【行業深度】能源互聯網:各國能源互聯網盤點,展望數字化建設

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一、數字賦“能”——能源互聯網的誕生

1 能源挑戰推動能源轉型

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2 以變應變:能源互聯網概念的誕生

能源互聯網的概念最早於2011年由美國學者傑里米·裡夫金提出“以新能源技術和信息技術的深入結合為特徵, 一種新的能源利用體系即將出現”,它是“基於可再生能源的、分佈式、開放共享的網絡,即能源互聯網”。

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3 能源互聯網兩層互聯:物理互聯和數據互聯

數據互聯:互聯網+

  • 能源物聯,通過數據互聯有效管理能源系統中各種資源
  • 能源管理,利用大數據、物聯網等技術為用戶提供更便捷的服務
  • 實現能源行業去中心化,形成自由交易的能源互聯網市場

物理互聯:能源系統的類互聯網化

  • 電、熱、冷、氣、油等多能互聯,提高能源使用效率和可再生能源消納能力
  • 電力自由跨區傳輸,實現全球能源高效配置
  • 開放對等接入,實現各種負荷(電動車、分佈式能源等)即插即用
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二、殊途同歸——各國能源互聯網的探索

1 能源互聯網的多種形態

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2 德國能源互聯網:側重信息網絡互聯

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未來電網:基於ICT技術(信息與通信技術)的未來能源系統,能源市場中各類型用戶廣泛參與,電力生產方和用電方數據交互共享,實現整個能源系統的優化

德國能源互聯網E-Energy計劃(2008-2012)

圍繞“低碳+去核”的能源轉型目標,德國聯邦經濟技術部與環境部在2008年推出為期四年的“E-Energy”計劃——旨在以ICT(信息與通訊)技術為基礎,搭建信息網絡,實現能源數據的實時交互和反饋,電力生產者和消費者(個人用戶和工業用戶)根據信息進行決策和交易,從而形成廣泛參與的電力交易市場。經過競標申報選取了6個示範項目,結合地域特點,從市場、技術、服務、系統等多層面探索能源轉型的道路,六個項目總投資1.4億歐元。

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德國能源互聯網SINTEG計劃(2016-2020)

“E-Energy”計劃結束後,德國聯邦經濟和能源部於2016年開啟了能源轉型的第二階段探索——為期4年的“能源轉型數字化”智慧能源展示計劃(SINTEG),在五個大型示範區域開啟試點項目研究,共有超300家企業參與,投入資金預計為5億歐元。

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3 美國FREEDM項目:側重能源網絡互聯

項目理念

綜合運用先進的電力電子技術、信息技術和能源管理技術,將分佈式可再生能源發電和分佈式儲能連接到電網中,實現能量雙向流動的對等交換和共享網絡。

  • 分佈式能源的即插即發、即插即儲、即插即用
  • 效仿通訊網絡中路由器的作用,藉助能源路由器實現分佈對等的系統控制和交互
  • 採用故障隔離設備實現故障快速檢測和處理

研發進展

  • 2008年美國國家科學基金項目(NSF)在北卡萊納州立大學啟動“未來可再生電能傳輸與管理系統”(FREEDM),並建立FREEDM系統研究院,由17個科研院所和30餘個工業夥伴共同參與。
  • 2018年NCF結束其對於FREEDM項目的十年撥款後,FREEDM的研發資金來源於行業協會和企業捐贈(包括杜克能源、ABB等),每年投入1200萬美元左右
  • 技術難度大,進展緩慢,仍處於實驗室階段
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4 日本Digital Grid項目:能源和信息網絡深度融合

2011年日本開始推廣“數字電網(Digital Grid)”戰略規劃。“Digital Grid”的概念最初由東京大學教授阿部力也提出,旨在借鑑互聯網概念重組國家電力系統,將同步電網細分成異步自主但相互聯繫的局域網,為發電機、風光發電、存儲系統等電網基礎結構分配相應IP地址,通過電力路由器(DGR)與現有電網和局域網相連,識別發電設備及用電設備,實現能源分配。

特點:能源網和信息網深度融合

項目進展:研發出第三代電力路由器“馬克三號”;2015年3臺電力路由器在和倉溫泉酒店試點運行,5臺電力路由器在福島Sun Flex Nagatani-en項目上試點運行;2017-2019年開展Urawa Misono項目試點,連接5所住宅用戶、一個光伏電站和一個商場,但未涉及真實電力市場交易。

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5 瑞士VoFEN項目:側重多種能源綜合互聯

2002年瑞士聯邦政府能源辦公室和產業公司共同發起Vision of Future Energy Networks(VoFEN)研究項目,旨在探索多能源傳輸系統的利用和分佈式能源的轉換和存儲,計劃到2050年建成理想的能源系統設施。

借鑑計算機科學中集線器的概念,該項目以能量集線器(Energy Hub)為核心。一方面“Energy Hub”是一個信息中心,通過實時監控和超短期預測對發電側和負荷側進行優化,實現對配電網上能源的補充、消納和存儲;另一方面具有多能轉換的功能,將輸入側各分佈式電源流入的不同形式的能力轉換為輸出側的電力/熱/冷能源。

該項目仍處於概念階段。

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三、五載如初——中國能源互聯網之路

1 “能源互聯網”貫穿國網發展戰略

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四、產業聯動——哪些公司將從中受益?

1 數字化建設——國內重點參與公司梳理

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2 智能化系統升級——國內外主要公司梳理

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3 基礎網架建設—特高壓關鍵設備及重點公司梳理

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