微型能源互联网是以清洁能源为主的电力体系

　　里夫金所构想的能源互联网是分散化的信息通信技术和分布式的可再生能源融合，可再生能源在能源体系中占据主导地位。然而，让电力系统接受更多波动性很强的风电和光伏是个很大的挑战。在这方面，西欧各国的探索进展最大。丹麦的电力结构中，风电已经占到30%多。但丹麦毕竟只是一个国土面积仅4.3万平方千米，人口仅500多万的小国。而德国作为全球GDP第四的大国，在减排目标和行动上都是欧盟的领头羊，其对于新型能源体系的探索更令世界瞩目。2011年德国政府宣布2022年前关闭全部核反应堆，2014年12月在利马气候大会上，德国宣布将在未来五六年关闭一些燃煤发电厂，以实现2020年前减排40%的目标。弃核减煤的德国靠可再生能源能够保障能源供给吗？德国的努力确实卓有成效：可再生能源占德国发电量的比率2010年为16.4%，2014年已经达到约25%，预计到2020年将上升到35%。德国正在创造一个有可能引领世界潮流的新型能源体系。

　　德国希望能通过技术革新来满足未来分布式能源供应的需求。德国联邦经济技术部与环境部于2008年在智能电网的基础上推出名为E-Energy的技术创新促进计划，提出打造新型能源网络的目标。E-Energy为满足未来以分布式能源供应结构为特点的电力系统的需求，充分利用信息和通信技术开发新的解决方案，在整个能源供应体系中实现综合数字化互联以及计算机控制和监测，最后达到的状态是“以电力生产决定消耗”，最大限度地利用风电和光伏。

　　它将实现电网基础设施与电器之间的相互通信和协调，例如，当风力特别强时，电力就会过剩，因而非常便宜，消费者便能适时开启电器，如电冰箱、洗衣机、洗碗机。电动车与电力系统的双向互动功能尤其强大，车主能够为汽车下达指令，以最低的成本为电池充电，或者只用“绿色电力”为电池充电。E-Energy系统甚至可以从电池汲取剩余电力，反馈至电网，在用电需求高峰时提供补充。当进入用电负荷高峰时，ICT网关能够协调小型热电联产厂的循环，或使蓄电系统提供补给。E-Energy将可能形成一个全新的电子能源市场，客户自己能够作为小型电力供应商（例如通过太阳能电池板）发挥更积极的角色。这个市场中将出现全新的服务，比如“允许推迟接通时间”、“在用电需求高峰时向电网返还电力”、“只在阳光强烈或强风时使用”等。在市场中，能源生产者和消费者能够因为促成了安全、符合成本效益和环保的电力供应而受到奖励。

　　德国的E-Energy计划目前正在六个地区试点，每个地区都有不同的能源互联网试验主题。比如哈茨地区的RegMod项目，哈茨位于德国中部的山区地带，风力和水力等可再生能源资源丰富。RegMod项目是一个综合性的能源互联网项目，其核心示范内容是整合储能设施、电动汽车、可再生能源和智能家用电器的虚拟电站。当可再生能源发电有富余的时候，抽水蓄能电站和电动汽车可以储存多余的电力，智能家用电器，比如智能洗衣机、智能洗碗机、智能热水器等，也会及时开启消费多余电力；在电力需求攀升的时候，这些储能设施可以和智能用电器一起构成虚拟电站，通过释放所存储的电力以及减少智能电器的用电量来满足紧张的电力消费需求。RegMod项目包含了很多能源互联网元素，包括电动汽车、分布式可再生能源、智能用电器、储能设施等，是能源互联网的雏形。

　　特高压技术的远距离输电能力得到检验

　　现在的能源互联网技术上已经可以实现小区域内电力系统容纳较高比例的可再生能源，然而，远距离的电力输送仍然是必要的。像北京这样的负荷中心，即使把全部屋顶都铺上太阳能光伏板，也远不能实现能源自给，必须要从外地调入大量电力，而新疆自治区、蒙古国的风力和太阳能资源也无法在当地消化，需要转成电力外送华北等地的负荷中心。分布式能源的发展仍然需要特高压技术实现远距离输电。

　　2014年1月27日，哈密南—郑州±800千伏特高压直流工程正式投运，这是目前世界输送容量最大的直流工程，也是国家电网建设的输电距离最长的特高压工程。线路起点在新疆哈密南部能源基地，落点郑州，线路全长2210千米。该工程是国家实施“疆电外送”战略的第一个特高压输电工程。据公开数据报道，新疆2014年度外送电力175亿千瓦时，其中哈郑直流特高压是主要输电通道（此外还有750千伏通道对西北电网送电）。据了解，新疆计划2015年度外送电力359亿千瓦时，比2014年翻一番。哈郑特高压外送电量未来最高可达500亿千瓦时。哈郑特高压技术已经表明，2000～3000千米的远距离输电在技术和成本上是可行的。而且哈郑特高压在吸纳风电光电方面也成绩卓著，2014年疆电外送电量中风电光电达到22.43亿千瓦时，占全部疆电外送约17%。原电力部部长史大桢认为，“国家电网公司累计建成的‘三交四直’特高压输电工程，全面验证了特高压输电的可能性、先进性、安全性、经济性和环境友好性”。

