在全球能源互聯網和分布式能源大力發展的今天,正在化整為零、出現在各行各業的分布式能源系統正在拉開一場能源改革的序幕。電力行業的舊體制而言,分布式發電的出現和發展相當于Uber對出租車行業的影響,即分布式能源對電力舊體制而言同樣具有破壞性創新的效果。對傳統的電力行業而言,一旦新的商業模式形成市場的力量,其體制變革只是朝夕之事。
現行電力體制下,電網企業被法律授予統購統銷的權利,即所有電力生產者都要將電力銷售給電網,所有用戶也只能從電網企業處得到電力供應。分布式發電的發展,將嚴重挑戰該體制:分布式發電可以直接供給周邊或其他符合條件的用戶,跳過“電網”這一中間環節,這在我國電力體制改革上將具有劃時代的意義。長期以來,我國電力工業以計劃經濟思維為主導,形成了“發輸配售”高度一體化的“集中、垂直”業務模式;雖歷經多次改革,電網企業統購統銷的經營模式,目前仍屬法律明文規定的經營方式。換言之,電力供應商是電網,用戶就是用戶,兩者位置不容顛倒,否則涉嫌違規供電。
分布式發電則完全將電力供應商與用戶的概念模糊化。分布式電網還將成為未來售電市場的重要市場主體,將有機會從電力交易平臺購售電。電網也不再是傳統意義上的賣電商人,而是把散落在各地的大客戶、普通居民等分布式能源用戶的空余電能聚集在一個平臺上,進行最大限度的資源調配,提高能效。
在這樣的互聯網+電網的大背景下,在售電側市場建設如火如荼的今天,與未來萬馬奔騰的售電需求相適應,如果誰先做出能源路由器,誰就能搶占未來先機。有人預測,下一個“阿里巴巴”將會出現在能源互聯網領域,不過在這之前必須解決一個“卡脖子”問題:能源路由器。
在信息網絡里,路由器控制著數據的輸送、分配,相對的,能源網絡里的路由器也承擔著分散協同與交換能源量的重任,想要解決這一難題,就得打造一個基本實現自我調控的智能化電力系統,而這需要整合柔性直流電輸電技術、儲能技術、電力電子控制技術以及數據處理技術。
目前還沒有人能解決這一問題,不過可以預見的是,一旦解決,我們的生活方式都將隨之改變。歐盟已經提出到2050年100%使用可再生能源,美國的同年目標是80%,其中光伏發電占50%以上。借助太陽能電池,每一幢大樓、每一塊空地都能“化身”為發電廠,每個人既從“能源互聯網”下載能量,也向“能源互聯網”上傳能量,在線提供網購服務。
美國里夫金在暢銷書《第三次工業革命》中提出結合分布式可再生能源的能源互聯網,科學家們發現這一有望改變人類用能方式的基礎正是分布式供能。能源互聯網是以現有電網為基礎,利用新型清潔能源與互聯網技術,通過微網技術,實現能源存儲與共享的多級分布式開放系統。其借鑒了現代互聯網技術中的層次劃分方法,將網絡共分為4個層次。
如圖1為互聯網TCP/IP5層結構與能源互聯網4層結構的映射關系圖,在以傳統電力網絡、智能電網保證能源傳輸轉移的電網潮流層之上,網絡通信層和信息融合層將利用現代化“信息打包”技術,最終將能源與信息標記為最基本的能量信息流,以供余能交易層消費與收納。
若以互聯網層次結構相比較,能源互聯網的網絡通信層以保證網絡傳輸通信為目的,組成了能源互聯網最基本的“路由層”,以保證余能交易層實體間信息通信與能量轉移。在能源互聯網中,路由層和余能交易層功能分別對應實體“能源路由器”的路由轉發功能和“微電網”的能源選擇與交易。
其中,微網作為能源互聯網的基本組成單元,通過新能源的采集、轉換、匯集、存儲、消納形成最基本的“能源局域網”。在能源互聯網的發展過程中,微網將作為能源互聯網中的“微商”,驅動著能源互聯網經濟的發展;能源路由器以保障能源信息高效安全轉移為目標,實現規范化、軟件可定義化的能源信息路由控制系統,是能源互聯網的核心控制單元。
以微電網為“能源局域網”(單元)的多級分布式能源共享復雜網絡,其基本架構如圖2所示。
在圖2所示架構下,售電市場、能源交易不再禁錮于傳統集中式的能源分配與調度。能源將作為“商品”,在自由的“市場”即能源互聯網上進行對等交易與兌換。即能源交易將以傳統互聯網的P2P形式進行,形成類似互聯網形式的多級對等結構。然而,這種自由開放的能源交互體制,勢必產生更多的能源轉移問題,即能源路由。能源路由器共性特征:能夠為分布式可再生能源發電和儲能提供即插即用的交/直流接口;能夠實現電壓變換、電壓隔離、提升電能質量、能量雙向流動的綜合調節能力;能夠根據故障情況或系統需要,自主地與主網分離,提高電網的自愈性;能夠調節網內的饋線潮流,實現功率的快速調節能力。能量路由器的電氣結構發展:高變比、多端口、模塊化、強解耦。
電力變壓器在現代電力系統中扮演著非常關鍵的角色,能夠實現電壓等級變換、電氣隔離和能量傳遞,被廣泛用于輸電系統和配電系統中,是電力系統中應用數量最多的輸變電設備之一。固態變壓器是能量路由器的核心部件,是基于電力電子變換器的新型電力變壓器。其特點是:重量輕,體積小,無污染;可以調節電壓、電流、頻率和相位等;可以具有直流接口;輸入輸出耦合性不強;含有智能控制單元。
整個售電市場由名為“數字電網路由器”的裝置(電力路由器)統籌管理一定范圍的地區,通過電力路由器調度地區電力。電力路由器與現有電網及互聯網相連。根據相當于互聯網地址的“IP地址”識別電源及基地,由此就可進行“將A地區的風力發電電力送往B地區的電力路由器”等控制。提供此項服務的是“能源服務提供商”,相當于電力版互聯網服務供應商。從而讓“電力售貨亭”成為可能,將進一步發展數字電網體制,力爭構筑像交易所一樣,可實時買賣電力的體制。具體而言,就是結合利用互聯網結算系統,在結算后的一定時間內向特定地點供應電力,這種服務被稱為“電力售貨亭”。
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