刘敦楠:能源互联网将如何演变?发展中的8个关键问题必读!
2016-06-22 09:36  · 来源:华北电力大学能源互联网研究中心  · 作者:刘敦楠  · 责编:赖小风

  中国能源网︱能源互联网作为互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源系统发展新形态,是互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合的产物。

  能源互联网要实现最大程度的可再生能源利用和最大限度的提高能源开发利用效率的目标,涵盖整个一次、二次能源的整个能源系统,实现各种能源的横向多能互补,实现能源系统开发、生产、运输、存储和消费全过程的纵向源-网-荷-储协调,通过资源流、能量流、信息流、价值流的融合互动,实现能效的提升、环境友好和全人类的可持续发展。

  能源互联网的发展是能源行业共享演化的长期过程,本文将阐述能源互联网长期发展中的八个方面的关键问题。

     1

  未来的能源系统将不再按能源类型分行业,

  而是以功能角色划分

  当前的能源系统,总体上是按能源类型划分的相对独立运营的多个行业,如传统的电、煤、、水、油、气、核,各个行业的企业负责本行业的能源规划、建设、投资和运营,并保证该能源品种的供需平衡。

  随着新能源的发展,能源企业的经营范围,逐步打破了一、二次能源本身的界限,形成了以功能角色划分的主体,例如:

  火电企业投资光伏和风电,是不同发电资源之间的结合;

  核电站投资抽水蓄能、燃气电厂投资储能调频,是发电与储能的结合;

  大用户投资自备电厂,是能源生产与消费的结合;

  节能服务公司为用户安装储冷、储热设备,是储能与消费的结合;

  微网经营者建设电、热、水等网络和管道,是多种能源传输之间的结合。

  未来的能源系统中,将出现多能生产主体、多能供应与消费主体、储能服务主体、多能传输主体,以及供应-存储-消费的聚合体。

  2

  多能供-需-储自平衡体,

  是未来能源互联网的基本单元

  能源互联网的基本单元是“自平衡体”。自平衡体是指能源互联网中一定区域内集多种能源生产、传输、存储和消费为一身的能源主体。

  储能的应用将打破能源生产者和消费间的界限,主体角色呈现兼容性和可替换性;相邻的生产、存储和消费主体,通过信息相聚合后形成的自平衡体,可以根据供需信息和市场价格信号,在自主供需平衡基础上与能源互联网其它主体进行能量交换和能源交易。

  能源交易的市场需求,将促进自平衡体进一步与其它能源供应者、储能、能源消费主体或另一个自平衡体进行物理网络的互联,从而形成新的互联网络形态、新的自平衡体。

  3

  能源互联网实现能源生产消费一体化,

  推动能源的生产和消费革命

  随着多能供-需-储自平衡体的形成,能源生产者和消费者的界限将不再清晰,同一主体可以在一定时段内成为消费者,在另一时期内成为供应者,实现生产和消费的一体化。

  随着储能的发展,自平衡主体可以利用储能的能量时移能力,调节生产和消费的同时性,根据市场价格的变化,自主决定在市场交易中,何时作为供应者,何时作为消费者。

  4

  能源互联网的本质是什么?

  通过多能互补实现更高的灵活性,

  从而实现高比例可再生能源消纳和高能效

  我国资源分布与需求分布的不匹配、与资源配置能力的不匹配,成为制约我国可再生能源消纳和各类能源综合利用效率提升的瓶颈问题。

  当前能源领域中各类能源系统相对独立运营,不足以应对以上问题,因此需要发展能源互联网,通过多能源系统互通互补,进一步增强能源生产、传输、存储和消费各个环节的灵活性。

  更强的灵活性是能源互联网的本质特征,通过更强的灵活性来应对高比例可再生能源的随机性,应对能源需求日益增长的不确定性。

  5

  储能为代表的灵活性资源

  具有最强大的生命力和发展潜力

  以储能为代表的灵活性资源,具有更好的双向调节能力,是能源互联网优先发展的资源。

  储能可以很方便地与源、网、荷各类主体相结合,比如储能调峰、储能调频是源-储结合,抽水蓄能、水库调度、天然气储气站是网-储结合,需求侧的蓄冷、蓄热空调是荷-储结合。

