20世紀(jì)末21世紀(jì)初，隨著全球氣候變化加劇，和傳統(tǒng)能源日漸枯竭，一場(chǎng)新的能源革命悄然興起。以可再生能源逐步替代化石能源，實(shí)現(xiàn)可再生清潔能源在一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占更大份額，建立可持續(xù)發(fā)展的能源供應(yīng)系統(tǒng)，是這一新能源革命的主要目標(biāo)。在新能源革命條件下，電網(wǎng)的重要性日益突出。按照國(guó)家可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃，2020年我國(guó)風(fēng)電、太陽能發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量將分別達(dá)到2億千瓦和5000萬千瓦水平，其中大部分采用集中開發(fā)外送模式。風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源具有波動(dòng)性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，其大規(guī)模電力外送對(duì)電網(wǎng)的輸送和接納能力是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。

分布式電源高效利用是國(guó)內(nèi)外當(dāng)前關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，受到了各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界持續(xù)的關(guān)注。對(duì)于分布式可再生能源的有效利用方式是分布式的“就地收集,就地存儲(chǔ),就地使用”。微網(wǎng)是分布式電源高效利用的一種可行方式，對(duì)需要冷熱電的商業(yè)或工業(yè)用戶以及海島供電、移動(dòng)供電提供了新的途徑。隨著分布式電源、分布式儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等新型元件大量接入電網(wǎng)，未來配電系統(tǒng)的架構(gòu)及格局將發(fā)生重大變化，其主要特征為：大電網(wǎng)和微電網(wǎng)相輔相成、協(xié)調(diào)發(fā)展;多個(gè)電壓等級(jí)構(gòu)成多層次環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);交直流混合運(yùn)行方式;物理配電網(wǎng)與信息系統(tǒng)高度融合;融合多源能源、實(shí)現(xiàn)供需互動(dòng)的能源互聯(lián)網(wǎng)。

互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)充滿創(chuàng)新活力的領(lǐng)域，引領(lǐng)了信息技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了眾多新的商業(yè)模式。美國(guó)未來學(xué)家杰里米•里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)，以可再生分布式能源+互聯(lián)網(wǎng)為核心，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電和電動(dòng)汽車的廣泛接入和人人參與的公平交易。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究了能源互聯(lián)網(wǎng)的特征及內(nèi)涵,詳細(xì)探討了能源互聯(lián)網(wǎng)的基本概念、架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn),推動(dòng)了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究。

我國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人指出,要推動(dòng)能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)革命,著力發(fā)展非煤能源，形成煤、油、氣、核、新能源、可再生能源多輪驅(qū)動(dòng)的能源供應(yīng)體系，大力推進(jìn)綠色城鎮(zhèn)化和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。這為我們研究未來能源互聯(lián)網(wǎng)提出了明確的需求。

能源互聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀盤點(diǎn)

歐盟

國(guó)際上針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了廣泛的研究，著力研究下一代能源系統(tǒng)。下面對(duì)歐盟、美國(guó)、中國(guó)提出的能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)想和相關(guān)項(xiàng)目及進(jìn)行介紹、分析。

2008年12月德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部發(fā)起一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃，以信息通信技術(shù)(information and communication technology，ICT)為基礎(chǔ)構(gòu)建未來能源系統(tǒng)，著手開發(fā)和測(cè)試能源互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。2011年歐洲啟動(dòng)了未來智能能源互聯(lián)網(wǎng)(future internet for smart energy，F(xiàn)INSENY)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的核心在于構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)的ICT平臺(tái)，支撐配電系統(tǒng)的智能化，并開拓新的創(chuàng)新服務(wù)。在此之前，瑞士相關(guān)政府機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)集團(tuán)發(fā)起了對(duì)智能能源互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)景的研究工作，德國(guó)開展了以ICT為基礎(chǔ)構(gòu)建未來能源系統(tǒng)的開發(fā)和測(cè)試工作。

1)歐盟Future Internet for Smart Energy。

該項(xiàng)目的核心工作是ICT與能源部門協(xié)作，識(shí)別智能能源系統(tǒng)的需求;通過分析智能能源場(chǎng)景，識(shí)別ICT需求，開發(fā)參考架構(gòu)并準(zhǔn)備歐洲范圍內(nèi)的試驗(yàn)，終形成歐洲智能能源基礎(chǔ)設(shè)施的未來能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺(tái)。該項(xiàng)目旨在解決當(dāng)前配電系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)：

