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全球能源互联网:新的挑战与机遇

张化光等 知社学术圈 2019-06-30

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2017年2月22日,全球能源互联网发展合作组织发布了《全球能源互联网发展战略白皮书》《跨国跨洲电网互联技术与展望》《全球能源互联网发展与展望(2017)》三项创新成果。构建全球能源互联网能够拉动世界投资规模超过50万亿美元,将有力带动高端装备制造、新能源、新材料、电动汽车等新兴产业发展,同时获得巨大的时区差、季节差、电价差效益。能源互联网已成为特斯拉和华为的新战场。在未来的2-3年内,光伏发电成本即将逼近煤电。同时,以特斯拉为首的企业,开始更高姿态深度整合清洁能源资产。

自动化学报Vol.43 No.2最新发表了来自孙秋野, 滕菲, 张化光的“能源互联网及其关键控制问题”,对相关问题进行了解读。


什么是能源互联网?

能源互联网是能源领域与自动控制、信息处理、网络通讯等领域深度融合的产物,是以电力网络、热力网络、天然气网络及交通网络等复杂网络为物理实体,以能源技术与先进控制技术、智能优化技术及信息处理技术等为实施手段的一种新型开放式能源生态系统,可实现可再生能源的高效利用,提高可再生能源在一次能源生产和消费中的占比。


与智能电网、微电网、泛能网等能源网络相比,能源互联网具有支持多种能源接入,能源与信息高度集成,具有扁平化的网络结构及对等、自由、实时的交易模式等特点。


能源互联网发展历程


四类能源互联网

文章对能源互联网网络结构进行分析,以“立体-平面-线-点”四个层次阐述未来能源利用体系。四类能源互联网构建的着眼点不同,但是发展目标一致,均致力于探索低碳、可持续的未来能源利用模式。


四类能源互联网之间的区别和联系


涉及的先进控制科学与技术问题

能源互联网将接入大量的各类可再生能源,能源供给侧的不稳定将带来极大的不确定性、强非线性、时空不同步性等复杂特性,而由于可再生能源的广域分布特性,其信息通讯网络难以实现全连通,网络具有复杂的时延、丢包等非可靠特性,对当前的控制优化理论提出极大的挑战;


能源互联网强调能源主体的分布式对等接入,实现其即插即用,各个能源主体具有极大的自治性,而整个能源网络又在各类强约束下要有一个统一的调控目标,这就要求系统能够实现分布式的优化控制,与传统能源网络的集中调控策略具有很大的区别,也对控制方法提出了更高的要求;


能源互联网包括能源供给侧、存储侧、传输侧、消费侧以及相关互联系统等多个来源的海量信息,而且信息与能源紧密耦合,如何利用并萃取这些信息,进而获得对于能源互联网更清晰的认识,并应用信息物理系统的相关技术进行综合的调控,实现能源的安全高效利用,是能源互联网面对的新课题;


能源互联网是一个能源、设备、信息、经济深度融合的系统,是物理空间、能源空间、信息空间乃至社会空间耦合的多域、多层次耦合的混杂大系统,其具有更广阔的开放性和更大的系统复杂性,呈现出复杂的、不同尺度的动态特性和演化趋势,其周期规划问题将是一个必须面对的重要基础问题。


尽管能源互联网的发展面临着社会、经济、技术等多方面的问题,但是,能源互联网是人类对于能源循环利用和环境可持续发展的必然选择,是由能源小范围生产消纳的自给自足模式,到大规模生产/网络化传输的集中能源模式后的又一次重大变革,其对于可再生能源的安全高效利用、综合多种能源形式的优化调度、信息与能源系统的紧密耦合以及扁平化多方自由参与的能源交换模式无疑更符合未来的能源发展趋势,也必将得到跃升式的发展。


作者简介


孙秋野 东北大学信息科学与工程学院教授. 主要研究方向为网络控制技术,分布式控制技术,分布式优化分析及其在能源互联网,微网,配电网等领域相关应用. 本文通信作者. 

滕菲 东北大学信息科学与工程学院博士研究生. 主要研究方向为分布式控制技术及其在能源互联网,微网,配电网等领域相关应用.


张化光 东北大学信息科学与工程学院教授. 主要研究方向为自适应动态规划,模糊控制,网络控制,混沌控制.


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