PDF《能源互联网信息技术研究综述》

0 引言 文章类别:网络,自动控制 文章编号:20131203-1592 能源被认为是能够提供热、光、动力等形式的 能量来源,包括化石能源、核能、风能、水能、光 能等[1-3].19 世纪,电的发现和利用、内燃机等机 械技术的发展直接推动了第二次工业革命,推动了 人类文明近百年的快速发展,同时也导致化石能源 的急速消耗和能源需求规模的不断增加,发掘更多 能源形式和提高能源利用效率成为了缓解当前能 源供需矛盾的有效办法.实现下述目标成为了目前 被广泛认同的努力方向:(1) 保证可再生能源适时 适量地转化为所需的能源形式;

(2) 确保能源的高 效利用,避免生产、 传输、 分发等各个阶段的损耗. 在该过程中,信息处理和利用处于基础性地位,为 信息技术的应用和发展提供了前所未有的机遇和 挑战. Internet 经过四十余年的发展, 已成为了信息高 效传输与共享的重要载体,形成了具有相当规模且 管理较为有效的体系架构.在能源竞争日益激烈的 背景下,Rifkin 在《第三次工业革命》一书中指出: 第三次工业革命 的标志将是互联网和可再生能源 的结合而形成的新能源互联网 (Energy Internet) [4], 是实现能源分布式供应的一种有效模式.从优化运 行角度看,保证能源生产和传输过程中所需信息流 高效传输的通道是引导和控制分布式能源生产单 元操作的关键;

获取能源需求和供给信息,并实施 合理调配策略,能够实现能源的高效流动;

用户参 与可提供有用信息,为引导能源流优化调度提供支 撑,并支撑个性化能源消费.能源互联网旨在利用 信息技术和能源技术实现以可再生能源为主的能 源供给和应用体系.因此, 能源互联网是 信息流、 能源流、控制流 的高度融合,保证能源使用更为 可靠、经济和便捷,支持智能供应和个性化利用等 功能. 电灯、电热水器、电磁炉、电动汽车等发明几 乎涵盖了人类生产、生活的方方面面,技术发展使 得电能可以便捷地转化为光、热、动力等,电能已 成为人类利用能源的主要形式.此外,电力网络已 实现通过高压形式实现低功耗、远距离传输,覆盖 面极为广泛的分发网络便利了人们对电能的使用. 因此,在未来能源供应体系中,电力网络将处于整 个能源网络的核心地位.基于此,本文重点以电能 为背景叙述能源互联网研究中亟待解决的信息技 术问题. 完全实现可再生能源供给,实现全球或更广泛 范围的能源共享是能源互联网的目标.可以想象, 在不远的将来,仅利用太阳能,地理位置的差异能 使洲际间电力生产和消费实现互补,两极的电力生 产可以供给全球.因此,能源互联网的成功与否取 决于如何高效利用分布式可再生能源、并提供稳定 的能源供给[3,5-6].面对可再生能源受自然条件等 因素影响,难以保证电能质量的挑战(如:仅可在 白天利用太阳能发电,风力的不稳定性导致生产的 电能难以被直接利用等) ,探讨基于广域、分布式 控制方法成为了能源互联网亟待研究的方向.基于 电力系统, 成果较为有限, 并主要表现在以下方面: (1)耦合能源流和信息流实现分布式能源接入, 实现产能、用能的模式变革[7-10];

(2)构建能够 支撑上述模式变革的能源架构[11-12].代表性的研 究方向包括:智能电网 [13-14]、分布式能源 [15-16]、以及微网[17]等.然而,能源互联网作为 能源体系新模式,如何借鉴 Internet 的经验、开拓 信息和能源的有机融合模式等仍存在较多问题 [18]. 本文在分析、总结相关领域已有成果的基础 上,对涉及的相关信息技术进行了梳理,重点以电 力网络为例,从体系架构、相关技术和潜在的研究 热点等角度全面分析了信息技术研究潜在的机遇 和挑战,并探讨性地分析了多种能源形式共存的能 源互联网模式和可行的管理运营模式.