① 集成分布式和間歇性發(fā)電，如熱電聯(lián)產(chǎn)，太陽能和風(fēng)力發(fā)電;

② 集成智能樓宇和微網(wǎng);

③ 居民和商業(yè)用戶的個(gè)人體驗(yàn)、用能引導(dǎo)以及用戶參與在能源市場(chǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用;

④ 削減高峰負(fù)荷;

⑤ 支持作為移動(dòng)負(fù)荷的電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施;

⑥ 激活新的電力市場(chǎng)電子化交易及信息服務(wù)。通過LTE(4G)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)ICT平臺(tái)，傳送中低壓配電系統(tǒng)功率、能量及運(yùn)行相關(guān)的控制管理數(shù)據(jù)、交易和服務(wù)信息，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)、微網(wǎng)、智能樓宇、電動(dòng)汽車等各種資源端到端連接和智能控制、管理，激活需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、電能交易等電子化能源市場(chǎng)及服務(wù)。

2)德國(guó)E-Energy項(xiàng)目-基于ICT的未來能源系統(tǒng)。

德國(guó)聯(lián)邦政府宣布將E-Energy作為一個(gè)國(guó)家性的“燈塔項(xiàng)目”，旨在推動(dòng)基于ICT技術(shù)的高效能源系統(tǒng)項(xiàng)目。E-Energy計(jì)劃已經(jīng)選取了6個(gè)示范項(xiàng)目，分別由6個(gè)技術(shù)聯(lián)盟來負(fù)責(zé)具體實(shí)施。這6個(gè)示范工程圍繞低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的目標(biāo)，開展大規(guī)模清潔能源消納、節(jié)能、雙向互動(dòng)等方面的示范工作。

3)瑞士Vision of Future Energy Networks。

該項(xiàng)目是瑞士聯(lián)邦政府能源辦公室和產(chǎn)業(yè)部門共同發(fā)起的一個(gè)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目的重點(diǎn)是研究多能源傳輸系統(tǒng)的利用和分布式能源的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)仿真分析模型和軟件工具。

項(xiàng)目提出未來能源互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)遠(yuǎn)景元素，一是通過混合能源路由器(hybrid energyhub)集成能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)設(shè)備;二是通過一個(gè)稱之為能源內(nèi)部互聯(lián)器(energy interconnector)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同能源的組合傳輸，如電力和氣態(tài)能源通過地下管道組合傳輸。能源路由器實(shí)現(xiàn)不同能源載體的輸入、輸出、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)，是能源生產(chǎn)、消費(fèi)、傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的接口設(shè)備。該文指出，這樣的混合能源路由器有許多可用的場(chǎng)景，如工廠、大型樓宇、城市和農(nóng)村集中居住區(qū)、獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng)(火車、輪船等)。

美國(guó)

美國(guó)未來學(xué)家里夫金2012年發(fā)布中文版《第三次工業(yè)革命》，把兩種不同的技術(shù)(可再生能源與互聯(lián)網(wǎng))連接在一起，描繪了新的、充滿活力的能源互聯(lián)網(wǎng)，在我國(guó)引起廣泛關(guān)注。2008年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金項(xiàng)目啟動(dòng)“未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)”(the future renewable electric energy delivery and management system，F(xiàn)REEDM)，開展配電系統(tǒng)能源互聯(lián)網(wǎng)研究。

1) 美國(guó)著名未來學(xué)家杰里米•里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)。

杰里米•里夫金指出未來能源體系的特征是能源生產(chǎn)民主化、能源分配分享互聯(lián)網(wǎng)化，即組建以可再生能源+互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的能源共享網(wǎng)絡(luò)，在能源通過分散的途徑被生產(chǎn)出來之后，利用互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)造新的能源分配模式。該文提出的新經(jīng)濟(jì)五大支柱如表2所示。

實(shí)際上，杰里米•里夫金提出的能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)4種能源元素(可再生能源、分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能、電氣化交通)+互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能源全球共享互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。2)美國(guó)未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)項(xiàng)目。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金項(xiàng)目未來可再生電能傳輸與管理系統(tǒng)FREEDM，研究一種構(gòu)建適應(yīng)高滲透率分布式可再生能源發(fā)電和分布式儲(chǔ)能并網(wǎng)的高效配電系統(tǒng)，稱之為能源互聯(lián)網(wǎng)(energy internet)。這種新型配電網(wǎng)主要能力是：

