能源互联网基础

• • •
地实实方时时主电电导费费电显显力示示交++家地易电区市、间场电调示力度范交易市场
E-Energy 的六个示范区项目
3
2016/3/4
中国能源互联网的研究进展
• 中国提出了智能能源体系架构 • 国家能源局2011年开展了《中国智能能源体系专题研究》提出了中国智能能源 体系架构、模型、技术标准、通信协议、实施方案等。主要是以配电网为载体， 在终端用能层面，采用智能仪表、EMS、DSM、DR、节能、能效实现能源智能 控制，将电力、天然气、热力网、电动汽车充电站信息互联、深度耦合，形成 “智能能源网”。 • 提示：中国能源利用率低于国际平均水平，能源互联网建设需要从中国实际出 发，从接纳可再生能源，需求侧管理、节能及提高能效入手。
第一阶段
第二阶段
第三阶段
中国能源互联网的实施方案
能源互联网需要“自上而下的设计，自下而上的实施”。
能源互联网实施的切入点：主要是“三点四面”
三点：以分布式能源/智能微网、PRO-DSM/DR、节能、储能/提高能效为切入点。 采用传感器及智能仪表实现数据采集。能量产品不同于简单商品，关键在于掌握 能源大数据。 中国能源实际：富煤、贫油、少气，人均占有资源有限，能源利用效率低，能源 网络之间耦合度不高，中国电网是同步大电网。所以，能源互联网建设要从中国 实际出发，研究如何落地，明确特征与功能定位，踏踏实实的去做产品。未来市 场空间很大。
第二层：信息物理能源系统
2016/3/4
来源：IBM Institute for Business Value (IBV) analysis
•传物输联、网转、换大和数消据费、整移个动能互源联链网条等的信效息率技、术经的济飞、速安发全展提，供可有为效涵支盖撑能源生产、存储、 • 价值示例：早期的试验显示在家庭中引入能源显示器后能源消耗降低4-15%
可持续的商业模式是以互联网为载体的创新性服务，包括能源交易服务、远 程运维服务、节能服务。需要由市场决定价格，不能决定价格的市场不是真正的 市场，也就不会有真正的商业模式创新和技术创新。企业的核心竞争力是创新。
能源互联网的参与方
能源互联网的参与方包括： （1）能源生产类：分布式能源、风电、光伏、CHP、天然气、微网等 （2）能源输送类：电网公司、天然气公司、气电转化服务商 （3）能源调节：储能、制氢、天然气调压站、地源热泵、电动汽车V2G、辅助服务、 需求响应 （4）能源使用：工业用户、商业用户、社区、园区、新型城镇 （5）能源交易：直接交易、第三方交易 （6）能源运营：电网公司、新增配电公司、新增售电公司、燃气公司、能源供应公司 （7）能源服务：互联网公司、节能服务公司、大数据、云计算、信息、通信
能源互联网不同理解
办“公在室即里将和到工来厂的里时生代产，绿我色们可将再需生要能创建源一。多个能余源的互能源联则网可，以让与亿他万人人分能享够，在就自像己我的们家现中在、在
网络上分享信息一样。” ——杰里米·里夫金 (Jeremy Rifkin )
再“能生能源源互为联主网要一是次以能电源力，系与统天为然核气心网，络以、互交联通网网及络其等他其前他沿系信统息紧技密术耦为合基而础形，成以的分复布杂式多可
2016/3/4
能源互联网101
智能电网产品部
目录 • 能源互联网的背景 • 能源互联网的定义与特征 • 能源互联网的架构 • 能源互联网的分层设计 • 能源互联网在中国的实施与发展 • 总结与展望
1
2016/3/4
能源互联网的源起
由于化石燃料的逐渐枯竭及其造成的环境污染问题，在第二次工业革命中奠定的基 于化石燃料大规模利用的工业模式正在走向终结。里夫金预言，以新能源技术和信息技 术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系，即“能源互联网”（Energy Internet） 即将出现。而以能源互联网为核心的第三次工业革命将给人类社会的经济发展模式与生 活方式带来深远影响。
来源：清华大学能源互联网创新研究院
2016/3/4
第一层：多能协同能源网络
多并链能融：协合同有能气源、网热络等以网电络力，网覆络盖为整主个体能，源
• • • • •
能能能能能源源源源源生存传转消产储输换费
