要真正實現能源的互聯互通,涉及到眾多的技術應用。與傳統電網不同,能源互聯網是由多個微電網互聯而成。每個微電網內部又包括發電(各種形式的發電)、儲能、用戶、輸配電以及并網系統。因此,能源互聯網涉及的技術要比傳統電網的面更為寬廣。例如,能源轉化、能源的收集、電網與互聯網融合、能源存儲等諸多方面。為了方便起見,我們分為智能微電網和廣域的能源互聯網兩部分介紹相關技術。
一、智能微電網的關鍵技術
作為能源互聯網的細胞,大量微電網的建設和運營是能源互聯網存在的基礎。而微電網中的許多關鍵技術與現有的電網技術也大不相同。
(一)各類新能源發電設備
能夠作為微電網的電源的其它可再生能源有如下幾種:
光伏發電,風力發電,小型水力電站,生物質能電站(主要是沼氣發電,可與垃圾處理、有機肥的生產相結合),采用天然氣的微型燃氣輪機。
上述各種形式的新能源技術現在基本成熟,但在如何提高能源的轉換效率方面還有許多可以改進的地方。
(二)儲能技術
微電網的儲能系統要滿足以下三種情況的要求:1)在電源或電網事故情況下,儲能系統能夠迅速替代電源;2)在微網內大型負荷啟動時,由于電流往往數倍于運行電流,需要儲能系統提供瞬時大電流;3)在光伏以及其它電網發電不足時,起到為微網內負荷供電的功能。
目前,較為成熟的儲能技術是鉛酸蓄電池,但有壽命短和鉛污染的問題。能夠適用于智能光伏微電網的新型儲能系統有如下幾種:釩流體電池,飛輪儲能,超級電容。這幾種新型儲能系統各有優缺點,隨著產業化程度的不斷成熟,相信產品的質量、性能、穩定性均將有大幅提高,成本也可以大幅度下降。
(三)微網控制技術
與傳統電網不同,智能微電網的網內有多個電源和多處負荷。負載的變化、電源的波動,都需要通過儲能系統或外部電網進行調節。這些電源的調節、切換和控制就是由微網控制中心來完成的。
微網控制中心除了監控每個新能源發電系統、儲能系統和負載的電力參數、開關狀態和電力質量與能量參數外,還要進行節能和電力質量的提高。
(四)智能微電網的信息系統
微電網在正常運行時,通常采取與主干電網并網運行的方式。微電網內部的控制系統需要與主干網的電力調度系統聯網進行信息通訊,要做到在電源或負荷變化時,將信息通報給主電網,并給主電網以充足的時間進行調度,這樣,就可以保證微電網的供電和主電網的穩定。
微電網和主網要進行實時信息交換,這是通過微電網的信息系統來完成的,微電網的信息系統還可以幫助微電網之間的互聯和互相調度,這樣,有助于主電網的穩定,減少主電網的供電壓力。信息系統是微電網與外界信息交互的基站。它不僅可以大大減少微電網發電的波動性,也能夠因地制宜,充分利用微電網所在地區的各種可再生能源和資源。
以上四大類技術就微電網涉及的主要技術。此外,在能源綜合利用的微能源網的情形,還要涉及垃圾處理、沼氣及有機肥的生產技術,甚至于供暖系統的相關技術,制冷技術,地熱等等。
二、能源互聯網的廣域技術
多個微電網的互聯即構成能源互聯網。因此,能源互聯網的廣域技術主要指微電網的網際互聯以及多種能源形式的集成所設計的關鍵技術。
(一)能源互聯傳輸相關技術
微電網之間的電力傳輸可以通過主電網,但更多的是需要建設新的輸電線路。除了電纜外,新型輸電材料如常溫超導材料也是能源互聯網的遠距離輸電研究的技術方向。要實現電力在低壓傳輸過程中有效輸送和回收,充分利用各分布式小功率能源采集和生產單元的余電并網,使用常溫超導體可以大大降低輸電損耗。
此外,是高壓還是低壓,交流還是直流,微電網的建成可能會對現有的技術進行重新選擇。
(二)信息的互聯互通技術
能源互聯網的信息互通可以利用現有的信息互聯網。但是,如前所述,對于實時性要求非常高的控制信號,可能需要更可靠的信息傳輸方式。利用電力網加載高頻信號實現信息通信,是當前研究熱點之一。
要將數據分類,通常實時性要求高的數據,量并不大,而數據量大的如圖像視頻等,實時性要求不高。因此,實時數據庫和數據分級是必要的。
(三)多種能源方式的集成技術
電力是能源的主要形式,但并非是唯一形式。對于居民和工業來說,除了電作為能源的一種形式外,還有供暖、制冷、燃氣的需求。如果家庭取暖,可能用光熱比光伏發電再帶動空調的方式能源效率更高。此外,家庭的燃氣如果采用沼氣的話,如何保證沼氣供應的質量的穩定,也是能源互聯網需要考慮的問題。對于電動汽車的充電,也要考慮許多新的技術手段。多種能源集成的時候,相互之間也有許多互補的作用可以提高相互的效率。這些都需要在使用過程中逐步使用和解決。
總之,能源互聯網的實現涉及到很廣泛的技術,并非只是電力專業一門技術。鑒于其中大量的技術都是已經在其它行業里應用的成熟技術,只不過在能源互聯網這個新的框架下需要重新找到實現的新的方式。
責任編輯: 李穎