允許分布式電源和分布式儲(chǔ)能隨時(shí)隨地并網(wǎng)、即插即用;通過分布式網(wǎng)絡(luò)智能軟件管理負(fù)荷、分布式電源和分布式儲(chǔ)能;通過一個(gè)創(chuàng)新性的接口(固態(tài)變壓器)與負(fù)荷、分布式電源、分布式儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)互聯(lián);具有一個(gè)骨干通信基礎(chǔ)設(shè)施;具有一個(gè)創(chuàng)新性的故障保護(hù)裝置(fault isolation device，F(xiàn)ID);可脫離主網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行并可適應(yīng)100%可再生能源;具有完美的電能質(zhì)量并保證系統(tǒng)穩(wěn)定;具有高效率，交流系統(tǒng)部分具有單位功率因數(shù)。

該項(xiàng)目所提出的能源互聯(lián)網(wǎng)主要面向高滲透率分布式電源并網(wǎng)，具有三個(gè)典型特征，如表3所示。

該項(xiàng)目所提出的能源互聯(lián)網(wǎng)主要特點(diǎn)是通過固態(tài)變壓器接入中壓配電網(wǎng)的多種負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備及可再生能源轉(zhuǎn)換成電能后可實(shí)現(xiàn)即插即用、故障快速檢測(cè)和處理、配電網(wǎng)智能化管理;在中壓配電網(wǎng)還是以交流方式傳輸電能，直流負(fù)荷、分布式電源在固態(tài)變壓器的接入端口接入中壓配電網(wǎng)。

中國(guó)

2014年7月國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)劉振亞在美國(guó)IEEE會(huì)議上發(fā)表署名文章，提出構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)。北京市電力公司牽頭承擔(dān)國(guó)家科技部863課題“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”等項(xiàng)目研究，開展城市能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和示范應(yīng)用。中國(guó)電力科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)國(guó)家電網(wǎng)公司基礎(chǔ)前瞻性項(xiàng)目“能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)研究”，著力構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu);依托該項(xiàng)目及相關(guān)技改項(xiàng)目支撐，搭建相應(yīng)的能源互聯(lián)網(wǎng)研究平臺(tái)。我國(guó)國(guó)防科技大學(xué)、清華大學(xué)、天津大學(xué)也從關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵設(shè)備等方面開展了能源互聯(lián)網(wǎng)的研究工作。

1)全球能源互聯(lián)網(wǎng)。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)是以特高壓為骨干網(wǎng)架(通道)，以輸送清潔能源為主導(dǎo)，全球互聯(lián)泛在的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。全球能源互聯(lián)網(wǎng)將由跨國(guó)跨洲骨干網(wǎng)架和各國(guó)各電壓等級(jí)電網(wǎng)(輸電網(wǎng)、配電網(wǎng))構(gòu)成，連接“一極一道”(北極、赤道)和各洲大型能源基地，適應(yīng)各種分布式電源需要，能夠?qū)L(fēng)能、太陽能、海洋能等可再生能源輸送到各類用戶。全球能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各種清潔能源、化石能源轉(zhuǎn)換成電能后傳輸，并與其他傳統(tǒng)能源傳輸方式(如鐵路、管道等)分工協(xié)作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ);作為連接各類電源和用戶的網(wǎng)絡(luò)樞紐，可優(yōu)化配置電源資源和用戶資源，并成為全球能源交易的載體;同時(shí)還可將清潔能源送至千家萬戶，提供增值的公共服務(wù)。

2)北京延慶能源互聯(lián)網(wǎng)示范。

北京市電力公司承擔(dān)的國(guó)家科技部863課題“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”和國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“分布式能源高滲透率的交直流混合主動(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行生產(chǎn)管控關(guān)鍵技術(shù)研究”，在延慶利用柔性直流技術(shù)升級(jí)改造現(xiàn)有配電網(wǎng)，建設(shè)拓?fù)潇`活、潮流可控的多源協(xié)同主動(dòng)配電網(wǎng)，示范建設(shè)城市能源互聯(lián)網(wǎng)，支持高滲透率分布式能源的靈活接入和充分消納，實(shí)現(xiàn)與智能微電網(wǎng)的協(xié)同互動(dòng)，提升能量傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置能力，提高用戶的電能質(zhì)量和供電可靠性。該項(xiàng)目在八達(dá)嶺經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)一座10kV交直流混聯(lián)開閉站，通過三端口柔性直流環(huán)網(wǎng)控制裝置實(shí)現(xiàn)3條10kV交流母線互聯(lián)，從而將周邊智能微電網(wǎng)群、光熱電站和園區(qū)光伏接入開閉站。