能网性（用源架、生。融（可产合电扩端依网展、赖、的存于管能储高网力端度、，、可路支消靠网持费、）分端安，布）全并式的的具能即主备源插体柔即
9
多能协同管理——风场功率预测与控制
2016/3/4
全球能源互联网
全球能源互联网是以特高压电网为 骨干网架（通道），以输送清洁能源为 主导，全球互联泛在的坚强智能电网。
全球能源互联网将由跨国跨洲骨干网 架和涵盖各国各电压等级电网（输电网、 配电网）的国家泛在智能电网构成，连 接“一极一道”和各洲大型能源基地， 适应各种分布式电源接入需要，能够将 风能、太阳能、海洋能等可再生能源输 送到各类用户，是服务范围广、配置能 力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球 能源配置平台。
6
第一层：多能协同能源网络——能源转换
不同类型能源的转换（切换）：
不同承载方式的能源的转换（变换）：
2016/3/4
多能源类型协同示例
7
多能协同管理
2016/3/4
能源互联网基础设施——电动汽车基础设施规划
8
能源互联网基础设施——电动汽车无线充电技术
2016/3/4
能源互联网基础设施——电动汽车电池管理系统
2
2016/3/4
能源互联网早期探索—— 美国FREEDM项目
由美未器国来之可FR间再E利生ED用能M通源(信利Fu技用tu术和re实分R现配en对管ew等理a中交bl心互e E。)l利ec用tr电ic力En电er子gy技D术e实liv现er对y a变n压d M器a的na控g制em，e路nt F7.R2EkEVD电M压的；第一代固态变压器采用6.5 kV 的 ，每相 HV-IGBT 3个H桥串联来承受
16
社区综合能量信息管理平台
2016/3/4
来源：清华大学能源互联网创新研究院
能源互联网开放互动平台——多能交易平台
来源：清华大学能源互联网创新研究院
17
能源互联网开放互动平台——多能交易平台架构
2016/3/4
来源：清华大学能源互联网创新研究院
能源互联网开放互动平台雏形
广东电力交易平台（试点）于2015年3月1日正式上线运行 用发交户电易数厂电：：量：21308105个+个亿度
10
2016/3/4
全球能源互联网的发展路线
发展强联2第网联第第0阶洲网网二三实3一0段，内取阶阶现阶年联得逐段段：互段前步网重：：联：，要实。到到，在启进现22大2动000清展型54大200。洁0清年型年年能洁，，清前源能推基洁形占源能动本成主基各源建共导地洲基成识的开地主全基目发建要球础标和设能国上。跨，源家，洲加互到电 实施的洲欧总各重举联地体洲国点措、网区上国地，亚内、，区：先率电洲实率国（先网现先内实全中建突、东设现球破再跨互）和。跨洲洲联与在国联亚非内的，重电网洲洲先要等与网。洲欧基基互内洲础础联、、条。是再推非件跨动洲较洲与跨好。
单相固态变压器示意图
能源互联网早期探索 —— 德国E-Energy项目 “以ICT为基础的未来能源系统”—— 建立一个能基本实现自我调控的智能化电力系统。
电力生产
电力消耗
传统电力消费模式
电力生产 智能控制端 电力消耗
E-Energy电力消费模式
• • •
风风微力力型发发热电电电联++海抽产产水+品蓄家冷能电藏式仓水库电站
21
能源互联网的关键科学技术创新
2016/3/4
能源互联网的中短期发展方向
（1）智能微网：尽可能采用“可再生能源+CHP+储能”的智能微网方式。包括 直供电和配电网新增业务放开。 （2）开放平台：分别对基于分布式能源、能量管理系统、需求侧管理、需求响应 及能源服务云平台进行试点。 （3）售电公司：以售电公司为主体，建立独立能源数据中心，建立能源互联网服 务平台，在提供精细化服务及多样化的增值服务中获利。 （4）商业模式：
13
2016/3/4
能量与信息接入的融合
能量网卡是海量用能终端与发、输、变、配等电力系统设备接入能源互联网的物 理入口 • 通过能量网卡实现各种电力设备中的信息交互，能量管控与能量交易 • 通过能量网卡适配任意类型的电力设备，实现智能化的产能、储能与用能，以 及平抑分布式能源的波动 • 通过能量网络适配任意类型的分布式能源和大量的分布式碎片化的储能资源， 从而实现能源利用率最大化
能源互联网的架构
5
能源互联网的分层设计
3