  如同在生物进化中,强大而缺乏环境适应力的恐龙灭绝了,相对弱小但更具适应能力的哺乳动物不断进化,在未来能源系统长期发展演化中,更具灵活性的资源将具有更强大的生命力。

  6

  能源互联网不是通过集中规划实现

  而是各主体自主演化的结果

  规划是单一主体的,集中式决策,自上而下的;演化是多个主体,自发的分散决策,自下而上的。

  传统的大电网是集中式决策,由电网规划部门做统一的源-网协调规划;能源互联网中的各类主体是分散决策,千千万万个主体各自规划,在整个能源系统层面形成演化。

  能源互联网的长期发展,是市场机制引导各主体趋优演化的过程。通过市场机制的设计,支撑系统向更灵活、更协调、更互补的方向演化;各个主体则是在经济利益驱动下进行自适应决策。广域范围内的多个自平衡体在供需信息和市场引导下,自主决策扩展,形成新的物理互联或新主体的过程,就是整个能源互联网演化的过程。

  单个自平衡主体与整个能源互联网,是个体与环境的关系,个体适应环境也造就环境。能源互联网的形态变化是所有主体各自决策的共同结果。

  7

  能源互联网是能源的共享经济体系

  能源互联网不仅是复杂的物理系统,也是复杂的经济系统,是能源的共享经济体系。在这一体系内,各类能源的生产、消费、传输、存储者以及各类主体,将共同分享多能互补、源-网-荷-储协调后,通过资源优化配置所产生的增值效益。市场机制设计的关键,是建立激励相容的利益调节机制,实现共享经济:

  对于分布式绿色能源,应提升其利用小时数;

  对于传统的煤电,应改变以往靠降价增加利用小时数的生存模式,实现深度调峰的改造,通过为风、光提供备用和调峰,在辅助服务市场上提供差异化的电力服务;

  对于储能投资者,应通过需求侧管理和辅助服务市场,体现储能灵活调节能力的价值,实现投资回报;

  对于用户,能源互联网的互通互联、市场建设,应最终降低终端用能成本;

  对于电网为代表的能源传输企业,用户终端用能成本的降低将刺激经济发展,能源传输企业的收入将随着能源的总需求的增长而增长;

  对于政府和全社会,一方面更高比例的可再生能源消纳可以降低污染、改善环境,另一方面能效的提升、能源成本的降低将促进经济发展。

  8

  能源互联网是能量-信息-经济三元驱动下

  物理互联/信息融合/经济融通的长期演化过程

  能源互联网从逻辑上分为物理层、信息层和经济层三个层次:

  多种能源之间的物理互联是部分互联,不是全面互联;

  信息层应实现所有环节的全面互联;

  信息的共享将牵引供需,提升市场效率,进而通过市场交易引导物理层的互通互联。

  能源互联网能量-信息-经济三元驱动的机理是指,通过多能系统的信息物理深度融合建设获得整个能源互联网的全面信息—>利用更全面、更充分的信息提升市场效率—>基于科学的市场设计实现资源优化配置—>引导多能源系统的可持续发展。

  能源互联网的发展是一个长期演化过程,是以当前相对独立规划运营的多种能源网络为出发点,通过多能源子系统的互联互通、市场化商业运营、反馈激励下的不同主体相互聚合形成的反馈循环。在此过程中,各主体逐步适应调整、聚合进化,由个体演化到局部复制、扩散,成功的网络结构和运营模式不断自我复制,通过自然选择逐步进化到成目标状态的能源互联网,实现高比例可再生能源和高能效。

  能源互联网的发展,将随着如储能技术、转换技术等关键技术的突破,经历若干个历史阶段,每一个技术相对稳定的历史阶段内,能源互联网的形态和运营是连续变化的,各阶段之间则是在技术引领下实现阶跃,无论是物理互联、信息融合还是市场形态都发生根本性变化。

  - 结语 -

  能源互联网的发展方兴未艾,根据三部委颁布的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,2016-2025年将开展多批次的能源互联网的试点示范工程,鼓励利用互联网手段,在大型建筑、场馆、园区、岛屿、城镇等不同规模范围内,开展能源互联网技术应用、商业模式和政策创新试点。本文初步研究了能源互联网长期发展变化的基本规律,希望对未来试点示范工程的推进起到积极作用。

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