　　适逢治理华北地区严重雾霾的背景，特高压建设骤然提速。2014年6月国家能源局下发的《关于加快推进大气污染防治行动计划12条重点输电通道建设的通知》中就包括9条特高压项目，含国家电网公司8条特高压工程，以及南方电网公司1条特高压工程。同月，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上阐述能源革命的时候，明确要“发展特高压大规模远距离输电技术”。

　　至2015年，特高压又成为支撑“一带一路”战略的重要战略技术。国家电网特高压在2015年将着手建设我国到中亚五国的输电通道，以及俄罗斯、蒙古向我国的特高压线路，支持我国“一带一路”战略。俄罗斯叶尔科夫齐—河北霸州±800千伏特高压直流工程等多条线路2015年开始开展前期工作，其中哈萨克斯坦埃基巴斯图兹—南阳±1100千伏特高压直流工程的距离大约3000多千米，将成为全球输电距离最长的特高压线路。这些工程都表明了特高压超远距离输电的技术可行性和经济可行性，以及大规模发展的前景。

　　特高压未来应以输送清洁能源为主

　　目前的特高压项目已经显现了洲际电能输送的能力。但里夫金所构想的洲际电网是输送可再生能源，而目前的特高压则是以输送煤电为主、风光电为辅。2014年度新疆外送电力中风光电仅占17%，主要运送的是哈密能源基地的煤电。煤电的远距离输送虽然保障了华北地区的能源供应，有助于缓解华北地区的雾霾问题，但污染物的总量并没有减低，只是在华北还是新疆排放的差别。目前规划的国际特高压项目中，叶尔科夫齐—河北霸州±800千伏特高压直流工程的送端电源主要是俄罗斯阿穆尔州烧褐煤的叶尔科夫齐火电站，哈萨克斯坦埃基巴斯图兹—南阳±1100千伏特高压直流工程的送端电源也是煤电。

　　在全球能源互联网的远期规划中，中国利用特高压从哈萨克等中亚国家输入的应该是光伏和风电，从俄罗斯远东输入的应该是水电和北极的风电。要想通过特高压对风电光伏进行远距离传输，就需要依托互联网技术配套远距离、大容量的需求侧响应能力。这时，特高压电网不仅是电能输送载体，而是通过“与互联网、物联网、智能移动终端等相融合，成为我国未来的能源互联网平台，实现对清洁能源的大规模开发利用”。

　　能源互联网能够实现远距离、大容量的需求侧响应

　　能源互联网发展的核心目的是利用互联网技术，促进以电力系统为核心的大能源网络内各类设备的信息交互，实现能源生产与消耗的实时平衡。海量分布式设备的广域协调和未来即插即用能够实现双向互动的分布式储能，能够提供远距离、大容量的需求侧响应能力。电动车、家庭储能、楼宇储能、天然气发电及电转气技术都将发挥积极作用。

　　巨量智能家居设备形成的分布式能量调节系统。在能源互联网中，家庭中的冰箱、空调、家庭储能装置所构成的巨量智能家居形成规模庞大的分布式能量调节系统。试想，如果北京的数百万个家庭的冰箱和空调以主动或被动的方式纳入电力调度体系，其所构成的需求侧响应能力是惊人的。

　　巨量电动车形成的分布式储能系统。交通行业是除发电行业之外的另一化石能源消耗大户。2010年，交通运输行业占最终能源使用的27%。交通行业的最大减排潜力将是以电动汽车为核心的电气化交通体系。电动汽车可以用作备用电源和移动存储器，在用电较少的时段进行充电，在用电高峰时将电力反哺到电网。当百万辆计的电动车构成的分布式储能系统与电力系统高度一体化时，将不但使电动汽车对电网的影响降到最低，还能形成规模巨大的虚拟电厂，具有很强的需求响应能力。

　　天然气网络与电网耦合形成强大的调峰能力。天然气在电力系统的比重正在迅速上升。美国2013年宣布新建电厂的碳排放标准后，新建火力发电厂均为燃气电厂。燃气电厂具有很好的调峰功能，尤其是中小功率燃气轮机机组。最近出现的电转气技术颇引人关注，它可将水电解后产生氢气与氧气，再将氢气与二氧化碳混合产生甲烷。电转气的转化效率可达60%～70%，德国目前已经在进行商业示范。电转气技术将可再生能源机组的多余出力转化为甲烷，可以直接注入天然气网络中进行运输和储存，这使得未来的电力系统与天然气网络之间的能量流动将由单向变为双向。广泛分布于发电端和用户端的小型燃气发电和电转气设施，将形成功能强大的分布式储能体系。

　　大规模分布式储能装备要想在全球能源互联网中高效运行，最不可少的制度支撑是动态电价和全球电力市场。足够大的峰谷电价差可以吸引投资者和普通家庭积极进入电力市场。依托发达的互联网技术，消费者能够根据实时电价自动调整用电消费行为和储能设备的运行状态。李克强总理在2015年政府工作报告中提出要制定“互联网+”行动计划。“互联网+能源革命”，可以理解为就是能源互联网。2015年将出台的新电力体制改革方案，应实质性纳入“形成市场决定电价的机制”和“构建电力市场体系”，以落实李克强总理的“互联网+”行动计划，推动中国能源互联网的建设，推动中国乃至世界的能源革命。（本文刊载于《中国电力企业管理》（综合）2015年4期，作者系清华大学能源环境经济研究所博士后）

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