价值实现：创新模式能源运营
Energy with Internet Business Model
2
实现手段：信息物理能源系统
Cyber-Physical Energy Systems
1
物理基础：多能协同能源网络
Interconnected Energy Network
全球能源互联网发展路线图
全球能源互联合作机制
合全作方国球全面设能发球立源挥能全互统源球联领互能网作联源合用网互作。发联联展网盟需合将要作重全联点面盟在合有战作助略的于规全推划球动、能全标源球准治能制理源定机互、制联资提网源供建支设持保和和障发对；展外在；协联
全球能源互联网联盟组织结构示意图
刘振亚
11
杰里米·里夫金 Jeremy Rifkin
《第三次工业革命》 ） The Third Industrial Revolution
能源互联网的能源转型大背景
1. 由于风力发电与光伏发电具有随机性和 波动性；其大量接入将改变电力系统结构。 包括：电源结构、电网结构、负荷结构 2. 未来能源互联网将具有以下特性： （1）可再生能源高渗透率； （2）非线性随机特性； （3）多元大数据特性； （4）多尺度动态特性。
4
2016/3/4
能源互联网的特征与定位
能源互联网的特征：分享、开放、互联、对等、可再生。 能能能源源源互云智联平慧网台化本。、质实上现是能通源过交能易源与基服础务设、施在的维数持字能化量，动产态生平大衡数过据程、中构实建现 能革源命互、联能网源的体定制革位命：。支持实现能源生产革命、能源消费革命、能源技术 能源互联网以用户为中心，用户既是能源消费者，又是能源生产者。
能量与信息分配的融合
能量路由器是个开放式的能量载体，其具有以下特点： 1）其不仅能够实现变压功能，还提供了各种电能形式的标准化接口，能实现包括 分布式发电装置在内的各种交直流电力设备的接入； 2）能够对各端口的电压电流进行实时控制，实现能量管理、潮流调度等电网需求。
网络路由器
能量路由器
14
第三层：创新模式能源运营
第二层：信息物理能源系统——智能电网是第一步
12
2016/3/4
第二层：信息物理能源系统——Enable技术的出现
变成可物能联。网、智能传感器、大数据、云计算技术使得“自学习、自适应、自优化” 600个数据传感器，200万条控制代码的智能风机可提高4%~15%的风电发电量
第二层：信息物理能源系统——价值的不断提升
2016/3/4
第三层：创新模式能源运营——以用户为中心的价值创造
15
2016/3wk.baidu.com4
能源互联网开放互动平台
（1）开放互动平台：构建多层级能量管理、能量交易与服务平台。 以分布式能量管理及服务平台为基础：采用传感器及智能仪表，主动收集能
源大数据；采用开放互动平台实施能源优化，能源服务，多边交易。 （2）商业模式：分布式能源、智能微网、供应-需求侧管理（PRO-DSM）、合 同能源管理（EMC）、公私合作模式（PPP）、虚拟电厂、基于大数据的能源交 易、远程运维、用能服务等增值服务。
18
能源互联网互动虚拟化示例
2016/3/4
能源互联网商业模式示例——绿能宝
19
能源大数据
2016/3/4
能源大数据——基于大数据分析的用户用能行为挖掘
20
2016/3/4
中国能源互联网的顶层设计
2015-2020年，建设分布式能源、智能微网、DSM、充电桩、智能电表等能源基 础设施；建设城市主动配电网。逐渐放开电力市场，互联网售电、能源交易、碳 交易、EV、IEMS。实现数字化、信息化、互动化（第一阶段）。 2020-2025年，在主动配电网基础上，建设智能配电网，实现智能化（第二阶）。 2020-2030年，采用CPS、灵活的能量调度、智能组网及云计算，形成自组织的 网络，实现信息物理融合，实现广域协调（第三阶段）。
网流系统。”——董朝阳、赵俊华、文福拴和薛禹胜 《从智能电网到能源互联网:基本概念 与研究框架》（中国电机工程学报，第38卷 第15期）
“同化网能的创能时新源源研空系互究颗统联院粒，网度采上是取，信不依息同照演的市变组场成合规为方律一式的种、引新不领的同构生的建产功不资能同料指的之向样后,将态与新。传型”统能—能源—源系高系统峰统的相清各融华个合大形的学式新能要型源素生互在态联不