文; 互联网论文; 分布式论文; 系统论文; 可再生能源论文; 电网论文; 储能论文; 《电力设备》2015年6期供稿论文;